JP7161445B2 - 化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための分布システム - Google Patents

Description

本発明は、プロセス流体中における基板の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための分布システム、プロセス流体中における基板の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のためのデバイス、ならびにプロセス流体中における基板の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための分布方法に関する。

半導体産業においては、材料をウェーハの表面上に堆積させるか、またはそこから除去するために様々なプロセスを用いることができる。

例えば、予めパターン形成されたウェーハ表面上に銅などの導体を堆積させてデバイスの相互接続構造を作製するために、電気化学堆積（ＥＣＤ：ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）または電気化学機械堆積（ＥＣＭＤ：ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセスを用いることができる。

材料除去ステップには化学機械研磨（ＣＭＰ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）がよく用いられる。ウェーハの表面から過剰な材料を除去するために、別の技術、電解研磨または電解エッチングを用いることもできる。

ウェーハ表面上の材料の電気化学（または電気化学機械）堆積あるいはウェーハ表面からの材料の電気化学（または電気化学機械）除去は、まとめて「電気化学処理」と呼ばれる。電気化学、化学および電解の少なくとも一方の表面処理技術は、電解研磨（または電解エッチング）、電気化学機械研磨（または電気化学機械エッチング）、電気化学堆積および電気化学機械堆積を含みうる。すべての技術がプロセス流体を利用する。

化学および電解の少なくとも一方の表面処理技術は、以下のステップを伴う。処理されることになる基板は、基板ホルダに取り付けられ、電解プロセス流体中に浸漬されてカソードとしての機能を果たす。電極は、プロセス流体中に浸漬されてアノードとしての機能を果たす。プロセス流体に直流が印加されて、正に帯電した金属イオンをアノードにおいて解離する。次にイオンがカソードへ移動して、カソードに取り付けられた基板をめっきする。

かかるプロセスにおける課題は、均一な層の形成である。めっき電流がシステムのアノードからカソードへ流れるときに均一でないことや、プロセス・チャンバ中の流体分布が均一でないこともある。不均一な電流または流体分布は、不均一な層厚をもたらしかねない。電流および流れの少なくとも一方の均一な分布は、処理されることになる基板に対応すべき分布部によって実現されるであろう。しかしながら、均一な層の形成をさらに改善することができる。

従って、基板の均一な表面処理を可能にするかまたは改善する、プロセス流体中における基板の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための改善された分布システムを提供する必要がありうる。

本発明の課題は、独立請求項の主題によって解決され、さらなる実施形態は、従属請求項に限定される。留意すべきは、以下に記載される本発明の態様が、プロセス流体中における基板の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための分布システム、プロセス流体中における基板の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のためのデバイス、ならびにプロセス流体中における基板の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための分布方法にも適用されることである。

本発明によれば、プロセス流体中における基板の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための分布システムが提示される。分布システムは、基板が垂直に挿入される垂直めっきチャンバをもつ垂直分布システムであってよい。分布システムは、基板が水平方向に挿入される水平めっきチャンバをもつ水平分布システムであってもよい。

化学および電解の少なくとも一方の表面処理は、いずれかの材料堆積、亜鉛めっきコーティング、化学または電気化学エッチング、陽極酸化、金属分離もしくは同様のものであってよい。

基板は、導体平板、半導体基板、フィルム基板、基本的に平板形状の金属もしくは金属化ワークピースまたは同様のものを含んでよい。処理されることになる表面は、少なくとも部分的にマスクされていてもいなくてもよい。

化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための分布システムは、少なくとも１つの分布部、少なくとも１つのプロセス流体入口および少なくとも１つのチャンネルを含む。

分布部は、プロセス流体および電流の少なくとも一方の流れを基板へ導くように構成される。分布部は、特にその形状およびサイズに鑑みて、処理されることになる基板に対応してよい。

プロセス流体入口は、プロセス流体が分布システムおよび分布部へ入る、例えば、ダクトである。

分布部は、ノズルアレイを含む。ノズルアレイは、幾つかのまたは複数のノズルのエリアまたはフィールドであってよい。ノズルアレイは、プロセス流体の流れを基板へ導くための出口開口部およびプロセス流体の逆流を基板から受け取るための逆流開口部の少なくとも一方を含んでよい。ノズルアレイは、言い換えれば、分布部のアクティブフィールドである。

チャンネルは、プロセス流体をプロセス流体入口からノズルアレイへ分布させるように構成される。チャンネルは、分布部の外周を少なくとも部分的に囲む。チャンネルは、分布部の外周の、例えば、５０および９０％の間、好ましくは分布部の外周の約７５％を囲んでよい。例示的な値が以下にさらに示される。チャンネルは、分布部の外周を全体的に囲んでもよい。分布部の形状（丸い、角があるなど）に係りなく、用語「外周」を分布部の外側境界として理解することができる。

本発明による化学および電解の少なくとも一方の表面処理のためのシステムは、それによって、基板の均一な表面処理、特に基板上の均一な堆積速度および均一な層の形成の少なくとも一方を可能にするかまたは改善することができる。チャンネルは、分布部の外周を少なくとも部分的に囲むので、プロセス流体入口からノズルアレイの複数の単一ノズルへのプロセス流体の分布を改善するため、それによって、分布部から基板へのプロセス流体の分布を改善する。プロセス流体のより良好な分布は、基板のより均一な表面処理、基板上のより均一な堆積速度およびより均一な層の形成の少なくとも一方をもたらしうる。

本発明による化学および電解の少なくとも一方の表面処理のためのシステムは、プロセス流体のノズルアレイおよび基板への後の分布によらずプロセス流体入口の位置決めを行うため、分布システムの構築をさらに容易にできる。言い換えれば、プロセス流体入口は、プロセス流体のその後の分布を考慮することなく（または少なくとも考慮する度合いを低めて）構造、構築、寸法または幾何学的な考慮のみに基づいて配置されてよい。

それゆえに、少なくとも１つのプロセス流体入口を分布部に分散して配置し、または非対称に配置することができる。分布部に対して分散して配置し、または非対称に配置することができる少なくとも２つ、幾つかまたは複数のプロセス流体入口があってよい。用語「非対称」は、プロセス流体入口が分布部のすべての側面には配置されず、分布部の２つの対向する側面にさえ配置されるわけではないと理解することができる。例えば、プロセス流体入口は、分布部の１つの側面だけに配置される。この単一の側面は、分布部の下側またはボトム側であってよいが、上側またはトップ側であってもよい。プロセス流体入口が分布部の２つの隣接した側面のみに配置されてもよい。

一例では、チャンネルは、プロセス流体を少なくとも１つのプロセス流体入口からノズルアレイへ均等に分布させるように構成される。一例では、チャンネルは、プロセス流体を分布部におけるプロセス流体の基本的に均一な流れへ分布させるように構成される。一例では、チャンネルは、プロセス流体をノズルアレイから出ていくプロセス流体の基本的に均一な出口速度へ分布させるように構成される。チャンネルの構成は、それによって、基板の均一な表面処理、基板上の均一な堆積速度および均一な層の形成の少なくとも一方を可能にできる。

一例では、分布部およびチャンネルは、上面図において、角のある形状を有する。別の例では、上面図において分布部が円形状を有し、チャンネルがリング形状を有する。分布部は、いずれかの種類の形状、例えば、矩形、正方形、長円形、三角形または他の適切な幾何学的構成を有してよい。

一例では、チャンネルは、矩形断面を有する。チャンネルは、いずれかの種類の形状、例えば、角がある、正方形、丸形、長円形、三角形または他の適切な幾何学的構成を有してよい。一例では、チャンネルは、ノズルアレイの幅の１～２０％の範囲内、好ましくは３～１５％の範囲内、より好ましくは５～１０％の範囲内の幅を有する。一例では、チャンネルの断面のサイズが分布部の外周に沿って変化する。例えば、プロセス流体入口に隣接したチャンネルの下側は、幅ｗ１を有してよく、チャンネルの横側は、ｗ１より大きい幅ｗ２を有してよい。さらに、（プロセス流体入口に隣接した下側に対向する）チャンネルのトップ側は、幅ｗ３を有してよく、この幅は、ｗ３＝ｗ２をもつ角で開始して、トップ側の中心では頂点幅ｗ４へ増加する。チャンネルの寸法は、基板の均一な表面処理、基板上の均一な堆積速度および均一な層の形成の少なくとも一方をさらに改善できる。

本発明によれば、プロセス流体中における基板の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のためのデバイスも提示される。化学および電解の少なくとも一方の表面処理のためのデバイスは、上記のようなプロセス流体中における基板の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための分布システムならびに基板ホルダを含む。

基板ホルダは、基板を保持するように構成される。基板ホルダは、１つまたは２つの基板（基板ホルダの各側に１つの基板）を保持するように構成されてよい。

化学および電解の少なくとも一方の表面処理のためのデバイスは、アノードをさらに含んでよい。化学および電解の少なくとも一方の表面処理のためのデバイスは、電源をさらに含んでよい。化学および電解の少なくとも一方の表面処理のためのデバイスは、プロセス流体源をさらに含んでよい。

本発明によれば、プロセス流体中における基板の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための分布方法も提示される。化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための方法は、必ずしもこの順序とは限らないが、以下のステップ、すなわち、
ａ）プロセス流体および電流の少なくとも一方の流れを基板へ導くように構成された分布部を設けるステップ、
ｂ）少なくとも１つのプロセス流体入口を設けるステップ、
ｃ）分布部の外周を少なくとも部分的に囲むチャンネルを設けるステップ、および
ｄ）チャンネルを用いてプロセス流体を少なくとも１つのプロセス流体入口から分布部のノズルアレイへ分布させるステップ
を含む。

結果として、本発明は、基板の均一な表面処理、均一な堆積速度、基板上の均一な層の形成などを可能にし、改善し、および容易にすることのうち少なくとも一つを行う、化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための方法に関する。チャンネルは、分布部の外周を少なくとも部分的に囲み、それによって、プロセス流体のプロセス流体入口からノズルアレイの複数の単一ノズルへの分布、分布部から基板への分布および基板における分布の少なくとも一方を改善できる。

デバイスおよび方法は、特に、構造化された半導体基板、導体平板およびフィルム基板の処理に適するが、平面状金属および金属化基板の表面全体の処理にも適する。デバイスおよび方法は、本発明に従って太陽エネルギー発電のための大表面光電パネルまたは大規模モニタパネルの製造に用いられてもよい。

独立請求項によるプロセス流体中における基板の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のためのシステム、デバイスおよび方法は、特に、従属請求項において規定されるのと同様および同一の少なくとも一方の好ましい実施形態を有することが理解されよう。さらに、本発明の好ましい実施形態を従属請求項とそれぞれの独立請求項とのいずれかの組み合わせとすることができることも理解されよう。

本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかになり、それらを参照して解明されるであろう。

本発明によるプロセス流体中における基板の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のためのデバイスの一実施形態を模式的および例示的に示す図である。 ２つの基板を保持する基板ホルダの一実施形態を模式的および例示的に示す図である。 本発明によるプロセス流体中における基板の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のためのデバイス、ならびに化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための分布システムの一実施形態を模式的および例示的に示す図である。 本発明によるプロセス流体中における基板の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のためのデバイス、ならびに化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための分布システムの一実施形態を模式的および例示的に示す図である。 本発明によるプロセス流体中における基板の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための分布方法の一例の基本的なステップを示す図である。

本発明の例示的な実施形態が添付図面を参照して以下に記載される。

図１は、本発明によるプロセス流体中における基板３０の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のためのデバイス１００の一実施形態を模式的および例示的に示す。化学および電解の少なくとも一方の表面処理のためのデバイス１００は、プロセス流体中における基板３０の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための垂直分布システム１０および基板ホルダ２０を含む。

基板ホルダ２０は、図２にも示される。基板ホルダ２０は、１つまたは２つの基板３０、基板ホルダ２０の各側に１つの基板３０を保持するように構成される。基板ホルダ２０は、ここでは丸みを帯びた角をもつ例えば３７０×４７０ｍｍのサイズの矩形基板３０を保持する。もちろん、化学および電解の少なくとも一方の表面処理のためのデバイス１００は、好ましくは垂直配置において片側または両側表面処理のために１つだけの基板３０を保持するように構成された基板ホルダ２０とともに用いられてもよい。

基板３０は、電気または電子部品の製造のための基本的に平板形状のワークピースであってよく、基板ホルダ２０に機械的に固定される。処理媒質が分布部２１から出るにつれて、処理されることになる基板３０の表面はプロセス流体中に浸される。特別な場合には、基板３０は、マスクされるかもしくはマスクされてない導体平板、半導体基板またはフィルム基板であってよく、あるいはほぼ平面状の表面を有するいずれかの金属または金属化ワークピースであってもよい。

図１、３および４に示されるようなプロセス流体中における基板３０の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための分布システム１０は、化学および電解の少なくとも一方の表面処理のために目標とする流れおよび電流密度パターンを生成する。分布システム１０は、ここではプロセス流体（示されない）中に沈んだ２つの分布部２１を含む。各分布部２１に対向するのは、基板ホルダ２０に取り付けられた基板３０である。基板３０の表面は、プロセス流体によって濡らされる。２つの電極、ここでは２つのアノード２２が存在し、その各々が分布部２１の基板３０とは反対側に位置して、やはりプロセス流体中に浸される。アノード２２は、プロセス流体内で対電極として機能する基板３０とアノード２２との間に電流の流れが生じるように、分布部２１と機械的に接触するか、または分布部２１から空間的に分離して、分布部２１の背面領域に取り付けられる。用いられる表面処理方法に応じて、アノード２２は、プロセス流体に不溶な白金被覆チタンなどの材料か、または別の状況では、例えば、ガルバニックに分離されることになる金属などの可溶な材料からなってよい。

分布システム１０は、プロセス流体のための幾つかのプロセス流体入口２３、および各分布部２１の外周を囲む２つのチャンネル２４をさらに含む。プロセス流体入口２３は、プロセス流体が分布システム１０および分布部２１へ入る開口部である。

分布部２１は、各々がノズルアレイ２５を含み、各チャンネル２４は、プロセス流体をそれぞれのプロセス流体入口２３からそれぞれのノズルアレイ２５へ分布させるように配置され、そのような寸法に形作られる。次に、プロセス流体は、流体入口２３からチャンネル２４へ、チャンネル２４からノズルアレイ２５へ、そしてノズルアレイ２５からノズルアレイ２５の出口開口部へ流れる。出口開口部は、プロセス流体の流れを基板３０に導き、基板３０ではその流れが所望の化学および電解の少なくとも一方の反応を実施する。分布部２１は、プロセス流体の逆流を基板から受け取るための逆流開口部をさらに含む。

プロセス流体入口２３は、分布部２１の１つの側面に、すなわち、分布部２１のボトム側の面に分散して配置され、非対称的に配置される。分布部２１およびチャンネル２４は、上面図で見たときに角のある形状を有する。チャンネル２４の断面のサイズは、分布部２１の外周に沿って変化する。５１３×５１３ｍｍのノズルアレイに対して、チャンネル２４の幅は、プロセス流体入口に隣接したボトム側における約２５．５ｍｍ、横側における約３５．５ｍｍと、トップ側で丸みを帯びた角から頂点へと増加してトップ側の中心における約４５．５ｍｍの幅との間で変化してよい。頂点には、分布部２１の換気開口部が配置されてよい。

チャンネル２４および特にその構成は、基板の均一な表面処理と、基板上の均一な堆積速度および均一な層の形成の少なくとも一方を改善する。さらに、チャンネルは、ノズルアレイ２４および基板３０へのプロセス流体の後の分布によらずプロセス流体入口２３の位置決めを行うため、分布システム１０の構築を容易にする。言い換えれば、プロセス流体入口２３は、プロセス流体のその後の分布を考慮することなく（または少なくとも考慮する度合いを低めて）構造的な考慮のみに基づいて配置されてよい。

分布部２１は、好ましくは、プラスチック、特に好ましくは、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニール、ポリエチレン、アクリルガラスすなわちポリメチルメタクリラート、ポリテトラフルオロエチレン、またはプロセス流体によって分解されない別の材料を含んでよい。

図５は、プロセス流体中における基板３０の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための分布方法のステップの概略図を示す。化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための方法は、以下のステップを含む。すなわち、
－第１のステップＳ１において、プロセス流体および電流の少なくとも一方の流れを基板３０へ導くように構成された分布部２１を設ける。
－第２のステップＳ２において、少なくとも１つのプロセス流体入口２３を設ける。
－第３のステップＳ３において、分布部２１の外周を少なくとも部分的に囲むチャンネル２４を設ける。
－第４のステップＳ４において、チャンネル２４を用いてプロセス流体を少なくともプロセス流体入口２３から分布部２１のノズルアレイ２５へ分布させる。

デバイスおよび方法は、特に、構造化された半導体基板、導体平板およびフィルム基板の処理に適するが、平面状金属および金属化基板の表面全体の処理にも適する。デバイスおよび方法は、本発明に従って太陽エネルギー発電のための大表面光電パネルまたは大規模モニタパネルの製造に用いられてもよい。

本発明の実施形態が種々の主題を参照して記載されることに留意されたい。特に、幾つかの実施形態は方法の請求項を参照して記載されたのに対して、他の実施形態は、装置の請求項を参照して記載される。しかしながら、当業者は、以上および以下の記載から、別に通知されない限り、１つの主題に属する特徴のいずれかの組み合わせに加えて、異なる主題に関する特徴の間のいずれかの組み合わせも成し得、それらはこの出願により開示されると考えられる。しかしながら、すべての特徴を組み合わせて、特徴の単なる足し合わせを超えた相乗効果を提供することができる。

本発明が図面および先の説明に詳細に図示され、記載されたが、かかる図示および記載は、例証または例示であり、それらに制限されない。本発明は、開示される実施形態には限定されない。請求項に係る発明の分野の当業者は、図面、開示および従属請求項の検討から、開示される実施形態に対する他の変形形態を理解し、生み出すことができる。

請求項において、単語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」は、複数を除外しない。一つの処理装置または他のユニットが請求項に列挙された複数の構成の機能を達成してもよい。幾つかの手段が互いに異なる従属請求項に列挙されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に用いることができないことを示すわけではない。請求項におけるいずれかの参照符号が範囲を限定すると解釈すべきではない。

１０ 分布システム
２０ 基板ホルダ
２１ 分布部
２２ アノード
２４ チャンネル
３０ 基板
１００ デバイス

Claims (13)

1. プロセス流体中における基板（３０）の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための分布システム（１０）であって、
   分布部（２１）と、
   少なくとも１つのプロセス流体入口（２３）と、
   チャンネル（２４）と
   を備え、
   前記分布部（２１）は、前記プロセス流体又は前記プロセス流体とともに流れる電流を前記基板（３０）へ導くように構成され、
   前記チャンネル（２４）は、前記分布部（２１）の外周を全体的に囲み、
   前記チャンネル（２４）の断面のサイズは、前記分布部（２１）の外周に沿って変化し、
   前記分布部（２１）は、前記チャンネル（２４）の内部のノズルアレイ（２５）を含み、
   前記チャンネル（２４）は、前記プロセス流体を前記プロセス流体入口（２３）から前記ノズルアレイ（２５）へ分布させるように構成された、
   分布システム（１０）。
2. 前記プロセス流体入口（２３）は、前記分布部（２１）に分散して配置された、請求項１に記載の分布システム（１０）。
3. 前記プロセス流体入口（２３）は、前記分布部（２１）に非対称に配置された、請求項１～２のうちの何れか一項に記載の分布システム（１０）。
4. 前記分布部（２１）の１つの側面のみに配置された少なくとも２つの前記プロセス流体入口（２３）を備える、請求項１～３の何れか一項に記載の分布システム（１０）。
5. 前記チャンネル（２４）は、前記プロセス流体を前記分布部（２１）におけるプロセス流体の基本的に均一な流れへ分布させるように構成された、請求項１～４のうちの何れか一項に記載の分布システム（１０）。
6. 前記チャンネル（２４）は、前記プロセス流体を前記ノズルアレイ（２５）から出ていくプロセス流体の基本的に均一な出口速度へ分布させるように構成された、請求項１～５のうちの何れか一項に記載の分布システム（１０）。
7. 前記チャンネル（２４）は、前記プロセス流体を少なくとも１つのプロセス流体入口（２３）から前記ノズルアレイ（２５）へ均等に分布させるように構成された、請求項１～６のうちの何れか一項に記載の分布システム（１０）。
8. 前記分布部（２１）および前記チャンネル（２４）は、上面図において、角のある形状を有する、請求項１～７のうちの何れか一項に記載の分布システム（１０）。
9. 上面図において前記分布部（２１）は、円形状を有し、前記チャンネル（２４）は、リング形状を有する、請求項１～７のうちの何れか一項に記載の分布システム（１０）。
10. 前記チャンネル（２４）は、矩形断面を有する、請求項１～９のうちの何れか一項に記載の分布システム（１０）。
11. 前記チャンネル（２４）は、前記ノズルアレイ（２５）の幅の１～２０％の範囲内、好ましくは３～１５％の範囲内、より好ましくは５～１０％の範囲内の幅を有する、請求項１～１０のうちの何れか一項に記載の分布システム（１０）。
12. プロセス流体中における基板（３０）の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のためのデバイス（１００）であって、
    請求項１～１１のうちの何れか一項に記載の分布システム（１０）と、
    基板ホルダ（２０）と
    を備え、
    前記基板ホルダ（２０）は、前記基板（３０）を保持するように構成された、デバイス（１００）。
13. プロセス流体中における基板（３０）の化学および電解の少なくとも一方の表面処理のための分布方法であって、
    前記プロセス流体又は前記プロセス流体とともに流れる電流を前記基板（３０）に導くように構成された分布部（２１）を設け、
    少なくとも１つのプロセス流体入口（２３）を設け、
    前記分布部（２１）の外周を全体的に囲むチャンネル（２４）を設け、前記チャンネル（２４）の断面のサイズは、前記分布部（２１）の外周に沿って変化し、
    前記チャンネル（２４）を用いて前記プロセス流体を前記プロセス流体入口（２３）から前記分布部（２１）のノズルアレイ（２５）へ分布させる
    ことを含み、
    前記ノズルアレイ（２５）は、前記チャンネル（２４）の内部に存在する、
    分布方法。

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