KR100465465B1

KR100465465B1 - 전해 도금 장치 및 전해 도금 방법

Info

Publication number: KR100465465B1
Application number: KR10-2001-0027961A
Authority: KR
Inventors: 마쯔다데쯔오; 가네꼬히사시; 미시마고지; 마끼노나쯔끼; 구니사와준지
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2005-01-13
Also published as: US6767437B2; KR20010107633A; US20020000379A1; TW486761B; JP2001335992A

Abstract

전해 도금 장치는, 양극과, 이것과 실질적으로 면 대 면으로 평행하게 대향하여 설치된 의사 음극 사이에 전해질을 채워 전류를 공급함으로써, 피처리 기판에의 도금 정지 기간에 있어서의 블랙 필름의 변질을 억제한다. 특히, 양극에의 전류 인가를 피처리 기판에의 도금을 재개하기 직전에 행함으로써, 피처리 기판에의 도금 성막 특성을 최대한으로 안정화할 수 있어, 전력의 소비, 양극의 용해를 억제할 수 있다. 본 장치는 블랙 필름의 형성이 현저한 구리 도금에 있어서 특히 효과적이다.

Description

전해 도금 장치 및 전해 도금 방법{ELECTROLYTIC PLATING DEVICE AND METHOD OF THE SAME}

본 발명은 구리의 도금 처리에 관한 것으로, 주로 반도체 기판 등에 행하는 매엽(枚葉) 처리(single wafer processing)를 행하는 전해 도금 장치 및 전해 도금 방법에 관한 것이다.

오래전부터 도금 공업에서 많이 이용되어 온 구리의 전해 도금이 최근 반도체의 다층 배선용 프로세스로서 주목받고 있다. 이것은, 반도체의 다층 배선 재료에 저항율이 낮은 구리를 이용하도록 했기 때문이다. 또한 도금에 의한 성막은 단차 피복성(step coverage)이 우수하기 때문에, 배선 형성 프로세스(상감 프로세스; damascene process)와의 정합성이 좋은 것이나 스퍼터링법 등에 비하여 고속이면서 염가인 성막이 가능한 것도 도금 프로세스를 도입하는 이유가 되었다.

그러나, 구리 도금에서는, 양극의 표면에 형성되는 「블랙 필름」이라고 하는 흑색 박막에 대한 배려가 필요하다. 이 블랙 필름은 도금액 중의 산소나 염소와 양극 재료의 함인동(phosphorous containing copper)의 구리, 인의 화합물이라고 한다. 피처리 기판에 도금을 행하면 통전에 의해 음극인 피처리 기판에는 구리가, 양극에는 블랙 필름이 형성된다.

블랙 필름은 도금액 내에서 통전되고 있는 한, 안정적이지만 일단 통전을 정지시키거나 양극을 도금액으로부터 끌어올리거나 하면, 양극으로부터의 탈락이나 도금액으로의 용해 등이 발생하여 소실되게 된다. 블랙 필름이 양극의 표면에서 부분적으로 소실되게 되면, 피처리 기판인 웨이퍼 상에서의 성막의 균일성이 현저히 저하하거나, 막 표면에 석출물(precipitation)이 형성되기도 하는 등의 폐해가 확인된다.

그래서 실제로는 전해 도금 장치를 사용하지 않는 시간이 일정 시간 넘으면 더미 웨이퍼(dummy wafer)를 이용하여 통전하고, 블랙 필름의 형성을 고의로 행한다. 이것을, 「공전해(anode burn-in)」라고 한다. 이 공전해는 구리 도금의 성능[매립 성능(filling performance), 막 두께의 균일성 등]을 안정적으로 얻기 위해 불가결한 것이다.

또한, 비용해성 양극 등 블랙 필름이 형성되지 않은 양극에서도, 전류 인가에 의한 양극의 산화 반응은 생기며, 그에 따라 양극 표면은 통전 시와 장기 방치 후에는 상태가 달라진다. 그 때문에, 블랙 필름의 유무에 상관없이 공전해가 필요하다.

따라서, 피처리 웨이퍼에의 도금이 일정 시간 중단된 후에는 다음의 프로세스에서의 웨이퍼 도금에 앞서, 더미 웨이퍼에의 공전해를 행할 필요가 있으며, 전해 도금 장치의 이용 효율이 현저히 저하한다고 하는 문제가 있었다.

이하에 반도체 공업에서 가장 널리 이용되고 있는 컵식 전해 도금 장치를 예로 공전해의 예와 그 폐해를 설명한다. 도 1은 구리 도금을 주 목적으로 한 컵식 전해 도금 장치의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 장치는 컵(1)에 채워져 순환하는 도금액(2), 컵(1) 내에 설치된 양극(3), 양극(3)과 대향하는 웨이퍼(4) 표면에 마이너스 전위를 제공하는 전극(5), 도금액(2)이 전극(5)에 접촉하는 것을 방지하는 시일(6), 및 웨이퍼(4)와 양극(3)에 전류를 공급하는 전원(7)으로 구성된다.

도금액으로서 일반적으로 이용하는 것은 황산동(copper sulfate), 황산, 염산의 혼합 수용액이다. 웨이퍼의 처리를 끝내고, 웨이퍼(4)를 분리시키면 양극(3)에는 전류가 흐르지 않게 된다. 이 상태에서 양극(3)은 도금액(2)에 노출된다. 또는, 도금액(2)을 컵(1)으로부터 배출한 경우에는 대기에 노출된다. 어떤 경우에도 양극(3) 표면에 형성된 블랙 필름은 시간과 함께 변질한다. 그 때문에, 장치 메이커는 예를 들면 도 2와 도 3에 도시된 바와 같은 메인터넌스(maintenance)를 행하는 것을 추천 및 장려하고 있다.

도 2와 도 3으로부터 분명히 알 수 있듯이 도금 종료 후 전해 도금 장치가 대기 상태가 되면, 도금을 재개(再開)하기 위해서는 도금을 가능하게 하는 상태까지의 준비 시간이 필요하게 된다. 이와 같이 전해 도금 장치의 실질적인 웨이퍼 처리 능력은 LSI(large scale integration) 공장에서는 낭비가 많아, LSI의 프로세스 비용 상승을 초래하였다. 특히 다층 배선 공정은 LSI 제조 공정의 후반에 있기 때문에, 공장 내의 웨이퍼는 항상 일정량 흘러 나오는 것은 아니고, 단속적(斷續的)으로 다량의 웨이퍼가 흘러 나온다. 그 때문에, 이상에서 설명된 바와 같은 공전해는 전해 도금 장치의 가동 시간의 1/3 가깝게 차지하는 경우도 있어 심각한 문제가 되었다.

본 발명의 목적은 공전해에 필요한 시간을 삭감하고, 처리량의 향상을 도모할 수 있는 전해 도금 장치 및 전해 도금 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1 양상의 전해 도금 장치는, 음극이 되는 피처리 기판을 유지하는 홀더(holder)와, 상기 홀더와 다른 위치에 설치된 의사 음극과, 상기 홀더에 유지된 상기 피처리 기판의 피도금면과 상기 의사 음극의 어느 쪽에도 실질적으로 면 대 면으로 대향 가능해지는 양극과, 상기 양극을 상기 피처리 기판 홀더와 상기 의사 음극 간으로 이동시키는 이동 기구와, 상기 의사 음극과 상기 양극 간에 접속되어 상기 의사 음극과 상기 양극 간에 채워지는 전해질을 통해 상기 양극과 상기 의사 음극 간에 전류를 공급하는 전원을 포함한다.

본 발명의 제2 양상의 전해 도금 장치는 전해질을 채울 수 있는 컵과, 상기 컵의 저부에 구비된 양극과, 상기 컵 상부에서 피처리 기판의 도금면을 상기 양극에 대향하도록 상기 피처리 기판을 유지하는 홀더와, 상기 양극과 상기 피처리 기판 간에 요구에 따라 개재하는 이동 가능해지는 의사 음극과, 상기 의사 음극을 상기 피처리 기판의 도금 시에는 분리시켜서 상기 피처리 기판의 도금 정지 시에는 상기 양극과 실질적으로 면 대 면으로 대향시키는 이동 기구와, 상기 의사 음극과 상기 양극 간에 접속된 전원을 포함한다.

본 발명의 제3 양상의 전해 도금 방법은, 의사 음극을 준비하고 평판형의 양극을 전해질을 통해 상기 의사 음극과 실질적으로 면 대 면으로 평행하게 무통전 상태에서 대향시켜 상기 양극과 상기 의사 음극을 대향시킨 후에 상기 양극과 상기 의사 음극 간에 전류를 흘리고 상기 양극과 상기 의사 음극 간에 전류를 흘린 후에 음극이 되는 피처리 기판과 상기 양극을 전해질을 통해 대향시켜 상기 피처리 기판 상에 도금막을 형성한다.

본 발명에서는, 양극과, 이것과 실질적으로 면 대 면으로 평행하게 대향하여 설치된 의사 음극(dummy cathode) 간에 전해질(electrolytic agent)을 채워서 전류를 공급함으로써 블랙 필름의 변질이 억제된다. 쓸모없는 공전해(anode burn-in) 처리가 불필요해지기 때문에 처리량이 향상된다.

구리 도금에서는 블랙 필름의 형성이 현저하여 본 발명의 효과는 크다. 양극에 인가하는 전류를 도금 재개 직전 혹은 단속적으로 행함으로써, 전력의 소비, 양극의 용해를 억제할 수 있다. 특히, 상기 양극에의 전류 인가를 피처리 기판에의 도금을 행하기 직전에 행함으로써, 피처리 기판에의 도금의 성막 특성을 최대한으로 안정화할 수 있다.

의사 음극과 양극을 모두 실질적으로 평판하게 하고 서로 평행을 유지할 수 있는 기구를 구비하면, 양극에 흐르는 전류 밀도가 균일해져서 양극에 형성되는 블랙 필름을 균일화할 수 있다. 이에 따라, 피처리 기판 전면에 동일한 도금막 성장 속도, 성막 특성을 실현할 수 있다. 양극에 인을 함유하는 구리를 이용함으로써 블랙 필름의 형성이 안정적으로 발생하여 발명의 효과는 현저해진다.

도 1은 종래의 컵식 전해 도금 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도.

도 2는 도금액 순환 정지 시간과 순환 재개 전에 필요로 하는 메인터넌스(maintenance) 항목과의 관계를 나타내는 다이어그램.

도 3은 도금 전류 정지 시간과 통전 재개(再開) 전에 필요한 메인터넌스 항목의 관계를 나타내는 다이어그램.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 함침식(含浸式) 전해 도금 장치의 개략 구성을 나타내는 도면.

도 5는 제1 실시예에서의 양극과 음극(혹은 기판 홀더)을 평행하게 유지하는 기구를 설명하는 모식적인 단면도.

도 6은 제1 실시예에서 여러가지의 도금 인터벌(interval), 의사 음극의 통전 조건에 대한 도금막의 성능을 나타내는 다이어그램.

도 7a 내지 도 7g는 도 6의 의사 음극의 여러 가지 통전 조건의 타임차트.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 컵식 전해 도금 장치의 개략 구성과, 공전해(空電解)의 방법을 단계적으로 나타내는 모식적인 단면도.

도 9a 및 도 9b는 제2 실시예의 변형예에 따른 컵식 전해 도금 장치의 개략구성과, 공전해의 방법을 단계적으로 나타내는 모식적인 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 웨이퍼

102 : 지지대

103 : 음극 접점

104 : 시일

105 : 양극

106 : 함침 스폰지

107 : 아암

108 : 용기

109 : 의사 음극

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

[제1 실시예]

제1 실시예의 포인트는, 도금 위치 혹은 도금액의 위치로부터 양극을 분리시켜, 분리 장소에 설치된 의사 음극을 이용하여 전해 작용을 행하게 하는데 있다.

제1 실시예에서는 함침(impregnation)식의 전해 도금 장치에 대하여 설명한다. 함침이란, 액체 이외의 고체, 혹은 고체 액체 혼합물, 또한 기체의 혼합물 등의 함침체가 도금액을 유지하는 상태를 말한다. 도금액은 단독으로 용기 중에 존재하는 경우에 비교하여 공간적 이동에 어느 정도의 제약을 받는다. 함침체가 피처리 기판에 접촉함으로써 도금액은 피처리 기판에 작용을 미친다.

또, 함침체의 일부는 피처리 기판에 접촉하지 않는 경우도 있을 수 있지만, 이 경우에서도 함침체와 피처리 기판의 접촉 부분의 근방에 도금액이 피처리 기판으로 공급되는 상태(예를 들면, 표면 장력으로)가 있을 수 있다. 이러한 상태는 실시하고자 하는 기술의 목적에 따라 용인해도 되며, 또한 한편으로 실시 기술의목적으로부터 부적합하다면 회피하는 것도 가능하다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 도금 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 지지대(102) 상에 상측을 향한 웨이퍼(피처리 기판: 101)가 설치되어 있다. 웨이퍼(101)는 Si 기판 상에 30㎚의 Ta막 및 100㎚의 Cu막을 스퍼터법으로 순차 피착한 것으로, Cu막이 상측을 향하고 있다. 웨이퍼(101) 표면에는 음극 전위를 제공하는 음극 접점(103)이 접속되어 있다. 웨이퍼(101) 상의 음극 접점(103)의 내측에 음극 접점(103)을 도금액으로부터 지키는 시일(104)이 설치되어 있다.

웨이퍼(101)의 표면에 대향하여 도금액(전해질)을 포함하는 PVA(폴리비닐 알콜)로 이루어지는 함침 스폰지(106)와, 함침 스폰지(106)가 접착된 평판의 함인동제의 양극(105)이 배치되어 있다. 양극은 전원(111)에 접속되어 있다.

양극(105) 및 함침 스폰지(106)는 아암(이동 기구)(107)의 움직임에 의해 이동 가능하며 도금 위치 A와는 별도로 설치된 대기 위치 B에 양극(105) 및 함침 스폰지(106)를 분리하는 것이 가능하다.

대기 위치 B에는, 내부가 도금 액(110)이 채워진 용기(108)가 설치되어 있다. 또한 용기(108) 내에는 금속제의 의사 음극(dummy cathode; 109)이 설치되어 있다. 도금 위치 A에서의 웨이퍼(101)로의 도금에 앞서, 대기 위치 B에서의 양극(105)과 의사 음극(109) 사이로 전류를 흘린다.

이 공정은 피처리 기판 대기 등으로 장치가 스탠바이(standby) 상태에 있을 때에 행하는 것도 가능하다. 또한, 피처리 기판이 도금 처리의 전후 공정, 예를 들면, 기판 반송이나 건조 등의 공정을 거치고 있는 중에 행하여도 좋기 때문에, 장치의 처리량(피처리 기판 처리 능력)의 저하를 초래하지 않는다.

제1 실시예에서 이용하는 구리 도금의 표준 조건을 다음에 기술한다. 도금 액(110)의 조성은 황산 구리·오 수화물(copper sulfate pentahydrate)(CuSO₄·5H₂O): 250g/리터, 황산(H₂SO₄): 180g/리터, 염산(HCl): 60㎎/리터이고, 또한 도금 액의 페이퍼, 도금 액의 안정성, 양극의 보호, 형성막의 표면 평활화(smoothing), 형성막의 결정립 제어 등 여러 가지 목적으로 폴리머, 착체 형성물(complex compound) 등의 첨가물이 첨가되어 있다.

또, 아암(107)에는 피처리 기판(101)과 양극(105), 및 양극(105)과 의사 음극(109) 사이를 평행하게 유지하는 기구가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 의사 음극과 양극은 모두 평판이기 때문에, 상호 평행을 유지할 수 있는 기구를 구비하고 있으면, 양극에 흐르는 전류 밀도가 균일해져, 양극에 형성되는 블랙 필름을 균일화할 수 있다. 이에 따라, 피처리 기판 전면에서 동일한 도금 막 성장 속도, 성막 특성을 실현할 수 있다.

피처리 기판(101)과 양극(105) 사이를 평행하게 유지하는 기구로는, 예를 들면, 도 5와 같이 구성하면 좋다. 도 5는 도 4의 A점에 있어서 지면에 수직 방향의 단면을 나타낸다. 지지대(102)가 설치되는 지지판(112)에 한 쌍의 위치 결정 핀 (114)을 설치하고, 양극(105)을 유지하는 홀더(115)를 유니버설 조인트(118)를 통해 아암(107)에 접속한다. 홀더(115)가 상부로부터 하부로 강하하고, 위치 결정 핀(114)으로 정해지는 평면에 안치되면, 양극(105)과 피처리 기판(101)의 대향면을 평행하게 할 수 있다. 양극(105)과 의사 음극(109) 사이도 마찬가지로 구성할 수 있다.

또, 함침 스폰지(106)는, PVA 이외에도, 다공질 세라믹, 다공질 테프론, 폴리프로필렌 등을 섬유 형으로 뜨거나, 종이 형태로 가공한 것, 또는 겔화 실리콘 산화물(silica gel)이나 한천질(agar) 등의 부정형물(不定形物) 등이어도 좋다.

다공질 또는 공극의 크기는 일률적으로 규정되는 것이 아니라, 액체의 점도, 함침체와 액체 사이에서 발생되는 습윤성·표면 장력 등에 따라 변화된다. 함침체는 기본적으로 액체를 유지할 수 있어, 그 액체가 공간적인 이동 제약을 받는(예를 들면, 용기가 없는 상태에서 액체의 대부분이 유출되지 않는) 상태를 달성할 수 있는 것이면 좋다.

또, 제1 실시예에 있어서는 도금 액 유지의 용이성으로부터 함침 도금법을 이용하였으나, 반드시 함침 스폰지가 필요한 것은 아니며, 상술한 바와 같이 표면 장력을 이용하여 피처리 기판 표면과 함침 스폰지 표면 사이에 좁은 간극을 설치하여 도금 액의 유지를 행하여도 좋다. 도 4에서는 시일(104)이 스페이서를 겸하고 있다.

함침 스폰지(106)를 웨이퍼의 도전체층에 밀착시킴으로써, 함침 스폰지(106)로부터 도전체층의 표면에 도금 액을 공급한다. 그리고, 전원으로부터 양극(105)으로 전류 밀도 20㎃/㎠의 전류를 공급한다. 양극(105)에 전류를 공급하면, 양극 접점(103)에 전기적으로 접속하는 도전체층의 표면에 구리 도금 박막이 형성된다.

웨이퍼 상에 구리 도금 박막을 형성한 후, 아암(107)에 의해 함침 스폰지 (106) 및 양극(105)을 분리 위치 B로 이동시켜, 컵(108) 내의 도금 액(110) 중에 담그고, 양극(105)과 의사 음극(109) 사이로 전류가 흐른다. 이 경우, 의사 음극과 웨이퍼(101)의 사이즈는 대략 동일하게 하였다.

또한, 본 실시예에서는 아암(107)을 이용하여 양극(105)을 분리 위치 B로 이동하였지만, 이동 수단은 아암뿐만 아니라, 사람 손에 의해 양극(105)을 이동하여도 좋다.

분리 위치 B에서의 양극(105)과 의사 음극(109) 사이에 공급하는 전류 조건을 여러가지 바꾸면서 8인치 웨이퍼에 대한 구리 전해 도금 막 두께의 균일성과 홈이나 구멍에 대한 매립 특성을 평가하였다. 형성된 구리 전해 도금 막의 평가 결과를 도 6에 도시한다. 또한, 도 6 중의 양극에 대한 통전 조건(전류 밀도)을 도 7a 내지 도 7g에 도시한다.

시료 번호 1 내지 4는 의사 음극으로 통전하지 않는 경우를 나타내고, 웨이퍼 도금 간의 인터벌(interval) 시간만 바꾸고 있다. 도 7a 내지 도 7g에서는 편의상 웨이퍼(음극) 도금 시의 양극 전류 밀도(I_an)와 의사 음극을 이용한 공전해 시의 양극 전류 밀도(I_an)를 동일 타임 차지 상에 나타내고 있다. 제1 도금은 매엽형 도금에 있어서, 임의의 1웨이퍼에 대한 도금이고, 제2 도금은 다음의 웨이퍼에 대한 도금이다. 인터벌 시간은 제1과 제2 도금 사이의 시간이다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 불과 30분의 프로세스 인터벌이라도 막 두께 균일성이나 매립 성능이 열화하는 것을 알 수 있다. 또한, 인터벌 시간이 길어짐에 따라, 도금 표면으로의 이상 석출물이 많아진다.

시료 번호 5는 인터벌을 360분으로 하여, 웨이퍼에 대한 도금 조건과 동일한 조건으로 의사 음극에 연속 통전한 것이다. 막 두께 균일성이나 매립 성능은 당연히 최량(最良)의 부류에 속하지만, 의사 도금 액의 열화가 빨라져, 전력 소비도 크다.

시료 번호 6은 인터벌을 360분으로 하여, 의사 음극으로 1㎃/㎠로 연속 통전한 것이지만, 막 두께의 균일성이 시료 번호 5에 비하여 열화하기는 하지만, 매우 좋은 결과를 얻을 수 있다.

시료 번호 7은 인터벌 시간을 360분으로 하여, 의사 전류에 대한 통전을 처음에는 행하지 않고, 웨이퍼 도금 재개 2분 전부터 1㎃/㎠로 연속 통전한 것이다. 막 두께의 균일성, 매립 성능은 양호하지만, 도금 표면의 이상 석출물이 조금 생겨나온다.

시료 번호 8은 인터벌 시간을 360분으로 하여, 의사 전극에 대한 통전을 최초 1㎃/㎠로 연속 통전하고, 웨이퍼 도금 재개 5분 전부터 20㎃/㎠(웨이퍼 도금과 동일 조건)로 통전한 것이다. 이것도 최량의 부류에 속하는 결과를 얻을 수 있었다.

시료 번호 9는 인터벌 시간을 360분으로 하여, 의사 전극에 대한 통전을 15분간 무통전, 15분간 20㎃/㎠의 반복으로 행한 것이다. 매립 성능이나 이상 석출물의 점에서 약간 열화하나, 막 두께의 변동은 억제된다.

시료 번호 10은 인터벌 시간을 360분으로 하여, 의사 전극에 대한 통전을 처음에는 행하지 않고, 웨이퍼 도금 재개 5분 전부터 20㎃/㎠로 연속 통전한 것이다. 막 두께의 변동이 약간 크지만, 대체로 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

시료 번호 11은 인터벌을 3600분으로 하여, 웨이퍼에의 도금 조건과 동일한 조건으로 의사 음극에 연속 통전한 것이다. 막 두께 균일성이나 매립 성능은 당연히 최량의 부류에 속하지만, 의사 도금액의 열화가 빨라져서 전력 소비도 커진다．

시료 번호 12는 인터벌 시간을 3600분으로 하여, 의사 전극에의 통전을 최초 1㎃/㎠로 연속 통전하고, 웨이퍼 도금 재개 5분전부터 20㎃/㎠(웨이퍼 도금과 동일 조건)로 통전한 것이다. 이것도 최량의 부류에 속하는 결과가 얻어진다.

또, 도금을 재개하기 5분전, 혹은 2분전부터 연속 통전을 행하고 있는 것은, 매엽식의 웨이퍼 도금을 재개한 경우, 웨이퍼가 도금 장치에 세트되고 나서 실제로 도금이 행해지는 도금 스테이지에 도달하기까지의 시간이 1∼10분인 경우가 많아서, 그 대표로서 설정된 것이다. 이 1∼10분의 데드 타임을 이용하여 의사 전극에의 통전을 행하면, 도금 작업의 효율화가 도모된다.

이와 같이, 양극 대기 위치 B에 설치된 의사 음극에서의 통전을 연속 혹은 단속적으로 행함으로써, 막 두께의 균일성이나 매립 성능을 유지할 수 있다. 또한, 양극에 공급하는 전류를 적게 하거나 혹은 단속적으로 공급함으로써, 전력 소비, 양극의 용해를 억제할 수 있다.

단속적인 전류 공급은 도 7d, 도 7e, 도 7f, 도 7g에 도시한 조건에 반드시 한정되지 않고, 예를 들면 밀리초 단위의 펄스에서도 효과가 확인되었다. 또한,시료 번호 6과 같이, 1㎃/㎠로 매우 낮은 전류를 공급한 경우도 효과가 확인되었지만, 이것은 미리 형성된 블랙 필름의 누락을 방지하기 위해서는 반드시 큰 전류를 흘릴 필요가 없는 것을 의미하고 있다. 이 경우의 의사 음극과 양극 간의 전위차는 약 0.3V로 매우 낮았다.

전류 밀도는 반드시 웨이퍼 도금 시간과 동등할 필요는 없고, 저전류 밀도라도 효과는 있다. 그러나, 웨이퍼 프로세스 직전에 고전류 밀도에서의 통전을 행하면, 보다 높은 효과가 얻어진다. 전류는 직류에 한하지 않고 펄스라도 효과는 있고, 전류치도 웨이퍼 도금 시의 전류 밀도를 상회(上回)하여도 좋다.

[제2 실시예]

종래 기술에서 진술한 컵식 전해 도금액 장치에 있어서도 본 발명을 적용하는 것은 가능하다. 더미가 되는 웨이퍼를 이용하지 않고 웨이퍼 도금을 행하는 컵 내부에 의사 음극을 도입하고, 이 의사 음극과 양극 간에서의 통전에 의해 블랙 필름을 안정화한다.

도 8a와 도 8b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 컵식 전해 장치의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 8a는 웨이퍼(204)에 전해 도금을 실시하는 경우의 구성이고, 기본적으로 도 1의 종래의 컵식 전해 도금의 구성과 동일하다. 즉, 컵(201) 내에 양극(203)과, 컵(201)에 채워져 순환하는 도금액(202)과, 양극(203)과 대향하는 웨이퍼(204) 표면에 마이너스 전위를 제공하는 전극(205)과, 도금액(202)이 전극(205)에 접촉되는 것을 방지하는 시일(206), 웨이퍼(204)와 양극(203)에 원하는 전류를 인가하는 가변 전원(207)이 설치되어 있다. 웨이퍼(204)는 금속제의 홀더(209)에 의해 유지되고 있다.

웨이퍼 도금 프로세스 전후의 웨이퍼 반송 시에는, 웨이퍼(204)는 홀더(209)와 함께 홀더 제어 기구(210)에 의해 상측으로 들어 올려져 180°반전된다. 이 상태에서 도금이 종료된 웨이퍼(204)가 언로딩되고, 새롭게 도금을 행하는 웨이퍼(204)가 로딩된다.

제2 실시예에서는, 웨이퍼 홀더(209)가 의사 음극을 겸하고 있고, 웨이퍼(204)가 언로드된 상태[웨이퍼(204)를 로드한 상태라도 상관없음)에서 컵(201)의 상면까지 인하하고, 도금액(202)에 접액한다(도 8b). 다음의 웨이퍼 도금 개시까지의 스탠바이 시에 의사 음극(209)과 양극(203) 간에 도금액(202)을 통해 전류를 흘린다. 이 때, 가변 전원(207)은 원하는 의사 도금 전류(번인 전류)를 흘리도록 조정되고, 스위치(208)에 의해 의사 음극(209)에 접속된다.

또, 접액(接液)이란 도금액 면을 시간을 들여 조금씩 높게 하여 웨이퍼면 (혹은 의사 음극)에 접액시키는 것으로, 웨이퍼와 도금액 표면 간에 거품이 발생하지 않도록 하기 위해서 종종 이용되는 수법이다.

또, 제2 실시예에서는 웨이퍼 홀더(209)를 의사 음극으로서 사용하였지만, 전용 의사 음극을 구비하고, 피처리 기판(203)에의 도금막 형성 시는 이 의사 음극을 이동 기구에 의해 분리시켜도 좋다. 도 9a와 도 9b는 이러한 실시예를 나타낸다.

의사 음극(211)은 메쉬형 금속 또는 금속선을 짠 가요성 벨트로 형성되어 있고, 도 9a의 웨이퍼 도금 시에는 이동 와이어(이동 기구; 212)로 견인되고, 롤러(213)에 의해 가이드되어 컵(201)의 외부로 분리된다.

양극(203)을 번인할 때는 도 9b에 도시한 바와 같이, 의사 전극(211)은 양극(203)과 실질적으로 면 대 면으로 평행해지도록 컵(201) 내에 도입되며, 의사 전극(201)과 양극(203) 간에 원하는 전류가 가변 전원(207)으로부터 스위치(208)를 통해 공급된다.

도 9b에서는 웨이퍼(204)가 접액된 상태가 도시되어 있지만, 웨이퍼(204)는 도금액(210)으로부터 떨어져 언로드된 상태가 되어도 좋은 것은 물론이다.

또, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 양극과 의사 음극 간에는 웨이퍼 도금에 사용되는 도금액 자체를 채웠지만, 도금막 형성과 동일 도금액을 사용할 필요는 없고, 다른 도금액이나, 첨가제나 금속 농도가 다른 전해액을 채워도 좋다.

여기에 나타낸 프로세스 조건은 발명의 실시예를 설명하기 위한 편의 상 표준 조건이고, 도금 금속은 물론 각 파라미터는 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에 있으면 적당하게 변경하여도 좋다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 도금 대기 기간 중에 양극과 이것에 실질적으로 면 대 면으로 평행하게 대향하는 의사 음극 간에 전해질을 채워 전류를 공급한다. 이에 따라, 블랙 필름의 변질이 억제되고, 쓸모없는 공전해 처리가 불필요해지기 때문에, 도금 처리의 처리량이 향상된다.

Claims

전해 도금 장치에 있어서,

음극이 되는 피처리 기판을 유지하는 홀더(holder)와,

상기 홀더와 다른 위치에 설치된 의사(擬似) 음극과,

상기 홀더에 유지되는 상기 피처리 기판의 피도금 면과 상기 의사 음극의 어느 쪽에도 실질적으로 면 대 면으로 대향 가능하게 되는 양극과,

상기 양극을 상기 피처리 기판 홀더와 상기 의사 음극 사이로 이동시키는 이동 기구와,

상기 의사 음극과 상기 양극 사이에 접속되고, 상기 의사 음극과 상기 양극사이에 채워지는 전해질을 통해 상기 양극과 상기 의사 음극 사이에 전류를 공급하는 전원

을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 도금 장치.
제1항에 있어서, 상기 이동 가능한 양극의 상기 피처리 기판 홀더 혹은 상기 의사 음극과의 대향면에, 상기 전해질을 포함시키기 위한 함침체(含浸體)가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 전해 도금 장치.
제2항에 있어서, 상기 함침체가 상기 홀더에 유지되는 상기 피처리 기판에 대향할 때, 상기 피처리 기판과 상기 함침체 사이에 스페이스를 규정하는 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 도금 장치.
제3항에 있어서, 상기 스페이스는, 상기 전해질의 표면 장력에 의해 상기 피처리 기판과 상기 함침체 사이에 상기 전해질이 채워지는 거리인 것을 특징으로 하는 전해 도금 장치.
제1항에 있어서, 상기 의사 음극을 수납하고, 상기 전해질을 유지하는 컵을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 도금 장치.
제1항에 있어서, 상기 의사 음극과 상기 양극은 모두 실질적으로 평판이며, 상기 의사 음극과 상기 양극을 상호 평행하게 유지하는 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 도금 장치.
제1항에 있어서, 상기 양극은, 인을 포함하는 구리로 형성되는 것을 특징으로 하는 전해 도금 장치.
전해 도금 장치에 있어서,

전해질을 채울 수 있는 컵과,

상기 컵의 저부(底部)에 구비된 양극과,

상기 컵의 상부에 있어서, 피처리 기판의 도금면을 상기 양극에 대향하도록 상기 피처리 기판을 유지하는 홀더와,

상기 양극과 상기 피처리 기판 사이에 요구에 따라 개재하도록 이동 가능하게 된 의사 음극과,

상기 의사 음극을 상기 피처리 기판의 도금 시에는 분리시키고, 상기 피처리 기판의 도금 정지 시에는 상기 양극과 실질적으로 면 대 면으로 대향시키는 이동 기구와,

상기 의사 음극과 상기 양극 사이에 접속된 전원

을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 도금 장치.
제8항에 있어서, 상기 피처리 기판 홀더가 상기 의사 음극으로서 작용하는 것을 특징으로 하는 전해 도금 장치.
제8항에 있어서, 상기 의사 음극은, 메쉬 형상 금속 또는 짜여진 금속선으로 이루어지는 가요성 음극이며, 상기 피처리 기판의 도금 시에는 상기 컵 밖으로 분리시키고, 상기 피처리 기판의 도금 정지 시에는 상기 컵 내에 도입되어 상기 양극과 대향하는 것을 특징으로 하는 전해 도금 장치.
제8항에 있어서, 상기 이동 기구는, 상기 의사 전극을 상기 양극과 실질적으로 평행하게 유지하는 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 도금 장치.
제8항에 있어서, 상기 양극은, 인을 포함하는 구리로 형성되는 것을 특징으로 하는 전해 도금 장치.
전해 도금 방법에 있어서,

제1 처소에 의사 음극을 준비하는 단계와,

평판형의 양극을 전해질을 통해 상기 의사 음극과 실질적으로 면 대 면으로 평행하게, 무통전의 상태에서 대향시키는 단계와,

상기 양극과 상기 의사 음극을 대향시키는 단계 후에, 상기 양극과 상기 의사 음극 사이에 전류를 흘리는 단계와,

상기 양극과 상기 의사 음극 사이에 전류를 흘리는 단계 후에, 상기 의사 음극이 준비되는 상기 제1 처소 이외의 제2 처소에 제공되어 음극이 되는 피처리 기판과 상기 양극을 전해질을 통해 대향시켜, 상기 피처리 기판 상에 도금 막을 형성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 도금 방법.
제13항에 있어서, 상기 도금 막은, 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 도금 방법.
제13항에 있어서, 상기 양극과 상기 의사 음극 사이에 전류를 흘리는 단계는, 상기 피처리 기판의 도금을 하기 위해 흘리는 전류보다도 적은 전류를 흘리는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 도금 방법.
제13항에 있어서, 상기 양극과 상기 의사 음극 사이에 전류를 흘리는 단계는, 상기 피처리 기판에의 도금 직전에 소정 시간, 상기 피처리 기판에의 도금 전류와 대략 동등한 전류를 흘리는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 도금 방법.
제16항에 있어서, 상기 소정 시간은 1분 이상 10분 이내인 것을 특징으로 하는 전해 도금 방법.
제13항에 있어서, 상기 양극과 상기 의사 음극 사이에 전류를 흘리는 단계는, 상기 피처리 기판의 도금 전류보다 적은 전류를 최초로 흘리고, 상기 피처리 기판에의 도금 직전에 소정 시간, 상기 피처리 기판에의 도금 전류와 대략 동등한 전류를 흘리는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 도금 방법.
제18항에 있어서, 상기 소정 시간은 1분 이상 10분 이내인 것을 특징으로 하는 전해 도금 방법.
제13항에 있어서, 상기 양극과 상기 의사 전극을 무통전 상태에서 대향시키는 단계와, 상기 양극과 상기 의사 음극 사이에 전류를 흘리는 단계를, 교대로 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 도금 방법.
전해 도금 장치에 있어서,

전해질을 채울 수 있는 컵과,

상기 컵의 저부에 구비된 양극과,

상기 컵의 상부에 있어서, 음극이 되는 피처리 기판의 피도금 면을 상기 양극에 대향하도록 상기 피처리 기판을 유지하며, 상기 피처리 기판 상에 배면을 마주하여 배치되는 금속제의 홀더와,

상기 피처리 기판의 도금이 정지될 때 상기 금속제의 홀더를 의사 음극으로서 상기 양극에 대향하여 배치하도록 구성된 홀더 제어 기구와,

상기 기판과 상기 양극 사이와, 상기 의사 음극과 상기 양극 사이에 접속된 전원

을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 도금 장치.
제21항에 있어서, 상기 양극은 구리를 포함하는 인으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전해 도금 장치.