JP6740428B1 - 電解剥離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハ等の基材に形成されている導電性の被剥離材を剥離除去する電解剥離装置を提供する。【解決手段】剥離液Ｌを収容した主槽１ａ内の上部に、基材Ｗ表面の被剥離材に接する錐体状のアノード電極５ｂが配置されている。主槽１ａ内の底部には大きな面積の第１のカソード電極４が配置され、小さな面積の第２のカソード電極６ａはアノード電極５ｂと接触することなく、アノード電極５ｂを取り囲むように配置されている。スイッチＳＷによる第１の切換モードにより、第１のカソード電極４とアノード電極５ｂとの間に電流を流し、基材Ｗ表面全体の被剥離材を剥離液Ｌにより、金属イオンとして溶解して剥離除去する。続く第２の切換モードにより、第２のカソード電極６ａとアノード電極５ｂとの間に電流を流し、第１の切換モードでは剥離除去できなかったアノード電極５ｂの近傍の被剥離材を剥離除去する。【選択図】図４

Description

本発明は、メッキやスパッタ等によって基材の表面に形成された被剥離材を剥離し除去する電解剥離装置に関するものである。

特許文献１には、プラス極であるアノード電極と、半導体ウェハに電気的に接続するマイナス極であるカソード電極との電極間に電流を流すことで、半導体ウェハにメッキ膜を形成する噴流型の電解メッキ装置が開示されている。

半導体ウェハに形成されたメッキ膜に、膜厚や膜質のむら等が発生している場合には、メッキ膜を剥離した後に再度メッキ処理を行うことがある。

また、半導体ウェハのメッキ膜を剥離する方法として、特許文献２に開示されているように、電解メッキ装置のアノード電極とカソード電極とを反転させて、電極間に逆方向の電流を流す方法が知られている。

特開２０１２−２４６５４４号公報 特開２００７−７０７２０号公報

特許文献１の噴流型の電解メッキ装置を利用して、一旦形成したメッキ膜に対して電極を反転させて剥離処理を行うと、半導体ウェハに下面から接続するアノード電極のアーム部によって、電流が遮蔽されてしまい、アーム部の影になる半導体ウェハの基材の表面に、メッキやスパッタ等によって形成された被剥離材、特にスパッタ膜が十分に剥離できないという問題がある。

半導体ウェハの表面にシード層となるスパッタ膜が残存すると、半導体ウェハ表面に形成されたＬＳＩの電極同士が短絡する。また、半導体ウェハの表面に余分なメッキ膜が残存すると、マイグレーションを発生する危険性が大きくなる。更に、半導体ウェハを個別のＩＣにカットするダイシングの際に、スパッタ膜やメッキ膜の残渣物がブレードの目詰まりを引き起こし、ＩＣ個片化の歩留まり低下を招く。従って、半導体ウェハの表面から余剰なスパッタ膜やメッキ膜を完全に除去する必要がある。

このために、エッチング液に浸漬したり、エッチング液をスピン塗布することが必要となり、工程数が大幅に増加する。また、半導体ウェハの表面にエッチング液の成分が残留し、マイグレーションの原因になるという問題もある。

本発明の目的は、上述の課題を解決し、工程数を増加させることなく、例えば基材である半導体ウェハ等の表面にメッキやスパッタ等によって形成された被剥離材を剥離除去することが可能な電解剥離装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る電解剥離装置は、基材の表面上に形成された導電性を有する被剥離材を、剥離液を介した通電により剥離除去する電解剥離装置であって、主槽と、アノード電極と、第１のカソード電極と、第２のカソード電極と、電流切換手段とを備え、前記主槽は前記剥離液を収容する容器であり、前記アノード電極は前記主槽の上部に位置し、前記基材の表面に部分的に接触する電極であり、前記第１のカソード電極は前記主槽内の底部に位置し、前記基材と略一致する大きさを有する平面状の電極であり、前記第２のカソード電極は、前記アノード電極と接触することなく、前記アノード電極を取り囲むように配置した電極であり、前記電流切換手段は、前記アノード電極と前記第１のカソード電極間に前記剥離液を介した通電を行う第１の切換モードと、前記アノード電極と前記第２のカソード電極間に前記剥離液を介した通電を行う第２の切換モードとを有することを特徴とする。

本発明に係る電解剥離装置によれば、一方のカソード電極と被剥離材との間に通電しても、アノード電極によって遮蔽されて剥離除去できなかった領域の被剥離材を、他方のカソード電極と被剥離材との間に通電して、剥離除去することが可能で、被剥離材を効率的に剥離除去し、基材の表面に悪影響を与えることがない。

電解剥離装置の断面図である。 剥離部及び外槽の平面図である。 橋絡部の近傍を拡大した断面図である。 電解剥離装置の回路図である。 電解剥離プロセス条件の図である。 半導体ウェハの剥離除去状態の説明図である。

図１は電解剥離装置の断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線から見た剥離部及び外槽の平面図であり、図１は図２のＢ−Ｂ線の断面を示している。

実施例の電解剥離装置は、剥離液Ｌが内部を下方から上方に向けて流れる剥離部１と、この剥離部１の外側を覆うように配置され、剥離部１から溢れ出た剥離液Ｌを貯留する外槽２と、表面に被剥離材を積層した例えば半導体ウェハ等の基材Ｗを保持し、この基材Ｗを剥離部１の上部に配置する基材取付部３とから構成されている。

基材Ｗは非導電体又は半導体であり、基材Ｗの表面に積層された被剥離材は例えば金膜、銅膜等の導電性を有する膜体である。この被剥離材を剥離液Ｌに浸した状態で、後述する電解剥離プロセスを行うことにより、基材Ｗの表面から被剥離材の剥離除去を行う。

剥離部１は、導電性を有する剥離液Ｌを収容する容器である円筒状の主槽１ａと、この主槽１ａの底部１ｂに接続され、外槽２に支持され主槽１ａ内に剥離液Ｌを流入させるための流入管１ｃと、主槽１ａと外槽２の頂面２ａの中央に設けられた円孔部２ｂの縁部とを連結する複数個の橋絡部１ｄとを備えている。

主槽１ａの上端と円孔部２ｂの縁部との間には、橋絡部１ｄを除いて、剥離液Ｌを流出させるための横長で空隙状の流出路１ｅが形成されている。図２では、等間隔に配置された３個の橋絡部１ｄを介して、主槽１ａが外槽２の頂面２ａの円孔部２ｂに連結されており、橋絡部１ｄ間に３つの流出路１ｅが設けられている。

主槽１ａの内径は、上端に配置する円形状の基材Ｗの直径よりも大きく、底部１ｂの外周端の内側には台座１ｆが立設されており、この台座１ｆの上端に第１のカソード電極４が平面状に取り付けられている。この第１のカソード電極４は、例えば白金めっきを施したラス板等の導電性を有する円形の網板とされ、網板の平面から剥離液中に電流が均等に分布して流れると共に、網板を剥離液Ｌが通過できるようにされている。第１のカソード電極４の直径は剥離部１の上端に配置する基材Ｗの直径と略一致して、例えば４〜８インチとされる面積の大きな電極であり、網板の網目寸法は例えば７〜１４ｍｍ程度とされている。

なお、第１のカソード電極４の形状や寸法は、基材Ｗの形状や寸法に対応して適宜に変更することができる。また、基材Ｗの形状に応じて、主槽１ａの円筒形状を例えば角筒状等に変更してもよい。

外槽２は流出路１ｅを介して剥離部１の主槽１ａと連通されており、主槽１ａは外槽２内に設けられていて、外槽２の下方には剥離液Ｌを循環又は廃棄する排出管２ｃが設けられている。この排出管２ｃは剥離液Ｌの再生装置やポンプ等の送液装置、或いは使用済の剥離液を廃棄処理する廃棄装置に接続されており、再生された剥離液Ｌは、送液装置により流入管１ｃから主槽１ａ内に供給される。

基材取付部３は、昇降部３ａと、真空引きなどにより吸着して基材Ｗを保持する保持部３ｂと、保持部３ｂの上方にあって昇降部３ａと連結され、上方から基材Ｗを押さえ付けて、剥離部１の主槽１ａを閉止状態とする本体部３ｃとから構成されている。

図３は橋絡部１ｄの近傍を拡大した断面図であり、３個の橋絡部１ｄ及びこの橋絡部１ｄに連結する外槽２の頂面２ａの内部には、橋絡部１ｄ毎に分岐されたアノード端子部５の１つが配置されている。アノード端子部５は、それぞれ水平方向に延在する平板状のアーム部５ａと、このアーム部５ａの先端に配置されたアノード電極５ｂとを有している。これら３個のアノード電極５ｂは例えば円錐のような錐状体とされ、アノード電極５ｂの先端の針状体が基材Ｗの被剥離材に接触するように、橋絡部１ｄから上方に突出されている。そして、アノード電極５ｂに電流を供給するアノード端子部５は、絶縁体で覆われ電気的に絶縁されている。

なお、このアノード電極５ｂの形状は、被剥離材に接触する面積をできるだけ小さくすることが好ましく、基材Ｗが半導体ウェハであれば、ウェハ上のパターン形状に合わせて適合性の良い形状を選択する。

また、外槽２の頂面２ａの内部には、各アノード端子部５よりも上方に絶縁体で覆われたカソード端子部６がそれぞれ配置されている。各カソード端子部６の先端に設けられた第２のカソード電極６ａは、外槽２の頂面２ａから露出し橋絡部１ｄ上に水平方向に形成されている面積の小さな電極であり、橋絡部１ｄから上方に突出したアノード電極５ｂと接触することなく、アノード電極５ｂの先端よりも下方であって、アノード電極５ｂの基部よりも上方に、アノード電極５ｂを取り囲むように配置されている。例えば、第２のカソード電極６ａに貫通孔を設け、この貫通孔に錐状のアノード電極５ｂを挿通するような構造とすることが考えられる。

なお、アノード電極５ｂと第２のカソード電極６ａとの間の距離は、基材Ｗと第２のカソード電極６ａとの間の距離よりも大きくすることが好ましい。これにより、アノード電極５ｂと第２のカソード電極６ａとの間に通電する場合に、基材Ｗと第２のカソード電極６ａとの間に集中して電流を流すことができるようになり、アノード電極５ｂの近傍の被剥離材を剥離除去する上で効果的である。

図４は電解剥離装置の回路図であり、第１のカソード電極４は電力線Ｌ１を介して電流切換手段としてのスイッチＳＷに接続され、同様に第２のカソード電極６ａはカソード端子部６及び電力線Ｌ２を介してスイッチＳＷに接続されている。アノード電極５ｂは、アノード端子部５及び電力線Ｌ３を介して電源Ｂのプラス極に接続されており、電源Ｂのマイナス極はスイッチＳＷに接続されている。スイッチＳＷは電力線Ｌ３に対して、電力線Ｌ１又はＬ２への切換えが可能とされている。スイッチＳＷを電力線Ｌ１側に切換えると、電源Ｂからアノード電極５ｂと第１のカソード電極４との間に電力が供給される第１の切換モードに設定され、電力線Ｌ２側に切換えると、電源Ｂからアノード電極５ｂと第２のカソード電極６ａとの間に電力が供給される第２の切換モードに設定される。なお、図１〜図３においては、電源Ｂ、スイッチＳＷ及び電力線Ｌ１〜Ｌ３等の図示を省略している。

実施例の電解剥離装置により、基材Ｗの被剥離材を剥離除去する際には、図１に示すように、基材Ｗを保持した基材取付部３の保持部３ｂを昇降部３ａにより矢印方向に移動させて、基材Ｗをアノード電極５ｂの先端に接触させる。そして、基材取付部３の本体部３ｃにより、基材Ｗを水平に固定すると共に、円孔部２ｂを閉止する。

次に、図示しない送液装置のポンプ等を起動して、主槽１ａ、外槽２に剥離液Ｌを供給する。剥離液Ｌは送液装置によって加圧されて流入管１ｃから主槽１ａに流入し、やがて主槽１ａは剥離液Ｌで満たされる。剥離液Ｌの流入を更に続けると、主槽１ａの上端から溢れた剥離液Ｌは、主槽１ａの上端と外槽２の頂面２ａとで形成された流出路１ｅから溢れ出して外槽２に流出する。この溢れ出る剥離液Ｌのレベルは、所定位置に固定された基材Ｗを覆う程度とされている。

外槽２内に流出した剥離液Ｌは、排出管２ｃから電解剥離装置外に排出され、再生装置で再生されて送液装置によって再び電解剥離装置に流入するか、或いは廃棄処理装置で廃棄される。このように、剥離液Ｌを循環させることで、流入管１ｃ、主槽１ａ、流出路１ｅ、排出管２ｃの順に剥離液Ｌの流れが発生する。

上述のような剥離液Ｌの流入管１ｃから排出管２ｃまでの流動状態や温度が、所定時間の経過後に安定してから電源ＢをＯＮ状態にする。スイッチＳＷを電力線Ｌ１側に切換えて、アノード電極５ｂと第１のカソード電極４との間に電力が供給される第１の切換モードに設定する。

主槽１ａには剥離液Ｌが満たされているので、基材Ｗの被剥離材は剥離液Ｌに接しており、第１のカソード電極４とアノード電極５ｂに接触されている基材Ｗの例えば全面を覆う被剥離材との間には、剥離液Ｌを介して電流が流れる。基材Ｗの表面に形成されている被剥離材は、この電流により電子を奪われてイオン化し、剥離液Ｌ中に溶解することにより剥離除去されてゆく。

第１のカソード電極４から見た基材Ｗは、アノード端子部５のアーム部５ａにより遮蔽されるので、基材Ｗから第１のカソード電極４へと電流が流れ難いアノード電極５ｂの近傍を除いて、所定時間経過後には基材Ｗの全面から被剥離材が剥離除去される。

続いて、スイッチＳＷの電力線Ｌ１側から電力線Ｌ２側への切換えにより、第１の切換モードからアノード電極５ｂと第２のカソード電極６ａとの間に電力が供給される第２の切換モードに切換える。すると、第１のカソード電極４と基材Ｗとの間の電流は停止され、第２のカソード電極６ａと基材Ｗとの間に電流が流れることになる。

アノード電極５ｂと第２のカソード電極６ａとの間に電流が流れると、第２のカソード電極６ａと基材Ｗとは至近距離で対向しているので、アノード電極５ｂの近傍の基材Ｗに残留していた被剥離材を選択的に剥離除去することができる。

電解剥離装置による電解剥離除去のプロセス条件と挙動を、例えば基材Ｗを４インチの半導体ウェハとし、この半導体ウェハの表面に形成されている被剥離材が、スパッタによる下地層と電解めっき層とから成る膜厚０．１〜０．５μｍの金（Ａｕ）膜である場合について説明する。

図５は４インチの半導体ウェハ上に形成されている膜厚０．５μｍの金膜に対する電解剥離プロセス条件を示し、図６は図５に示す電解剥離プロセス条件による半導体ウェハ上の金膜の剥離除去状態の説明図である。

剥離液Ｌには、金膜剥離用の一般的な金電解剥離液も使用可能であるが、クエン酸を主成分とし、環境負荷が大きいシアン化合物や、ヨウ素等のマイグレーションの懸念のある物質を含まないものを使用することが好ましい。

電解剥離プロセスは、スイッチＳＷの切換えによって、第１の切換モードに設定されるステップＳ１と、第２の切換モードに設定されるステップＳ２とから構成されている。更に、ステップＳ１は小ステップＳ１−１〜Ｓ１−６から構成されており、ステップＳ２は小ステップＳ２−１、Ｓ２−２から構成されている。

全ての小ステップＳ１−１〜Ｓ１−６、小ステップＳ２−１、Ｓ２−２において、剥離液Ｌの液温は４０℃、流量は１６リットル／分に設定されている。上述のように、剥離液Ｌの剥離部１の流入管１ｃから外槽２の排出管２ｃまでの流動状態や温度が安定するには、所定時間の経過が必要である。このため、全小ステップで剥離液Ｌの流量を一定とすることが、剥離プロセスに要する時間を短縮する上では好ましい。なお、小ステップ毎に剥離液Ｌの流量を変更して、半導体ウェハ上の金膜の剥離除去状態や、剥離後の半導体ウェハの表面状態を最良にすることも可能である。

電解剥離プロセスは、ステップＳ１の小ステップＳ１−１からステップＳ２の小ステップＳ２−２まで順次に実行される。ステップＳ１の小ステップＳ１−１が開始されるまでに、剥離液Ｌを４０℃、流量１６リットル／分で予め剥離部１に供給し、剥離部１の流入管１ｃから外槽２の排出管２ｃまでの流動状態と液温を安定させる。即ち、剥離液Ｌが剥離部１の主槽１ａ内に満たされて、流出路１ｅから外槽２に流出している状態としておく。

先ず小ステップＳ１−１では、スイッチＳＷを電力線Ｌ１側に切換えて第１の切換モードに設定し、電力線Ｌ１、Ｌ３により第１のカソード電極４とアノード電極５ｂとの間に電流０．１２Ａ（アンペア）を流し、５０秒間の電解剥離を行う。半導体ウェハの金膜は電流により電子を奪われてイオン化し、剥離液Ｌ中に金イオンとして溶解して、金膜の剥離除去が行われる。

主槽１ａには、剥離液Ｌが常に１６リットル／分の流量で供給されているが、金イオンの溶解により金膜近傍とそれ以外の領域では、剥離液Ｌの組成分布にむらが生じ始める。電解剥離の時間を更に継続すると、主槽１ａ内の剥離液Ｌの組成分布に乱れが生じ、半導体ウェハ面内における金膜の剥離除去状況が不安定となる。

そこで、小ステップＳ１−１を５０秒間で終了し、続く小ステップＳ１−２に進んで、第１のカソード電極４とアノード端子部５との間の電力線Ｌ１及びＬ３を流れる電流を停止して、剥離液Ｌを１５秒間送液する。この期間は電流が流れていないので、金膜が溶解して剥離液Ｌ中に金イオンが発生することはない。

主槽１ａには剥離液Ｌが１６リットル／分の流量で供給され続けているので、主槽１ａ内に発生し始めた剥離液Ｌの組成分布むらは、流出路１ｅから組成分布むらを有する剥離液Ｌが、外槽２に流れ出すことによって解消される。そして、再び主槽１ａ内は、ほぼ金イオンの存在しない新鮮な剥離液Ｌで満たされる。

続く小ステップＳ１−３〜Ｓ１−６では、小ステップＳ１−１及びＳ１−２と同様の操作を２回繰り返して実行する。つまり、金膜を電解剥離する小ステップと、主槽１ａ内を新鮮な剥離液Ｌで満たす小ステップとの組み合わせをステップＳ１では計３回繰り返して実行する。

その結果、図６に示すようにステップＳ１では、第１のカソード電極４から見てアノード端子部５のアーム部５ａで遮蔽されて、半導体ウェハ上の金膜から第１のカソード電極４へと電流が流れ難いアノード電極５ｂの近傍の遮蔽領域Ｗ１を除いて、半導体ウェハ上の金膜は剥離除去される。なお、図６に示す黒点は、アノード電極５ｂの先端が接触していた個所である。

次に、ステップＳ２の小ステップＳ２−１に進んで、スイッチＳＷを電力線Ｌ２側に切換えて第２の切換モードに設定し、第２のカソード電極６ａとアノード電極５ｂとの間に電力線Ｌ２、Ｌ３により電流０．１２Ａを流し、１５秒間の電解剥離を行う。図６に示す遮蔽領域Ｗ１に残留している金膜と、第２のカソード電極６ａとは至近距離に配置されているため、これらの間に電流が流れる。遮蔽領域Ｗ１に残留している金膜は、電流により電子を奪われてイオン化し、剥離液Ｌ中に金イオンとして溶解することにより剥離除去される。小ステップＳ１−１と同様にして、残留している金膜近傍では、金イオンの溶解により剥離液Ｌの組成分布にむらが生じ始める。

続いて、小ステップＳ２−２では、第２のカソード電極６ａとアノード電極５ｂとの間の電力線Ｌ２及びＬ３を流れる電流を停止して、剥離液Ｌを１５秒間送液する。小ステップＳ１−２と同様にして、主槽１ａ内に発生し始めた剥離液Ｌの組成分布むらは、流出路１ｅから組成分布むらを有する剥離液Ｌが外槽２に流れ出すことによって解消され、再び主槽１ａ内は新鮮な剥離液Ｌで満たされる。

このように第２の切換モードによるステップＳ２では、図６に示すように、ステップＳ１で剥離除去できずに残留したアノード電極５ｂの近傍の遮蔽領域Ｗ１の金膜を剥離除去することができる。

そして、第１及び第２の切換モード、つまりステップＳ１及びＳ２を連続して実行することにより、基材Ｗの表面上の金膜は、アノード電極５ｂの先端と接触していた個所を除いて剥離除去される。この場合に、アノード電極５ｂの先端は針状として基材Ｗに接しているので、この剥離されない個所は極めて小さい。

なお上述の実施例では、基材Ｗが半導体ウェハ、被剥離材が金膜の場合について説明したが、基材Ｗ及び被剥離材はこれらに限定されるものではなく、多種多様な基材Ｗの表面上に形成された導電性を有する被剥離材に対して適用可能である。また、剥離液の流量、加える電流値、プロセスのステップ構成や各ステップの時間等の剥離プロセス条件は、対象となる基材Ｗ、被剥離材によって適宜に変更されるべきものである。

実施例の電解剥離装置によれば、第２のカソード電極６ａはアノード電極５ｂの先端よりも下方であって、かつアノード電極５ｂの基部よりも上方に配置されている。このため、第１のカソード電極４とアノード電極５ｂに接触した被剥離材との間に電流を流して剥離除去できなかった被剥離材の遮蔽部分を、第２のカソード電極６ａと被剥離材との間に電流を流して剥離除去することが可能となる。

また、第１のカソード電極４とアノード電極５ｂとの間の電力供給と、第２のカソード電極６ａとアノード電極５ｂとの間の電力供給とを間欠的に行うことで、被剥離材の剥離除去状況にむらが発生することなく、被剥離材を剥離除去することができる。

１ 剥離部
１ａ 主槽
１ｂ 底部
１ｃ 流入管
１ｄ 橋絡部
１ｅ 流出路
２ 外槽
２ａ 頂面
２ｂ 円孔部
２ｃ 排出管
３ 基材取付部
４ 第１のカソード電極
５ アノード端子部
５ａ アーム部
５ｂ アノード電極
６ カソード端子部
６ａ 第２のカソード電極
Ｌ 剥離液
ＳＷ スイッチ
Ｗ 基材

Claims (6)

1. 基材の表面上に形成された導電性を有する被剥離材を、剥離液を介した通電により剥離除去する電解剥離装置であって、
   主槽と、アノード電極と、第１のカソード電極と、第２のカソード電極と、電流切換手段とを備え、
   前記主槽は前記剥離液を収容する容器であり、
   前記アノード電極は前記主槽の上部に位置し、前記基材の表面に部分的に接触する電極であり、
   前記第１のカソード電極は前記主槽内の底部に位置し、前記基材と略一致する大きさを有する平面状の電極であり、
   前記第２のカソード電極は、前記アノード電極と接触することなく、前記アノード電極を取り囲むように配置した電極であり、
   前記電流切換手段は、前記アノード電極と前記第１のカソード電極間に前記剥離液を介した通電を行う第１の切換モードと、前記アノード電極と前記第２のカソード電極間に前記剥離液を介した通電を行う第２の切換モードとを有することを特徴とする電解剥離装置。
2. 前記第１の切換モードでは、前記基材のほぼ表面全体から前記被剥離材を剥離除去し、前記第２の切換モードでは、前記第１の切換モードによる剥離除去に際して前記基材の前記アノード電極近傍に残留した前記被剥離材を剥離除去することを特徴とする請求項１に記載の電解剥離装置。
3. 前記被剥離材と接触する前記アノード電極は錐状体とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電解剥離装置。
4. 前記アノード電極と前記第２のカソード電極との距離は、前記基材と前記第２のカソード電極との距離よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電解剥離装置。
5. 前記第１のカソード電極と前記第２のカソード電極とは、前記電流切換手段の切換えにより何れか一方にのみ電力が供給されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電解剥離装置。
6. 前記第１のカソード電極及び前記アノード電極の電力の供給、及び前記第２のカソード電極及び前記アノード電極の電力の供給を間欠的に行うことを特徴とする請求項５に記載の電解剥離装置。

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