KR100637890B1 - 도금장치 및 도금방법 및 도금처리설비 - Google Patents

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오구레나오아키
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Abstract

본 발명은 특히 반도체기판에 형성된 배선용 홈 등에 구리(Cu)등의 금속을 충전하는 데 사용되는 도금장치 및 도금방법에 관한 것으로, 내부에 설치한 양극전극을 도금액중에 침지시키면서 도금액을 유지하는 도금조와, 도금조의 외부로부터 공급되는 도금액에 의하여 위쪽을 향한 도금액의 분류를 형성하는 도금액 분사부와 기판을 착탈자유롭게 유지하여 상기 기판 하면의 도금면이 도금액의 분류와 접촉하도록 수평으로 배치하는 기판유지부를 가지고, 도금조의 바닥부에 도금조에 공급된 도금액의 일부를 양극전극에 설치한 관통구멍 및/또는 양극전극의 주위로부터 도금조의 외부로 유출시키는 도금액 유출구를 설치한 것을 특징으로 한다.

Description

도금장치 및 도금방법 및 도금처리설비{PLATING APPARATUS, PLATING METHOD, PLATING PROCESS EQUIPMENT}
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 도금장치의 종단정면도,
도 2는 기판유지부를 나타내는 종단정면도,
도 3은 도 2의 일부를 확대하여 나타내는 확대단면도,
도 4는 도 3의 일부를 확대하여 나타내는 확대단면도,
도 5는 도 1에 나타내는 도금장치에 의한 도금공정에 있어서의 도금직전의 상태를 나타내는 단면도,
도 6은 도 1에 나타내는 도금장치에 의한 도금공정에 있어서 기판의 도금면에 도금액을 접촉시킨 상태를 나타내는 단면도,
도 7은 도 1에 나타내는 도금장치에 의한 도금공정 중에 있어서의 단면도,
도 8은 본 발명의 도금장치의 기판유지부의 통기구멍의 다른 배치예를 나타내는 단면도,
도 9는 본 발명의 도금장치의 기판유지부의 통기구멍에 또 다른 배치예를 나타내는 단면도,
도 10은 본 발명의 제 2 실시형태의 도금장치의 종단정면도,
도 11은 본 발명의 제 3 실시형태의 도금장치의 종단정면도,
도 12는 본 발명의 제 4 실시형태의 도금장치의 종단정면도,
도 13은 본 발명의 제 5 실시형태의 도금장치의 종단정면도,
도 14는 본 발명의 제 6 실시형태의 도금장치의 종단정면도,
도 15는 본 발명의 제 7 실시형태의 도금장치의 종단정면도,
도 16은 기판을 병진회전운동시키는 기구의 일예를 나타내는 단면도,
도 17은 본 발명의 실시형태의 도금처리설비에 있어서의 도금처리공정의 흐름을 나타내는 도,
도 18은 본 발명의 실시형태의 도금처리설비에 있어서의 각 처리부의 평면배치 구성예를 나타내는 도,
도 19는 도 18의 도금처리부(도금장치)의 구성예를 나타내는 도,
도 20은 도 19의 B부 확대도,
도 21은 도 18의 약액세정·바깥둘레 에칭처리부의 구성예를 나타내는 도,
도 22는 도 18의 에칭용 노즐의 배치상태예를 나타내는 도,
도 23은 도 18의 에칭용 노즐의 다른 배치상태예를 나타내는 도,
도 24는 기판이 에칭되는 상태를 나타내는 요부확대도,
도 25는 도 18의 순수세정·건조처리부의 구성예를 나타내는 도,
도 26은 도 18의 어닐링처리부의 외관구성예를 나타내는 도,
도 27은 도 26의 어닐링처리부의 가열로의 종단면도,
도 28a는 구리시드층을 형성한 기판을 나타내는 종단면도,
도 28b는 그 표면에 도금처리를 실시하였을 때의 상태를 나타내는 단면도,
도 28c는 다시 CMP처리를 실시하여 구리층으로 이루어지는 배선을 형성한 상 태를 나타내는 단면도,
도 29는 종래의 도금장치의 종단정면도,
도 30a는 기판의 표면에 구리시드층과 구리층을 이상적으로 형성한 상태를 나타내는 요부확대도,
도 30b는 기판의 표면에 구리시드층과 구리층을 실제로 형성한 상태를 나타내는 요부확대도이다.
본 발명은 기판의 도금장치 및 도금방법에 관한 것으로, 특히 반도체기판에 형성된 배선용 홈 등에 구리(Cu)등의 금속을 충전하는 데 사용되는 도금장치 및 도금방법에 관한 것이다.
최근 반도체기판상에 배선회로를 형성하기 위한 금속재료로서, 알루미늄 또는 알루미늄합금 대신, 전기저항율이 낮고 일렉트로마이그레이션 내성이 높은 구리(Cu)를 사용하는 움직임이 현저하다. 이와 같은 종류의 구리배선은 기판의 표면에 설치한 미세오목부의 내부에 구리를 채워 넣음으로써 일반적으로 형성된다. 이 구리배선을 형성하는 방법으로서는, CVD, 스퍼터링 및 도금이라는 방법이 있으나, 어느 것으로 하더라도 기판의 대략 전 표면에 구리를 성막하여 화학기계연마(CMP)에 의해 불필요한 구리를 제거하도록 하고 있다.
도 28은 이와 같은 종류의 구리배선기판(W)의 제조예를 공정순으로 나타내는 것으로, 도 28a에 나타내는 바와 같이 반도체소자를 형성한 반도체기재(1)상의 도전층(1a)의 위에 SiO2로 이루어지는 산화막(2)을 퇴적하여 리소그래피·에칭기술에 의해 콘택트홀(3)과 배선용 홈(4)을 형성하고, 그 위에 TiN 등으로 이루어지는 배리어층(5), 또한 그 위에 전해도금의 급전층으로서 시드층(7)을 형성한다.
그리고 도 28b에 나타내는 바와 같이 기판(W)의 표면에 구리도금을 실시함으로써 반도체기재(1)의 콘택트홀(3) 및 홈(4)내에 구리를 충전함과 동시에, 산화막(2)상에 구리층(6)을 퇴적한다. 그후 화학적 기계적연마(CMP)에 의해 산화막(2)상의 구리층(6)을 제거하여 콘택트홀(3) 및 배선용 홈(4)에 충전시킨 구리층(6)의 표면과 산화막(2)의 표면을 대략 동일평면으로 한다. 이에 따라 도 28c에 나타내는 바와 같이 구리층(6)으로 이루어지는 배선이 형성된다.
도 29는 이와 같은 종류의 도금장치내의 페이스다운방식을 채용한 분류도금장치의 종래의 일반적인 구성을 나타내는 것으로, 이 도금장치는 위쪽으로 개구하고 내부에 도금액(10)을 유지하는 원통형상의 도금조(12)와, 반도체웨이퍼 등의 기판(W)을 착탈자유롭게 아래쪽으로 유지하여 상기 기판(W)를 상기 도금조(12)의 상단 개구부를 막는 위치에 배치하는 기판유지부(14)를 가지고 있다. 상기 도금조(12)의 내부에는 도금액(10)중에 침지되어 양극전극이 되는 평판형상의 양극판(양극전극)(16)이 수평으로 배치되고, 상기 기판(W)이 음극전극이 되도록 되어 있다. 이 양극판(16)은 다공질재료 또는 그물코를 가지는 재료로 구성되어 있다.
상기 도금조(12)의 바닥부 중앙에는 위쪽을 향한 도금액의 분류를 형성하는 도금액 분사관(18)이 접속되고, 도금조(12)의 상부 바깥쪽에는 도금액받이(20)가 배치되어 있다. 도금액 분사관(18)은 도금액 저류조(22)로부터 연장되어 내부에 펌프(24)와 필터(26)를 설치한 도금액 공급관(28)에 접속되고, 상기 도금액받이(20)로부터 연장되는 도금액 복귀관(28)에 상기 도금액 저류조(22)가 접속되어 있다.
이에 따라 도금조(12)의 상부에 기판(W)을 기판유지부(14)로 아래쪽으로 유지하여 배치하고, 양극판(16)(양극전극)과 기판(W)(음극전극) 사이에 소정의 전압을 인가하면서 도금액 저류조(22)내의 도금액(10)을 펌프(24)에 의해 도금조(12)의 바닥부로부터 위쪽으로 분출시켜 기판(W)의 하면(도금면)에 수직으로 도금액의 분류를 닿게 함으로써 양극판(16)과 기판(W)의 사이에 도금전류를 흘려 기판(W)의 하면에 도금막을 형성하도록 하고 있다. 이때 도금조(12)를 흘러넘친 도금액(10)은 도금액받이(20)로 회수되어 도금액 저류조(22)내로 유입한다.
그러나 종래의 분류식 도금장치에서는 분류가 양극판(양극전극)에 설치한 1 또는 복수의 구멍, 또는 그물코를 통하여 기판 하면의 도금면으로 흘러 가기 때문에, 양극전극으로서 용해성 전극을 사용한 경우, 양극전극의 표면에 부착되어 있는 블랙필름의 박리편 등이 도금액과 함께 기판 하면(도금면)에 운반되어 도금품질을 저하시킬 뿐만 아니라, 기판에 급전하기 위한 캐소드전극핀에 도금액이 닿아 도금 금속이 석출되어 기판을 인출할 때 핀 근방의 도금층을 파손한다는 문제가 있었다.
또 기판 표면에 구리를 전해도금하는 경우, 구리는 실리콘중으로 확산되기 쉽기때문에 기판 표면의 도금면에 배리어층으로서 TiN, TaN 등을 성막하고, 이 배리어층의 위에 얇게 성막한 구리시드층을 음극으로 하여 전해도금을 행하고 있으나, 기판의 이면이나 측면에는 배리어층이 성막되어 있지 않으므로, 이 부분에 구리를 함유하는 도금액이 부착하는 것을 방지할 필요가 있다. 이 때문에 침지도금 등에서는 기판을 기판유지부로 유지하여 기판의 바깥 둘레부와 이면이 도금액으로 적셔지는 일이 없도록 기판 표면의 바깥 둘레부를 밀봉부재로 밀봉하여 기판유지부와 기판과 밀봉부재로 형성된 도금액에 닿지 않는 공간에서 캐소드전극핀을 기판 표면에 접촉시키도록 하고 있다.
그러나 이와 같은 기판유지부를 분류도금에 적용하고자 하면 기판유지부의 주위가 기판 표면(하면)으로부터 아래쪽으로 튀어나오기 때문에 기판유지부에 유지된 기판을 도금액면에 접촉시키는 것만으로는 기판 표면의 아래쪽에 공기층이 생겨 정상적인 도금막을 형성할 수 없다.
또한 기판의 면적효율을 고려하여 도 30a에 나타내는 바와 같이 기판(W)의 표면으로부터 에지부(E)에 걸쳐 배리어층(5)을 형성하고, 이 배리어층(5)의 표면에 구리시드층(7)을 형성하고 있으나, 기판(W)의 표면 전체에 예를 들어 100nm 두께의 구리시드층(7)을 스퍼터에 의해 형성한 경우, 실제로는 기판(W)의 표면측 뿐만 아니라, 도 30b에 나타내는 바와 같이 기판(W)의 에지부(E)에도 얇은 구리의 스퍼터층이 형성된다. 한편 기판(W)의 구리층(6)의 형성은, 기판(W)의 이면에 도금액을 부착시키지 않도록 기판(W) 표면의 바깥 둘레부를 밀봉하여 행함으로써, 구리층(6) 은 도 30a 및 도 30b에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 표면에만 형성할 수 있다. 이 때문에 에지부(E) 및 에지부(E)의 근방에는 얇은 층의 시드층 그대로 구리가 남는다. 그리고 이 남은 부분의 구리가 도금처리후 또는 CMP 처리후의 기판(W)의 반송중 또는 후처리중에 박리, 이탈함으로써 구리오염(크로스오염)이 생길 가능성이 높다.
또 예를 들어 황산구리전해도금으로 얻어진 구리도금막은 실온에서 방치하는 것만으로 어닐링이 진행되어 구리도금막의 비저항이 감소한다. 이 비저항이 감소하는 구배는 도금조건, 약품의 조성, 바탕조건에 따라 다르며, 도금후 이르면 24시간, 느리면 300시간 방치함으로써 구리벌크(덩어리)의 비저항에 가까운 값으로 안정된다.
비저항이 감소한다는 것은 구리도금막의 결정이 서서히 거칠고 커지는(粗大化)것으로, 체적은 그것에 의하여 미소하나마 감소되고 있다고 할 수 있다. 도금처리공정의 다음공정인 CMP 처리를 행할 때에는 구리도금막의 체적의 감소가 정지되어 있지 않으면 안된다. 구리도금막의 감소가 정지하기까지의 시간에 도금조건, 바탕의 상태에 따라 차이가 있다는 것은, 다음공정인 CMP 처리를 할 때 구리도금처리가 종료한 기판을 안정화할 때까지 방치할 필요가 있다는 것이 된다.
상기한 것을 감안하여 본 발명의 목적은, 분류도금장치로서 용해성의 양극전극을 사용한 경우에도 블랙필름 등에 기인하는 파티클에 의한 도금품질의 저하를 방지하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 캐소드전극핀에 대한 도금액의 부착이 없고, 또한 기판의 측면이나 이면의 금속오염을 방지하면서 기판의 도금면 전체를 기포가 없는 양호한 상태로 도금처리할 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 도금처리에 의해 형성된 기판의 에지부 및 에지부의 근방에 남는 구리층을 완전하게 제거하여 다음공정인 CMP 처리후중 또는 기판의 반송중에 구리층이 박리, 이탈하여 구리오염(크로스오염)이 생기는 것을 방지하고, 또한 구리도금처리후, 단시간에 다음공정인 CMP 처리를 실시할 수 있도록 하는 데 있다.
청구항 1에 기재된 발명은 내부에 배치한 양극전극을 도금액중에 침지시키면서 상기 도금액을 유지하는 도금조와, 이 도금조의 외부로부터 도금액을 공급하는 도금액 공급부와, 기판을 착탈자유롭게 유지하여 상기 기판의 도금면이 도금액과 접촉하도록 배치하는 기판유지부를 가지며, 상기 도금조의 바닥부에 상기 도금조에 공급된 도금액의 일부를 도금조의 외부로 유출시키는 도금액 유출구를 설치한 것을 특징으로 하는 도금장치이다.
이에 따라 양극전극의 표면에 형성된 블랙필름이 박리하여 미소한 파티클이 된 것을 도금액과 함께 도금액 유출구로부터 도금조 외부로 유출할 수 있고 미소한 파티클이 도금액에 혼합되어 기판의 도금면에 운반되어 부착하는 것을 방지할 수 있다. 블랙필름 이외의 양극전극에 대한 부착물이나 퇴적물의 기판의 도금면에 대한 부착도 마찬가지로 방지할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명은, 내부에 배치한 양극전극을 도금액중에 침지시키면서 상기 도금액을 유지하는 도금조와, 이 도금조의 외부로부터 도금액을 공급하는 도금액 공급부와, 기판을 착탈자유롭게 유지하여 상기 기판의 도금면이 도금액과 접촉하도록 배치하는 기판유지부를 가지며, 상기 도금액 공급부는 도금조의 측벽 또는 바닥면에 복수로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 도금장치이다.
이에 따라 도금액중에 설치한 양극전극에 도금액의 분류가 직접 닿지 않게 하는 것을 용이하게 행함과 동시에 도금액면의 중앙부를 돋아올릴 수 있다. 도금액면의 중앙부를 돋아올리는 것은 기판을 도금액중에 침지하여 도금을 행하는 경우에도, 도금을 개시하기 전에 기판과 도금액을 접촉시키는 단계에서 기판의 도금면과 도금액의 사이로부터 기포를 제거하는 데 유효하다.
청구항 3에 기재된 발명은, 상기 도금액 공급부는 도금조의 중심축을 향하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 2에 기재된 도금장치이다.
이에 따라 도금조내에서 완만한 소용돌이류을 생기게 하여 흐름을 안정시킴 과 동시에, 분류만으로는 유속이 저하하는 바깥 둘레부에 유속을 주어 도금면 전체의 유속분포를 개선할 수 있다. 도금액의 액면의 중앙부를 높게 한 상태에서 도금액에 회전을 주기 위해서는 분류의 방향은 기판 반경의 1/2보다 작은 거리만큼 중심축으로부터 떨어진 위치를 통과하는 것이 좋다.
청구항 4에 기재된 발명은, 도금조로 유입된 도금액의 일부가, 상기 도금조의 바닥부로부터 도금조의 외부로 유출되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 청구항 2 또는 제 3항에 기재된 도금장치이다.
이에 따라 양극전극의 표면에 형성된 블랙필름이 박리하여 미소한 파티클이 된 것을 도금액과 함께 도금조 외부로 유출할 수 있어 미소한 파티클이 도금액에 혼합하여 기판의 도금면에 운반되어 부착하는 것을 방지할 수 있다. 블랙필름 이외의 양극전극에 대한 부착물이나 퇴적물의 기판의 도금면에 대한 부착도 마찬가지로 방지할 수 있다.
청구항 5에 기재된 발명은, 내부에 배치한 양극전극을 도금액중에 침지시키면서 상기 도금액을 유지하는 도금조와, 이 도금조의 외부로부터 도금액을 공급하는 도금액 공급부와, 기판을 착탈자유롭게 유지하여 상기 기판의 도금면이 도금액과 접촉하도록 배치하는 기판유지부를 가지며, 상기 기판유지부의 하단부에 기판의 도금면에 잔류하는 기포를 바깥쪽으로 배출하는 통기구멍을 설치한 것을 특징으로 하는 도금장치이다.
기판의 도금면에 남는 기포를 적게 하기 위하여 기판유지부의 바깥 둘레부의 기판보다 밑에 위치하는 부분은 가능한 한 얇게 하는 것이 바람직하나, 기판을 밀봉하거나, 기판과 캐소드전극핀을 밀착시킬 필요로부터, 기판유지부의 바깥 둘레부의 기판의 도금면보다 밑에 위치하는 부분을 수 mm 이하로 감소시키는 것이 어렵다. 이 때문에 이 부분에 기판 하면의 도금면에 잔류하는 기포를 상기 기판유지부의 바깥쪽으로 배출하는 통기구멍을 설치함으로써 기판 하면에 기포가 잔류하는 것을 방지할 수 있다.
단, 기판유지부의 바깥 둘레부의 기판의 도금면보다 밑에 위치하는 부분에는 밀봉용 부재나 캐소드전극핀이 있기 때문에, 통기구멍을 기판의 도금면과 동일한 높이에 설치할 수는 없다. 따라서 통기구멍을 설치한 것만으로는 기판의 도금면에 잔류하는 기포를 완전히 제거할 수 없으나, 예를 들어 기판유지부 및 기판을 회전시킴으로써 기판의 중심으로부터 외부로 향하는 흐름을 강화하고, 이 흐름에 의하여 기판의 도금면에 잔류하는 기포를 방출할 수 있다.
청구항 6에 기재된 발명은, 내부에 배치한 양극전극을 도금액중에 침지시키면서 상기 도금액을 유지하는 도금조와, 이 도금조의 외부로부터 도금액을 공급하는 도금액 공급부와, 기판을 착탈자유롭게 유지하여 이 기판의 도금면이 도금액과 접촉하도록 배치하는 기판유지부와, 이 기판유지부를 회전 및 승강시키는 회전기구및 승강기구를 구비한 구동부를 가지는 것을 특징으로 하는 도금장치이다.
청구항 7에 기재된 발명은, 상기 승강기구에 의해 기판유지부를 하강시킨 위치에 있어서 상기 기판 하면의 도금면에 도금을 실시하는 것을 가능하게 하고, 상기 승강기구에 의해 기판유지부를 상승시킨 위치에 있어서 상기 기판유지부에 기판을 설치 또는 이 기판유지부로부터 기판을 인출하는 것을 가능하게 한 것을 특징으로 하는 청구항 6에 기재된 도금장치이다.
이에 따라 기판유지부에 유지한 기판을 수평방향으로 회전시키면서 하강시키고, 도금조내의 도금액중에 위쪽에 형성된 도금액의 분류에 기판 하면의 도금면을 접촉시킴으로써 기판의 도금면의 도금액과의 접촉면을 점차로 외부로 넓히고, 동시에 기판의 회전에 따르는 원심력을 작용시켜 도금면의 아래쪽의 기포를 외부로 배출할 수 있다.
청구항 8에 기재된 발명은, 내부에 배치한 양극전극을 도금액중에 침지시키면서 상기 도금액을 유지하는 도금조와, 이 도금조의 외부로부터 도금액을 공급하 는 도금액 공급부와, 기판을 착탈자유롭게 유지하여 상기 기판의 도금면이 도금액과 접촉하도록 배치하는 기판유지부와, 이 기판유지부를 회전시키는 회전기구와, 상기 도금조내의 도금액의 적어도 일부를 도금조로부터 배출시켜 도금액의 액면을 하강시키는 도금액 배출부를 가지는 것을 특징으로 하는 도금장치이다.
이에 따라 기판유지부로 유지한 기판을 회전시키면서 도금조내의 도금액의 액면을 상기 도금액중에 위쪽을 향한 도금액의 분류를 형성하면서 상승시켜 기판 하면의 도금면을 도금액의 분류에 접촉시킴으로써 기판의 도금면의 도금액과의 접촉면을 점차로 외부로 넓히고, 동시에 기판의 회전에 따르는 원심력을 작용시켜 도금면의 아래쪽의 기포를 외부로 배출할 수 있다.
청구항 9에 기재된 발명은, 배선용 홈이나 구멍이 형성된 기판 표면에 도금을 실시하는 도금처리부와, 이 도금처리부에 의한 도금처리후의 기판의 바깥 둘레부의 시드막 및/또는 얇게 형성된 도금막을 약액을 사용하여 에칭제거하는 에칭처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 도금처리설비이다.
이에 따라 도금처리부에서 도금처리후의 기판의 바깥 둘레부의 시드막과 얇게 형성된 구리도금막의 어느 하나를 제거할 수 있고, 다음공정인 CMP 처리후중 또는 기판의 반송중에 상기 구리박막이 박리, 이탈함으로써 구리오염(크로스오염)이 생길 염려가 없어진다.
청구항 10에 기재된 발명은, 상기 에칭처리부에는 기판의 표리 양면을 동시 세정처리할 수 있는 세정기구가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 9에 기재된 도금처리설비이다.
이에 따라 도금처리에 의해 기판의 바깥 둘레부의 얇게 형성된 도금막 등을 에칭처리로 제거한 후, 기판의 표리 양면을 동시 세정처리하여 에칭처리한 도금막 잔사 등을 세정세거할 수 있다.
청구항 11에 기재된 발명은, 배선용 홈이나 구멍이 형성된 기판 표면에 도금을 실시하는 도금처리부와, 이 도금처리부에 의한 도금처리후의 기판을 세정처리하는 세정처리부와, 이 세정처리부에 의한 세정처리후의 기판을 가열하여 어닐링처리하는 어닐링처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 도금처리설비이다.
이에 따라 도금처리부에서 도금처리후, 세정처리부에서 세정처리한 기판을 어닐링처리부에서 가열하여 강제적으로 어닐링함으로써 도금처리후 도금막이 안정화할 때까지 기판을 방치하는 일 없이 다음공정인 CMP 처리를 실시할 수 있다.
청구항 12에 기재된 발명은, 상기 도금처리부와 세정처리부의 사이에 도금처리후의 기판의 바깥 둘레부의 시드막과 얇게 형성된 도금막 중 어느 하나를 약액을 사용하여 에칭제거하는 에칭처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 청구항 11에 기재된 도금 처리설비이다.
청구항 13에 기재된 발명은, 상기 어닐링처리부는 기판을 1매씩 어닐링처리하는 매엽식 어닐링처리부인 것을 특징으로 하는 청구항 11 또는 청구항 12에 기재된 도금처리설비이다.
청구항 14에 기재된 발명은, 도금조내의 도금액중에 도금액의 분류를 형성하고, 기판유지부로 유지한 기판의 도금면을 상기 도금액면에 접촉시켜 도금함에 있어서, 상기 도금조로 유입된 도금액의 일부를 도금조의 내부로부터 도금조 외부로 유출시키는 것을 특징으로 하는 도금방법이다.
청구항 15에 기재된 발명은, 도금조내의 도금액중에 도금액의 분류를 형성하고, 기판유지부로 유지한 기판을 상기 기판의 도금면이 상기 도금액면에 접촉하고, 또한 기판이 도금액중에 빠지는 위치까지 회전시키면서 상기 기판과 도금액의 상대위치를 변화시켜 기판을 도금액중에 배치하는 것을 특징으로 하는 도금방법이다.
청구항 16에 기재된 발명은, 상기 기판의 도금면이 도금액면에 접촉한 후, 기판을 30 mm/초 이하의 느린 속도로 하강시키는 것을 특징으로 하는 청구항 15항에 기재된 도금방법이다. 이에 따라 도금면 아래쪽의 기포를 외부로 확실하게 배출하는 데 충분한 시간이 확보된다.
청구항 17에 기재된 발명은, 상기 기판의 도금면이 도금액의 도금액면에 접촉할 때까지 도금액의 분출량을 증대시켜 두고, 기판의 도금면이 도금액의 도금액면에 접촉한 후, 도금액의 분출량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 청구항 15항에 기재된도금방법이다. 이에 따라 기판의 도금면이 도금액의 분류에 접촉하기까지의 사이에 있어서의 도금액면의 돋아올림을 강화할 수 있다. 도금 중에는 분류를 너무 강하게 하면 양극판 표면의 블랙필름이 불안정화하여 파티클을 증가시키는 등의 폐해가 있기 때문에 적절한 분류량까지 저하시킨다.
청구항 18에 기재된 발명은, 도금액중에 있어서의 도금처리후, 기판과 기판유지부를 도금액면상에 노출시키고, 기판유지부를 500min-1 이상의 고속으로 회전시켜 기판의 액떨굼을 행하는 것을 특징으로하는 청구항 15하에 기재된 도금방법이다. 이에 따라 기판을 기판유지부로 유지한 채로 기판의 액떨굼을 행하여 액떨굼후의 기판을 로봇암 등으로 다음공정으로 반송할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 제 1 실시형태의 도금장치를 나타내는 것으로, 이 도금장치는 위쪽으로 개구하여 내부에 도금액(10)을 유지하는 원통형상의 도금조(12)와, 기판(W)을 착탈자유롭게 아래쪽을 향해 유지하는 기판유지부(14)를 가지고 있으며, 도금액(10)중에 침지되어 양극전극이 되는 평판형상의 양극판(16)이 도금조 (12)의 내부에 이 도금조(12)의 바닥면과 소정간격 이간하여 수평으로 배치되어 있다. 이 양극판(16)은 이 예에서는 원판형상으로서 용해성 전극판, 구리도금의 경우에는 인함유 구리로 구성되어 있다.
도금조(12)의 바닥부 중앙에는 위쪽을 향한 도금액의 분류를 형성하는 도금액 분사관(18)이 접속되고, 이 도금액 분사관(18)은 도금조(12)의 내부를 위쪽으로 연장하여 상기 양극판(16)에 형성된 중앙구(16a)내를 관통하고 있다. 도금조(12)의 상부 바깥쪽에는 도금액받이(20)가 배치되어 있다. 도금액 분사관(18)은 도금액 저류조(22)로부터 연장되어 내부에 펌프(24)와 필터(26)를 설치한 도금액 공급관(28)에 접속되고, 상기 도금액받이(20)로부터 연장되는 도금액복귀관(30)에 상기 도금액 저류조(22)가 접속되어 있다.
또한 도금조(12)의 하부에는 도금액 분사관(18)을 따라 아래쪽으로 연장돌출하는 도금액 유출구(12a)가 설치되고, 이 도금액 유출구(12a)에는 내부에 개폐밸브 (32)와 필터(34)를 설치한 도금액 유출관(36)의 한쪽 끝이 접속되고, 이 도금액 유 출관(36)의 다른쪽 끝은 상기 도금액 저류조(22)에 접속되어 있다.
이에 의하여 펌프(24)의 구동에 따라 도금액(10)이 도금액 공급관(28)을 통하여 도금액 분사관(18)으로부터 위쪽으로 분사되어 도금조(12)내의 도금액(10)중에 도금액의 분류가 형성되고 도금조(12)를 흘러넘친 도금액(10)은 도금액받이(20)로 회수되어 도금액 저류조(22)내로 유입하고, 또한 개폐밸브(32)를 개방함으로써 도금조(12)의 바닥부의 도금액(10)이 자중에 의해 필터(34)로 운반되고, 여기서 여과되어 도금액 저류조(22)내로 유입하게 되어 있다. 또한 도금액 유출관(36)내에 펌프를 설치하여 도금조(12)의 바닥부의 도금액(10)을 강제적으로 유출시키도록 하여도 좋다.
기판유지부(14)는 내부에 모터(38)와 누름판 승강기구(40)를 수납하여 상단에 기판유지부 승강기구(42)를 구비한 구동부(44)로부터 아래쪽으로 연장되는 회전축(46)의 하단에 연결되고, 이 구동부(44)는 수평방향으로 연장되는 지지암(48)의 자유단부에 연결되어 있다. 이에 따라 기판유지부(14)로 유지한 기판(W)은 모터(38)의 구동에 따라 수평방향으로 회전(자전)하고, 기판유지부 승강기구(42)의 작동에 의해 상하로 승강하게 되어 있다.
기판유지부(14)는 도 2 내지 도 4에 나타내는 바와 같이, 내부에 수용하는 기판(W)의 지름보다 약간 큰 지름의 원통형상의 기판유지케이스(50)와, 이 기판유지케이스(50)의 내부에 배치되어 기판(W)의 지름과 대략 동일한 지름의 원판형상의 기판누름판(52)으로 주로 구성되어 있다. 상기 기판유지케이스(50)는 절연재로 구성되어 있고, 이 하면에는 기판(W)의 지름보다 약간 작은 지름의 하부개구(50a)가 형성되고, 상부는 폐쇄되어 있다. 또한 측면의 약간 위쪽의 도금액(10)의 침입을 방지한 위치에는 예를 들어 로봇암(54)을 거쳐 기판(W)을 출입시키기 위한 슬릿형상의 기판 인출개구(50b)가 형성되어 있다. 상기 기판 누름판(52)도 절연재로 구성되고, 상기 회전축(46)의 내부를 삽입하여 연장되며, 상기 누름판 승강기구(40)의 작동에 따라 상하이동하는 기판 누름축(56)의 하단에 연결되어 있다.
누름판 승강기구(40)는 예를 들어 아래쪽으로는 스프링력으로, 위쪽으로는 에어로 구동하는 에어실린더로 기판누름축(56)을 승강시키도록 되어 있고, 에어배관은 모터(38)의 상부에서 로터리조인트에 의해 외부에 접속되어 있다. 또한 기판 인출 개구(50b)에 도금액의 침입을 방지하는 커버를 설치하도록 하여도 좋다.
기판유지케이스(50)의 하부 개구(50a)의 주위에는 밀봉부재(58)가 비스듬하게 위쪽으로 돌출하여 배치되고, 이 밀봉부재(58)의 바깥쪽에 기판(W)에 급전하기 위한 복수 또는 링형상의 캐소드전극핀(60)이 비스듬하게 위쪽으로 돌출하여 배치되어 있다. 이에 따라 기판유지부(14)로 기판(W)을 유지하였을 때 기판(W)과 캐소드전극핀(60)이 접촉하고, 동시에 기판(W)의 하면 둘레 가장자리부에 밀봉부재(58)의 끝부분이 밀착하여 도금액(10)의 침입이 방지되어 캐소드전극핀(60)에 도금층이 석출하지 않게 되어 있다.
또한 기판유지케이스(50)에는 상기 하부 개구(50a)에 연통하여 수평방향으로 연장되는 통기구멍(50c)이 설치되어 있다. 이에 따라 기판(W)을 기판유지부(14)로 유지하여 회전시키면서 도금액(10)에 접촉시킬 때 기판(W)과 도금액(10) 사이에 고인 기포를 통기구멍(50c)으로부터 제거하게 되어 있다.
또한 기판(W)의 하면(도금면)의 전위를 균일하게 하기 위해서는, 기판(W)의 하면의 둘레 가장자리부의 대략 전역에 걸쳐 캐소드전극핀(60)이 접촉하도록 이 캐소드전극핀(60)을 긴밀하게 늘어선 형상으로 하거나, 또는 기판(W)과 선접촉하도록 캐소드전극핀(60)을 링형상의 판체로 형성하며, 안 둘레부를 기판(W)측으로 구부려 탄성을 가지게 한 구조로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 도금장치의 사용예를 반도체기판의 배선회로형성을 위한 구리 또는 그 합금의 도금을 행하는 경우에 대하여 설명한다. 피처리대상의 기판(W)에는 도 28a에 나타내는 바와 같이 반도체 회로 소자가 형성된 반도체 기재(1)의 위에 도전층(1a) 및 SiO2로 이루어지는 산화막(2)을 퇴적시킨 후, 리소그래피·에칭기술에 의해 콘택트홀(3)과 배선용 홈(4)이 형성되고, 그 위에 TiN 등으로 이루어지는 배리어층(5) 및 구리시드층(7)이 형성되어 있다.
이와 같은 기판(W)을 로봇암(54)으로 흡착유지하여 반송하고, 기판유지부 승강기구(42)를 거쳐 상승시켜 둔 기판유지부(14)의 기판유지케이스(50)의 내부에 기판 인출 개구(50b)로부터 반입하여 캐소드전극핀(60) 및 밀봉부재(58)에 접촉시킨 상태로 얹어 놓는다. 이때 기판누름판(52)을 상승시켜 두고, 기판(W)을 얹어 놓은 후에 하강시켜 기판(W)을 사이에 끼워 유지한다.
다음에 도 5에 나타내는 바와 같이 펌프(24)를 구동시켜 도금액(10)을 도금액 공급관(28)을 통하여 도금액 분사관(18)으로부터 위쪽으로 분사시켜 도금조(12)내의 도금액(10)중에 위쪽으로 돋아올린 도금액의 분류를 형성하고, 도금조(12)를 흘러넘친 도금액(10)을 도금액받이(20)로 회수하여, 필요에 따라 개폐밸브(32)를 개방하여 도금조(12) 하부의 도금액(10)을 외부로 유출시켜 둔다. 이 상태에서 양극판(양극전극)(16)과 기판(음극전극)(W)의 사이에 소정의 전압을 인가하여 모터(38)를 구동시키고, 기판(W)을 예를 들어 50∼300 min-1 정도의 회전속도로 회전시키면서 기판유지부 승강기구(42)를 거쳐 기판유지부(14)를 하강시킨다.
그렇게 하면 기판(W)의 하면(도금면)은 도 6에 나타내는 바와 같이 도금액의 분류에 의해 형성된 돋아올려진 도금액면의 정점부에 먼저 접촉하고, 다시 하강함으로써 이 접촉면적이 점차로 외부로 넓어져 가고, 동시에 기판(W)의 회전에 따르는 원심력의 작용을 받아 도금면 아래쪽의 기포가 외부로 배출된다.
이때 도금면이 도금액(10)에 접촉한 후, 기판(W)의 하강속도를 예를 들어 30 mm/초 이하의 느린 속도로 함으로써 도금면 아래쪽의 기포를 외부로 확실하게 배출하는 데 필요한 충분한 시간을 확보할 수 있고, 또한 공기의 배출은 통기구멍(50c)에 의해 효율적으로 행하여진다. 또한 양극판(16)과 기판(W)의 사이에 인가되는 전압은 기판이 도금액(10)내로 완전히 빠지는 소정의 위치에 배치되기 까지는 기판 표면이 도금액에 의해 침식되는 것을 방지하는 미소한 전압으로 하여 소정위치에 배치된 후, 소정의 도금전압으로 할 수도 있다.
그리고 도 7에 나타내는 바와 같이 기판(W)이 도금액(10)내에 완전하게 빠지는 위치까지 다시 기판(W)를 하강시켜 기판(W)의 하면에 도금처리를 실시한다. 즉 도금조의 아래쪽으로부터 도금액을 분류시키는 종래의 분류도금에서는 기판 표면을 밑으로 하고, 기판은 도금조의 상단보다 위에 위치시켜 분류에 의해 돋아올려진 도금액면에 도금면을 접촉시키는 방법이 일반적이나, 이 실시형태에 있어서는 밀봉부재 (58)에 의하여 도금면 이외를 도금액에 접촉시키지 않은 기판유지부(14)를 사용하고 있기 때문에 기판유지부(14)와 이 기판유지부(14)에 유지된 기판(W)을 도금액(10) 중에 침지하여 도금을 행할 수 있다. 이에 따라 기판(W)의 도금면과 양극판(16)의 거리를 자유롭게 조정할 수 있고, 또한 기판(W)을 기판유지부(14)에 유지시킨채 도금조(12)의 외부로 이동하여 기판(W) 및 기판유지부(14)를 물세정하는 것도 가능해진다.
또 도금조(12) 내부의 도금액 흐름이나 양극판(16)과 도금면 사이의 전계 등은 원주방향으로 반드시 똑같게는 되지 않으나, 기판(W)을 도금조(12)내에서 회전시킴으로써 도금의 균일성을 향상시킬 수 있다. 이 회전속도는 예를 들어 10∼300 min-1의 저속으로 좋다.
또한 양극판(16)에는 예를 들어 용해성 전극판, 구리도금의 경우는 인함유 구리가 사용된다. 이와 같이 구리도금을 행하면 양극판(16)의 표면에 블랙필름이 형성되고 이 블랙필름이 양극판(16)의 표면으로부터 박리하여 미소한 박리편으로서 도금액(10)내로 혼입되나, 이 블랙필름의 박리편을 양극판(16) 근방의 도금액(10)과 함께 도금액 유출구(12a)로부터 도금조(12)의 외부로 배출함으로써 블랙필름의 박리편이 도금표면에 부착하여 도금품질을 저하시키는 것이 방지된다. 또 블랙필름 이외에도 양극판(16)에 대한 부착물이나 퇴적물이 분류를 타고 기판(W)의 도금면까지 운반되어 도금면에 부착하는 것도 방지된다.
황산구리전해도금에 있어서 사용하는 인함유 구리제의 양극판(16)은 표면에 형성하는 블랙필름의 작용에 의해 양극의 부동태화를 방지하고, 구리의 불균일화 반응을 억제하고 있으며, 건전한 도금막을 만듦에 있어서 중요한 역할을 하고 있다. 그러나 이 블랙필름은 양극판(16)으로부터 박리하여 파티클이 되어 도금막의 이상석출에도 영향을 주기 때문에, 블랙필름이 부착한 양극판(16)과 기판(W)의 위치관계나 그 사이의 도금액의 흐름에 주의를 요한다. 특히 양극판(16)의 표면을 흐른 도금액의 하류에 도금면을 위치시키지 않는 것이 중요하다.
블랙필름은 도금액보다 무겁고, 블랙필름의 박리된 파편의 대부분은 도금조 (12)의 바닥부에 가라앉아 블랙필름 이외의 양극판(16)에 대한 부착물이나 퇴적물도 도금액보다 무거운 것이 많기 때문에, 도금액 유출구(12a)는 이 예와 같이 양극판(16) 부근의 양극판(16)보다 아래의 위치에 설치하는 것이 바람직하고, 또 도금조 (12)의 바닥부가 뿔형상으로 되어 있는 경우에는 그 최하점 부근에 설치하는 것이 바람직하다. 도금액 유출구(12a)로부터 유출되는 도금액이 양극판(16)의 표면을 되도록 완만하게 따라 흐르게 함으로써 양극판(16) 표면의 블랙필름의 박리편이나 부착물, 퇴적물 등을 도금액의 흐름과 함께 효율좋게 도금액 유출구(12a)로부터 유출시킬 수 있다.
또한 양극판(16)의 표면에 강한 흐름을 닿게 하는 것은 블랙필름의 박리를 촉진하여 블랙필름의 상태를 안정되게 유지하는 데 있어서 바람직하지 않기 때문에 피해야만 한다.
또한 이와 같이 기판(W)을 회전시킴으로써 기판(W)의 도금면과 도금액(10)의 상대속도를 증가시켜 기판(W)의 도금면 근방의 농도확산층을 얇게 하고, 도금이 공급율속이 되는 것을 방지하며, 이에 따라 도금면의 전면에 걸치는 균일한 도금피막을 형성하고, 또한 전류밀도를 크게 하여 고속도금이 가능하게 된다.
이상의 도금공정에 의해 도 28b에 나타내는 바와 같이 반도체기판(W)의 콘택트홀(3) 및 홈(4)에 구리가 충전된다. 그후 화학적 기계적연마(CMP)에 의해 산화막(2)상에 퇴적한 구리층을 제거하고, 콘택트홀(3) 및 배선용 홈(4)에 충전된 구리층(6)의 표면과 산화막(2)의 표면을 동일평면으로 한다. 이에 따라 도 28c에 나타내는 바와 같이 구리층(6)으로 이루어지는 배선이 형성된다.
그리고 상기한 바와 같이 하여 도금처리가 종료된 후, 기판유지부 승강기구 (42)를 거쳐 기판유지부(14)를 기판(W)이 도금액(10)에 접촉하지 않는 위치까지 상승시키고, 예를 들어 500 min-1 이상의 회전속도(바람직하게는 1000min-1이상의 회전속도)로 기판(W)을 회전시켜 액떨굼을 행한 후, 기판누름판(52)을 상승시키고, 기판유지케이스(50)의 내부에 로봇암(54)을 삽입하여 이 로봇암(54)으로 기판(W)을 흡착유지하여 기판유지케이스(50)로부터 인출하여 다음공정에 반송한다.
도 8은 기판(W)의 하면(도금면)에 잔류하는 기포를 기판유지케이스(50)의 바깥쪽으로 배출하는 통기구멍(50c)의 다른 배치예를 나타내는 도면이다. 이 통기구멍(50c)은 기판(W)의 하면보다 아래의 기판유지케이스(50)의 하부 개구(50a)에 면하여 한쪽 끝을 개구하고, 이 기판유지케이스(50)의 단면형상을 따라 갈고리형상으로 위쪽으로 연장되어 상기 기판유지케이스(50)의 바깥 둘레면에서 다른쪽 끝을 개구하고 있다. 이 통기구멍(50c)은 도금을 행할 때의 도금조(12)내의 도금액면보다 위쪽에 위치하여 기판유지케이스(50)의 바깥 둘레면에서 개구하고 있다. 이와 같이 통기구멍(50c)을 도금액면보다 위의 기판유지케이스(50)의 바깥 둘레면에서 개구시킴으로써 기판(W)의 하면(도금면)에 잔류하는 기포를 통기구멍(50c)으로부터 용이하게 외부로 배출할 수 있다. 또한 상기 통기구멍(50c)은 도금액면보다 위이면 기판유지케이스(50)의 상면 또는 내면에 개구시켜도 좋다.
도 9는 기판(W)의 하면(도금면)에 잔류하는 기포를 기판유지케이스(50)의 바깥쪽으로 배출하는 통기구멍(50c)의 다른 배치예를 나타내는 도면이다. 이 통기구멍(50c)은 기판(W)의 하면보다 아래의 기판유지케이스(50)의 하부 개구(50a)에 면하여 한쪽 끝을 개구하고, 이 기판유지케이스(50)의 하면의 바깥 둘레부에 다른쪽 끝을 개구하고 있다. 통기구멍(50c)을 이와 같이 배치함으로써 도 10에 나타내는 본 발명의 제 2 실시형태의 도금장치와 같이 기판유지부(14)의 바깥 둘레부의 바로 밑에 기판(W)의 도금면보다 큰 칸막이판(62)이 설치된 경우는 기판유지부(14)의 바깥 둘레부의 아래쪽에서 도금액(10)의 유속이 상승하여 정압이 저하되기 때문에 이 정압의 저하를 이용하여 기판(W)의 하면에 모인 공기를 통기구멍(50c)으로부터 외부로 배출시킬 수 있다.
또한 상기 각 실시형태에 있어서는, 기판을 수평으로 유지하고, 이 하면(도금면)에 도금을 실시하도록 한 예를 나타내고 있으나, 기판을 수직과 수평 사이의 임의의 각도로(비스듬하게)유지하고, 기판이 도금액의 액면에 대하여 수직과 수평 사이의 임의의 각도로(비스듬하게) 입면하게 하여도 된다. 이것은 이하의 각 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시형태의 도금장치를 나타내는 것으로, 이것은 도금액 분사관(18)으로서 도금조(12)의 측벽을 관통하여 연장되고, 선단을 위쪽을 향하여 직각으로 굴곡시킨 것을 사용함과 함께, 도금조(12)의 바닥부에 이 바닥부를 관통하여 연장되는 도금액 유출용 도금액 유출관(70)을 접속하고 이 도금액 유출관(70)의 상부 지름이 넓어지는 부의 상단에 복수의 관통구멍(16b)을 가지는 양극판(16)을 배치한 것이다. 그 외의 구성은 상기 제 1 실시형태와 마찬가지다.
이 실시형태에 의하면 양극판(16)의 표면으로부터 박리한 블랙필름 등을 더욱 효과적으로 도금조(12)의 외부로 도금액과 함께 유출시켜 블랙필름 등이 기판(W)의 도금면에 부착하는 것을 방지할 수 있다. 또 도금액면 중앙을 돋아올릴 수 있음은 물론이다.
도 12는 본 발명의 제 4 실시형태의 도금장치를 나타내는 것으로, 이것은 도금조(12)로서 위쪽으로 넓어지는 깔때기형상의 둘레벽을 가지는 것을 사용하고, 이 둘레벽에 복수(도시에서는 4개)의 도금액 분사관(18)을 이 도금액 분사관(18)의 분사방향이 도금액(10)의 액면의 대략 중앙을 향하도록 원주방향을 따른 등간격으로 접속하고, 도금조(12)의 깔때기형상의 둘레벽의 바닥부에 내부에 다수의 관통구멍(16b)을 가지는 평판형상의 양극판(16)을 건너질러 배치한 것이다. 이와 같이 구성하여도 양극판(16)의 표면으로부터 박리한 블랙필름이나 양극판(16)에 대한 부착물이나 퇴적물이 분류를 타고 기판(W)의 도금면으로까지 운반되어 도금면에 부착하는 것을 방지할 수 있다.
이 실시형태에 있어서는 각 도금액 분사관(18)으로부터 분사되는 도금액의 유량을 서로 대략 동일하게 조정할 필요가 있으며, 이 때문에 각 도금액 분사관 (18)에는 유량조정밸브가 설치되어 있다.
도 13은 본 발명의 제 5 실시형태의 도금장치를 나타내는 것으로, 이것은 상기 제 4 실시형태에 있어서의 평판형상의 양극판(16) 대신, 내부에 다수의 관통구멍(16b)을 가지는 반구형상의 양극판(16)을 사용한 것이다. 이에 따라 기판(W)의 크기와 비교하여 양극판(16)의 크기가 대폭으로 작고, 또한 기판(W)과 양극판(16)의 간격이 작은 경우에 기판(W)과 양극판(16) 사이의 전류분포를 더욱 균일하게 할 수 있다.
즉, 양극판(16)이 기판(W)의 도금면과 대략 동일한 정도의 크기이면 도 12에 나타내는 바와 같이 기판(W)에 대향한 평면형상으로 한 것을 사용하고, 양극판 (16)이 기판(W)의 도금면과 비교하여 대폭으로 작고, 또한 기판(W)의 도금면과 양극판(16)의 간격이 작은 경우에는 도 13에 나타내는 바와 같이 구면형상으로 한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또 도 12 및 도 13에 나타내는 각 실시형태에 있어서는 도금액 분사관(18)을 분류가 양극판(16)에 직접 닿지 않게 도금조(12) 바닥면(측벽이어도 된다)의 바깥둘레의 근방(중심축으로부터 떨어진 위치)에, 동일높이로 원주를 따라 등간격으로 복수개(도면에서는 4개) 설치하고 있다. 도금액 분사관(18)의 분사방향은 도금조(12)의 상단부와 분류의 방향선이 도금조(12)의 중앙으로부터 상기 도금액 분사관(18)에 가까운 측에서 교차하고, 또한 도금조(12)의 중심축으로부터 약간 가로방향으로 어긋난 방향을 향하며, 또한 도금조(12)의 중심축 부분에서는 기판(W)반경의 1/2보다 작은 거리만큼 중심축으로부터 떨어진 위치를 통과하도록 되어 있다. 또한 기판(W)의 중심축과 도금조(12)의 중심축은 일치하고 있다. 동일한 도금조(12)에 배치된 모든 도금액 분사관(18)에 대하여 도금액이 흘러넘치는 평면과 분사방향선과의 교차점과 도금조(12)의 중심축과의 간격은 대략 동일하며, 분사방향이 도금조(12)의 중심축을 향하여 동일한 쪽으로 대략 동일한 각도만큼 어긋나 있도록 도금액 분사관(18)의 방향이 조절되어 있다.
이들 복수의 도금액 분사관(18)을 사용함으로써 양극판(16)을 도금조(12)의 중앙에 배치함과 동시에, 도금액 분사관(18)으로부터의 분류에 의해 액면 중앙부를 돋아올릴 수 있고, 상기한 바와 같이 기판(W)을 하강함으로써 그 도금면의 도금액과의 접촉을 서서히 넓혀 기판(W) 하면의 기포를 제거하는 것을 용이하게 할 수 있다.
또 도금액 분사관(18)에 의한 도금액의 분사방향을 상기한 바와 같이 설정하였기 때문에 대략 원통형의 도금조(12)내에 완만한 소용돌이류가 생겨 흐름이 안정됨과 함께 분류만으로는 유속이 저하하는 도금조(12)의 바깥 둘레부에 유속을 주어 도금면 전체의 유속분포를 개선할 수 있다. 도금조(12)내의 도금액을 회전시키는 것 뿐이면 분류의 방향은 도금조(12) 바깥 둘레를 따르는 방향(수평면 방향)을 향하는 것이 효과적이나, 그 경우 도금액면은 중앙이 낮고 바깥 둘레가 높아져 기판(W) 하면의 기포를 제거하기 어렵다. 따라서 액면의 중앙부를 높게 한 상태에서 도금액에 회전을 주기 위하여 분류의 방향은 상기한 바와 같이 기판(W) 반경의 1/2보다 작은 거리만큼 중심축으로부터 떨어진 위치를 통과시키는 것이 좋다.
도 14는 본 발명의 제 6 실시형태의 도금장치를 나타내는 것으로, 이것은 도금조(12)의 바닥부에 도금액 배출구멍(12b)를 설치하고, 이 도금액 배출구멍(12b)의 내부에 셧오프(shut-off)밸브(72)를 배치함과 동시에 도금액 배출구멍(12b)과 도금액 저류조(22)를 도금액 배출관(74)으로 연결하고, 또한 도금액 공급관(28)에 접속된 복수의 도금액 분사관(18)을 이 분사관(18)의 바로 앞에 개폐밸브(76)를 설치하여, 이 분사방향이 액면의 대략 중앙부를 향하도록 등간격으로 배치한 것이다. 또 도금조 (12)의 상부에는 도금액비산방지커버(78)가 승강 자유롭게 설치되어 있다.
이 실시형태에 있어서는 도금액은 개폐밸브(76)를 개방시킨 상태에서 펌프 (24)를 구동시킴으로써 도금액 분사관(18)으로부터 분사되어 도금조(12)의 중앙부의 액면부근을 향하여 방출되고, 도금조(12)의 위 가장자리부보다 약간 밑에 도금면을 아래를 향하여 배치된 기판(W)에 닿아 도금조(12)내를 순환한다. 도금조(12)내의 도금액은 도금조(12)의 위 가장자리부로부터 흘러넘쳐 도금조(12)의 외부에 설치한 도금액받이(20)에 회수되어 도금액 저류조(22)에 복귀된다.
도금을 시작하는 경우에는 도금조(12) 내부의 도금액(10)의 일부 또는 전부를 도금조(12)로부터 배출시켜 둔다. 이 상태에서 기판(W)을 기판유지부(14)로 유지하여 도금조(12)의 위 가장자리부보다 약간 밑의 소정의 위치에 배치하고 기판유지부(14)를 회전시킨다. 다음에 도금액(10)을 도금조(12)내에 분사시킨다. 그렇 게 하면 도금조(12)내의 도금액(10)의 액면이 상승하고 기판(W)의 하면(도금면)이 도금액의 분류에 의해 형성된 돋아올린 도금액면의 정점부에 먼저 접촉하고, 다시 액면이 상승함으로써 이 접촉면적이 점차 외부로 넓어져 가고, 동시에 기판(W)의 회전에 따르는 원심력의 작용을 받아 도금면의 아래쪽의 기포가 외부로 배출된다.
도금조(12)내의 도금액(10)의 양이 증가하면 도금액의 분류의 기세는 약해지나, 도금면은 그 전면에 걸쳐 도금액의 돋아올린 부분에 접촉하고 있고, 또한 도금조(12)내의 도금액(10)량이 증가하여도 도금면은 도금액의 분류에 의해 전면을 덮힌채 도금액(10)속에 침지된다. 따라서 도금면의 아래쪽에는 기포가 남지 않고, 도금면 전체를 양호한 상태로 도금하는 것이 가능하게 된다. 또한 도금처리중은 도금액 배출구멍(12b)내의 셧오프 밸브(72)를 약간 개방하여 양극판(16)의 블랙필름의 박리편을 양극판(16) 근방의 도금액과 함께 도금조(12)의 외부로 유출시키는 것도 가능하다.
도금을 종료한 후는 도금조(12)의 도금액 배출구멍(12b)내의 셧오프 밸브 (72)를 개방하여 도금조(12)내의 도금액(10)의 일부 또는 전부를 도금액 저류조(22)로 이동시킨다. 이에 따라 도금조(12)내의 도금액면이 저하하여 기판유지부(14)와 이 기판유지부(14)에 유지된 기판(W)이 도금액(10)의 상부에 노출된다. 이 상태에서 기판유지부(14)와 이 기판유지부(14)에 유지된 기판(W)을 회전시켜 기판(W)에 부착되어 있는 도금액(10)을 원심력에 의해 액떨굼한 후 기판누름판(52)을 상승시켜 기판유지케이스(50)의 내부로부터 도금처리된 기판((W)을 인출한다.
도 15는 본 발명의 제 7 실시형태의 도금장치를 나타내는 것으로, 이것은 도 금조(12)를 대략 원통형으로 형성하고, 바닥부의 주위부분은 중앙이 낮아지는 테이퍼형상으로, 중앙부는 대략 평면으로 하고, 도금조(12)내의 하부 중앙에 설치한 양극판(16)의 바깥 둘레의 대략 아래쪽에 도금액을 도금조(12)의 외부로 배출하는 복수의 도금액 유출구(12a)를 설치하고 있다.
도금조(12)의 안 둘레 측면에는 도금액 공급부(80)가 설치되고, 그 내부는 다공판(82)에 의해 칸막이되고, 다공판(82) 밑의 챔버에 도금액 공급관(28)이 접속되어 있다. 다공판(82)에 의해 칸막이된 위쪽의 챔버에는 도금조(12)의 안쪽을 향하는 제 2 다공판(84)이 동일높이로 원주를 따라 설치되어 있다. 따라서 도금액 공급관(28)으로부터 도금액 공급부(80)내로 도입된 도금액은, 다공판(82, 84)을 통과하여 도금조(12)의 내부에 대략 수평으로 또한 도금조(12)의 중심축방향을 향하여 유출된다.
또 도금조(12)내의 제 2 다공판(84)보다도 위의 위치에 칸막이판(86)을 설치하고, 칸막이판(86)의 중앙에는 기판 직경보다 작은 직경을 가지는 1개의 구멍(88)을 설치하고 있다. 이에 의하여 칸막이판(86)보다 아래쪽은 칸막이판(86)에 설치한 구멍(88)과 바닥면의 도금액 유출구(12a)만이 개구되기 때문에 도금액 공급관(28)으로부터 공급되는 도금액의 유량의 대부분이 구멍(88)으로부터 기판(W)을 향하여 흐른다. 칸막이판(86)의 구멍(88)으로부터 상승한 도금액은 기판(W)의 표면에 새로운 도금액을 공급하고 도금조(12)의 상단부로부터 흘러넘친다. 흘러넘친 도금액은 상기 각 실시형태와 마찬가지로 도금액받이(20)에 의해 회수된다.
한편 도금액의 일부는 아래쪽의 양극판(16)을 향하여 흐르고, 양극판(16) 표면의 블랙필름 박리편이나 부착물 등과 함께 바닥면의 도금액 유출구(12a)로부터 유출된다.
그런데 분류에 의한 기판(W)의 도금면의 중앙으로부터 바깥 둘레에 이르는 흐름은 반경방향 유속의 불균일을 초래하여 도금액을 도금조(12)의 중심둘레의 소용돌이류로 하는 것이나, 기판(W)을 회전시키는 것은 이 불균일을 저감시키는 효과는 있어도 완전히 해소하는 것은 어렵다. 도금면과 도금액 흐름의 상대속도를 도금면 전체에서 균일하게 하는 방법으로서, 도금면을 따른 평행류를 사용하는 방법이 있으나, 기판유지부(14)의 도금면의 개구의 주위에 단차나 구배가 생기기 때문에 평행류를 실현하는 것은 어려움이 많다.
한편 기판(W)을 병진회전운동시킴으로써, 도금면 전체의 도금액과의 상대속도분포를 개선하는 것이 가능하다. 병진회전운동은 스크롤운동이라고도 하며, 기판(W) 자체의 방향을 변화시키는 일 없이 기판(W) 전체를 작은 원운동시키는 운동으로, 기판(W) 상의 모든 점에서 주위에 대하여 동일한 상대속도를 가지는 것이 특징이다. 이 경우에도 도금조(12)내의 흐름이나 전계의 불균일한 영향을 저감하기 위하여 기판유지부(14)를 회전축 둘레를 천천히 회전을 행하게 하는 것이 바람직하다.
이를 위한 기구의 일예를 도 16에 나타낸다. 이 기구는 구동부(100)의 밑에 기판유지부(110)를 설치하여 구성되어 있다. 기판유지부(110)는 L1을 회전중심으로하여 설치된 회전축(111)의 하부에 고정된 회전판(113)에 복수의 크랭크축(115)에 의해 회전가능하게 고정되어 있다. 회전축(111)에는 회전중심(L1)으로부터 스 크롤반경(e)만큼 편심된 위치에 있는 스크롤중심(L2)에 중심을 가지는 스크롤축 (117)이 회전가능하게 관통고정되어 있다. 스크롤축(117)의 하부는 스크롤축(117)으로부터 스크롤반경(e)만큼 편심된 위치에 중심을 가지고, 스크롤축(117)보다 큰 반경의 원주형상으로 가공되어 기판유지부(110)의 상면에 회전가능하게 고정되어 있다.
각 크랭크축(115)의 중심 및 스크롤축(117)의 중심의 상대위치는, 회전판 (113)과 기판유지케이스(119)의 상면에 있어서 동일한 상대위치로 되어 있다. 이에 의해 회전축(111)을 고정하여 스크롤축(117)을 회전함으로써 기판유지케이스(119)는 스크롤중심(L2)의 둘레로 병진회전운동(스크롤운동)을 행한다.
회전축(111)이 회전하면 스크롤축(117)의 위치가 이동하기 때문에 스크롤축 (117)을 회전시키는 스크롤용 모터(121)는 구동부(100)의 내부에 배치되어 회전축 (111)의 상단에 고정되어 있다. 기판누름판(123)을 상하구동시키는 기판누름축 (125)은 스크롤축(117)의 스크롤중심(L2)을 관통하고, 아래쪽은 기판유지케이스 (119)내에서 스크롤반경(e)과 동일한 거리만큼 크랭크형상으로 구부리고, 하단은 기판누름판(123)의 중심에 회전가능하여 축방향의 힘을 전달하도록 고정되어 있다. 기판누름축(125)의 상부는 스크롤축(117)을 관통한 후, 축력 및 굽힘모멘트를 전달하는 회전 자유로운 조인트 2개와 크랭크축을 사용하여 회전중심(L1)상에 배치한 에어실린더 등의 누름판 상하구동장치(127)에 접속되어 있다. 이에 따라 스크롤운동에 의해서도 누름판 상하구동기구(127)의 가압력을 기판누름판(123)에 전달할 수 있다. 회전축(111)은 구동부(100)내에서 회전용 모터(129)에 의해 구동된다.
도금종료후의 회전액떨굼에 있어서 회전부분의 중심(重心)을 회전중심에 근접하기 위해 스크롤의 정지시에 기판유지케이스(119)의 중심이 회전중심에 겹치도록 스크롤축(117)의 정지위치를 제어한다. 이 수단으로서는 광센서 또는 자기센서 등을 사용하여 스크롤축(117)의 구동기어의 위치를 모니터하여 스크롤용 모터(121)의 정지위치를 제어하면 된다.
기판유지부(110)의 승강은 구동부(100)내에 있어서 각 구동장치와 베어링을 유지하는 이동프레임(133)을 상하구동기구(131)에 의하여 승강시킴으로써 행한다. 또한 도 16에서는 상하의 이동량을 작게 하여 나타내고 있으나, 실제로는 도금조 상부에 액떨굼시의 비산방지커버를 설치하기 위하여 100mm 정도의 이동량이 필요하다. 상하구동장치(131)는 기판유지부(110)를 기판(W)의 침지위치, 도금액면상의 회전액떨굼위치, 기판인출위치의 3개소에 정지시킴과 동시에, 도금개시전의 접액시에 회전시키면서 천천히 하강시킬 필요가 있기 때문에 이들에 대응하는 제어가능한 기구로 한다.
기판유지케이스(119), 기판누름판(123), 밀봉부재, 캐소드전극핀을 사용한 기판(W)을 유지하는 기구는 도 2와 대략 동일하다. 또한 135는 기판 인출구이다. 캐소드전극핀과 전원을 접속하는 배선은 기판유지케이스(119)의 벽 내부를 통과시켜 슬라이드가능한 슬립링에 의하여 기판누름축(125)에 전하고, 누름판 상하구동장치(127)에 설치한 동일한 슬라이드가능한 슬립링에 의해 외부로 인출하여 도시 생략한 전원의 음극에 접속한다.
도 17은 본 발명의 실시형태의 도금처리설비에 있어서의 처리공정의 흐름을 나타내는 도면이다. 도시하는 바와 같이 이 도금처리설비에서는 반도체웨이퍼 등의 표면에 배선용의 미세한 홈이나 구멍이 형성된 기판에 황산구리 전해도금으로 구리도금처리를 실시하는 구리도금처리(스텝 STl)와, 이 구리도금처리후의 기판을 약액으로 세정함과 동시에, 기판의 바깥 둘레부에 얇게 형성된 구리박막 등을 약액을 사용하여 에칭제거하는 약액세정·바깥둘레 에칭처리(스텝 ST2)와, 이 약액세정·바깥둘레 에칭처리한 후의 기판을 순수로 세정하는 순수세정처리(스텝 ST3)와, 이 순수세정처리로 세정한 기판을 건조하는 건조처리(스텝 ST4)와, 이 건조처리한 기판을 가열하여 어닐링하는 어닐링처리(스텝 ST5)로 이루어진다.
도 18은 상기 각 처리를 실시하는 도금처리설비의 평면배치 구성예를 나타내는 도면이다. 도시하는 바와 같이 이 도금처리설비(200)에는 로드부(201), 언로드부(202), 어닐링처리부(203, 204), 순수세정·건조처리부(205, 206), 약액세정·바깥둘레 에칭처리부(207, 208), 임시로 놓는 부(209, 210), 구리도금 처리부(211∼214), 또한 반송기구(215, 216)가 구비되어 있다.
상기 구성의 도금처리설비에 있어서, 구리도금을 실시해야 하는 복수매의 기판을 수용한 카세트가 로드부(201)로 반입된다. 로봇 등의 반송기구(215)는 로드부 (201)에 얹어 놓여진 카세트로부터 기판을 1매씩 인출하여 임시로 놓는 부(209)로 반송하여 얹어 놓는다. 로봇 등의 반송기구(216)는 임시로 놓는 부(209)로부터 기판을 인출하여 구리도금처리부(211∼214)중 어느 하나로 반입하여 여기서 소정시간 전해도금을 행하여 기판에 구리도금처리를 실시한다.
구리도금처리가 실시된 기판은, 반송기구(216)에 의해 인출되고, 임시로 놓는 부(210)로 반송되어 얹어 놓여진다. 반송기구(215)는 임시로 놓는 부(210)에 얹어 놓여진 기판을 약액세정·바깥둘레 에칭처리부(207 또는 208)로 반입하고, 여기서 뒤에서 상세하게 설명하는 바와 같이 기판의 약액세정과 바깥 둘레부에 형성된 구리박막을 에칭제거하는 약액세정·바깥둘레 에칭처리가 행하여진다. 이 약액세정·바깥둘레 에칭처리가 종료한 기판은, 반송기구(215)로 순수세정·건조처리부(205 또는 206)로 반입되어 여기서 세정·건조처리가 행하여진다.
세정·건조처리가 종료된 기판은, 반송기구(215)에 의해 어닐링처리부(203 또는 204)로 반입되고, 여기서 가열되어 강제적으로 어닐링처리된다. 어닐링처리가 종료된 기판은 반송기구(215)로 언로드부(202)의 카세트에 수용되고, 이 언로드부(202)로부터 다음 처리공정으로 이송된다. 이하 이 도금처리설비(200)를 구성하는 주된 각부의 상세를 설명한다.
도 19는 구리도금처리부(구리도금장치)(211)의 구성을 나타내는 도면이다. 또한 다른 구리도금처리부(212 내지 214)도 동일구성이기 때문에 그 설명은 생략한다. 구리도금처리부(211)는 도금조(300)를 구비하고, 도금조(300)는 도금조 본체(302)를 가지고, 이 도금조 본체(302) 내에 기판(W)를 유지하기 위한 기판유지부(304)가 수용되어 있다. 이 기판유지부(304)는 기판유지케이스(306)와 회전축(308)을 가지고, 이 회전축(308)은 원통형상 가이드부재(310)의 내벽에 베어링(312, 312)을 개재하여 회전 자유롭게 지지되어 있다. 그리고 가이드부재(310)와 기판유지부(304)는 도금조 본체(302)의 정점부에 설치한 실린더(314)에 의해 상하로 소정 스트로크로 승강할 수 있게 되어 있다.
또 기판유지부(304)는 가이드부재(310)의 내부 위쪽에 설치한 모터(315)에 의해 회전축(308)을 거쳐 화살표 A방향으로 회전할 수 있게 되어 있다. 또 기판유지부(304)의 내부에는 기판누름판(316) 및 기판누름축(318)으로 이루어지는 기판누름부재(320)를 수납하는 공간(C)이 설치되어 있고, 이 기판누름부재(320)는 기판유지부(304)의 회전축(308)내의 상부에 설치된 실린더(322)에 의해 상하로 소정 스트로크로 승강할 수 있게 되어 있다.
기판유지부(304)의 기판유지케이스(306)의 하부에는 공간(C)과 연통하는 하부 개구(306a)가 설치되고, 이 하부 개구(306a)의 상부에는 도 20에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 가장자리부가 얹어 놓여지는 단부(306b)가 형성되어 있다. 이 단부(306b)에 기판(W)의 가장자리부를 얹어 놓고, 기판(W)의 상면을 기판누름부재(320)의 기판누름판(316)으로 가압함으로써 기판(W)의 가장자리부는 기판누름판(316)과 단부(306b) 사이에 끼워유지된다. 그리고 기판(W)의 하면(도금면)은 하부개구(306a)로 노출된다. 또한 도 20은 도 19의 B부분의 확대도이다.
도금조 본체(302)의 기판유지부(304)의 아래쪽, 즉 하부개구(306a)로 노출되는 기판(W)의 도금면의 아래쪽에는 도금액실(324)이 설치되고, 도금액(10)은 복수의 도금액 분사관(326)으로부터 중심을 향하여 분사된다. 또 도금액실(324)의 바깥쪽에는 이 도금액실(324)을 흘러넘친 도금액(10)을 포집하는 포집홈통(328)이 설치되어 있다.
포집홈통(328)으로 회수된 도금액(10)은 도금액 저류조(330)로 복귀하게 되어 있다. 도금액 저류조(330)내의 도금액(10)은 펌프(332)에 의해 도금액실(324)의 바깥 둘레방향으로부터 수평방향으로 도금액 저류조 내부로 도입된다. 도금액실(324)의 바깥 둘레방향으로부터 도금액 저류조로 도입된 도금액(10)은 기판(W)을 회전시킴으로써 기판(W)에 대하여 균일한 수직방향의 흐름이 되어 기판(W)의 도금면에 접촉한다. 도금액실(324)을 흘러넘친 도금액(10)은 포집홈통(328)으로 회수되어 도금액 저류조(330)로 흘러 든다. 즉 도금액(10)은 도금조 본체(302)의 도금액실(324)과 도금액 저류조(330) 사이를 순환하도록 되어 있다.
도금액실(324)의 도금액면 레벨(LQ)은 기판(W)의 도금액면 레벨(LW)보다 약간 ΔL만큼 높게 되어 있고, 기판(W)의 도금면은 그 전면에서 도금액(10)에 접촉하게 되어 있다.
기판유지케이스(306)의 단부(306b)에는 기판(W)의 도전부와 전기적으로 도통하는 전기접점(332)(도 20참조)이 설치되고, 이 전기접점(332)은 브러시(334)를 거쳐 외부의 도금전원(도시 생략)의 음극에 접속되게 되어 있다. 또 도금조 본체(302)의 도금액실(324)의 바닥부에는 도금전원(도시 생략)의 양극에 접속되는 양극전극(336)이 기판(W)과 대향하여 설치되어 있다. 기판유지케이스(306)의 벽면의 소정위치에는 예를 들어 로봇암 등의 기판 반출입 지그로 기판(W)을 출납하는 기판 인출 개구(306c)가 설치되어 있다.
상기 구성의 구리도금처리부(구리 도금장치)(111)에 있어서 도금을 행함에 있어서는 먼저, 실린더(314)를 동작시켜 기판유지부(304)를 가이드부재(310)마다 소정량 상승시킴과 동시에, 실린더(322)를 작동시켜 기판누름부재(320)를 소정량[기판누름판(316)이 기판 인출 개구(306c)의 위쪽에 이르는 위치까지]상승시킨다. 이 상태에서 로봇암 등의 기판 반출입 지그로 기판(W)을 기판유지부(304)의 공간(C)으로 반입하고, 기판(W)을 그 도금면이 아래쪽을 향하도록 단부(306b)에 얹어 놓는다. 이 상태에서 실린더(322)를 작동시켜 기판누름판(316)의 하면이 기판(W)의 상면에 접촉할 때까지 하강시켜 기판누름판(316)과 단부(306b) 사이에 기판(W)의 가장자리부를 끼워유지한다.
이 상태에서 실린더(314)를 작동시켜 기판유지부(304)를 가이드부재(310)마다 기판(W)의 도금면이 도금액실(324)의 도금액(10)에 접촉할 때까지[도금액면 레벨(LQ)보다 상기 ΔL만큼 낮은 위치까지]하강시킨다. 이때 모터(315)를 기동하여, 기판유지부(304)와 기판(W)을 저속으로 회전시키면서 하강시킨다. 도금액실(324)에는 도금액(10)이 가득차 있다. 이 상태에서 양극전극(336)과 전기접점(332)의 사이에 도금전원으로부터 소정의 전압을 인가한다. 그렇게 하면 양극전극(336)으로부터 기판(W)으로 도금전류가 흘러 기판(W)의 도금면에 도금막이 형성된다.
상기 도금 중에는 모터(315)를 운전하여 기판유지부(304)와 기판(W)을 저속으로 회전시킨다. 이때 도금액실(324)내의 도금액(10)의 수직분출류를 흐트러지게 하는 일없이 기판(W)의 도금면에 균일한 막두께의 도금막을 형성할 수 있도록 회전속도를 설정한다.
도금이 종료되면 실린더(314)를 작동시켜 기판유지부(304)와 기판(W)을 상승시킨다. 그리고 기판유지케이스(306)의 하면이 도금액면 레벨(LQ)보다 위에 도달하였을 때, 모터(315)를 고속으로 회전시켜 원심력으로 기판(W)의 도금면 및 기판유지케이스(306)의 하면에 부착된 도금액을 떨군다. 도금액을 떨구었으면 실린더(322)를 작동시켜 기판누름판(316)을 상승시켜, 기판(W)을 개방하여 기판(W)이 기판유지케이스(306)의 단부(306b)에 얹어 놓여진 상태로 한다. 이 상태에서 로봇암 등의 기판반송 지그를 기판 인출 개구(306c)로 부터 기판유지부(304)의 공간(C)으로 침입시켜 기판(W)을 픽업하여 외부로 반출한다.
도 21은 약액세정·바깥둘레 에칭처리부(207)의 구성을 나타내는 도면이다. 또한 약액세정·바깥둘레 에칭처리부(208)는 동일한 구성이므로 그 설명은 생략한다. 이 약액세정·바깥둘레 에칭처리부(207)는 기판(W)을 유지하여 회전하는 회전기구(340)와, 2개의 세정노즐(342, 344)과, 1개의 에칭용 노즐(346)을 구비하고 있다.
회전기구(340)는 기판지지부재(348)를 구비하고 모터(350)의 회전에 따라 풀리(352, 354)와 벨트(356)를 거쳐 회전하도록 구성되어 있다. 기판지지부재(348)는 도면에서는 2개 나타내었으나, 실제로는 4∼8개 정도가 회전기구(340)에 설치되어 있고, 기판(W)의 바깥둘레를 이 기판(W)이 수평이 되도록 유지하게 구성되어 있다.
세정노즐(342)은 기판(W)의 표면측, 즉 도금처리를 실시한 면측에 접근한 위치에 있어, 약액세정액(a)이 기판(W)의 표면 중앙부에 분사되도록 배치되어 있다. 세정노즐(342)로부터 분사되는 약액세정액(a)으로서는 구리도금막을 에칭하지 않고, 메탈오염, 파티클오염에 유효한 약액세정액이 사용된다. 즉 예를 들어 필요에 따라 희석황산, 희석불화수소산(DHF), 또는 이온수, 또는 오존수와 희석불화수소산이나 과산화수소(H2F2)와 희석불화수소산 등의 2단처리중 어느 하나를 사용한다.
세정노즐(344)은 기판(W)의 이면측, 즉 도금처리가 이루어져 있지 않은 면쪽의 하부 중앙의 위치에 설치되어 있다. 세정노즐(344)은 약액세정액(b)이 원추형상의 비산형상으로 분사되는 구조의 것이다. 세정노즐(344)로부터 분사되는 약액세정액(b)으로서는 기판(W)의 기체인 예를 들어 반도체웨이퍼의 실리콘에 흡착한 구리를 제거하는 것도 가능한 약액세정액이 사용된다. 예를 들어 필요에 따라 희석황산, 희석불화수소산(DHF) 또는 이온수 또는 오존수와 희석불화수소산이나 과산화 수소(H2F2)와 희석불화수소산 등의 2단처리중 어느 하나를 사용한다.
에칭용 노즐(346)은 도 22에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 에지부로부터 5 mm 이하의 소정치수(k)(k ≤5 mm)인 곳에 그 분출구의 위치를 맞추고, 이 선단의 분출구의 중심선(1)의 방향이 기판(W)의 면에 대하여 수직(θ1 = 90°)으로 세트되어 있다.
또한 에칭용 노즐(346)은 도 23에 나타내는 바와 같이 기판(W)의 에지부로부터 5 mm 이하의 소정치수(k)(k ≤5 mm)인 곳에 그 분출구의 위치를 맞추고, 그 선단의 분출구의 중심선(1)의 방향이 기판(W)의 면에 대하여 수직보다도 바깥 둘레방향을 향하도록 소정각도(θ2)(θ2<90°)만큼 경사지게 세트하여도 좋다.
또 이 예에서는 에칭용 노즐(346)을 1개만 구비한 예를 나타내고 있으나, 복수개 설치하여도 좋다. 에칭용 노즐(346)로부터 분사되는 액흐름은 매우 가늘게 수속하고 있는 것이 에칭경계를 샤프하게 하는 데에 있어서 바람직하다. 그리고 이 에칭용 노즐(346)로부터 분사되는 에칭액(c)으로서는 구리박막 에칭을 목적으로 한 것이 사용된다. 즉 예를 들어 필요에 따라 황산과 과산화수소의 혼합액, 불화수소산과 질산의 혼합액, 과산화나트륨, 황산, 질산 또는 이온수, 또는 오존수와 희석불화수소산의 2단처리중 어느 하나를 사용한다.
다음에 상기 구성의 약액세정·바깥둘레 에칭처리부(207)의 동작을 설명한다. 즉, 구리도금처리후의 기판(W)을 도 21에 나타내는 바와 같이, 구리도금처리를 실시한 면(표면측)을 위로 하여 기판지지부재(348)로 유지하고 모터(350)를 기동하여 회전시킨다. 그리고 양 세정노즐(342, 344)로부터 약액세정액(a, b)을 분사함과 동시에 에칭용 노즐(346)로부터 에칭액(c)을 분사한다. 또는 에칭용 노즐(346)로부터만, 초기적으로 소정시간 에칭액(c)을 분사하고, 그후 세정노즐(342, 344)로부터 약액세정액(a, b)을 분사한다.
세정노즐(342)로부터 분사된 약액세정액(a)은 기판(W) 표면의 중앙부에 접촉한 후, 기판(W)이 회전함으로써 기판(W)의 전면으로 퍼진다. 이에 의하여 기판(W) 표면측의 메탈오염, 파티클오염이 세정되어 청정화된다.
세정노즐(344)로부터 분사된 약액세정액(b)은 원추형 비산형상이 되어 기판(W)의 이면에 접촉한 후, 기판(W)의 회전에 의해 기판(W)의 하면전면에 균일하게 부착된다. 이에 의하여 기판(W)의 이면측의 메탈오염, 파티클오염이 세정되어 청정화된다.
에칭용 노즐(346)로부터 분출된 에칭액(c)은, 도 22 및 도 23에 화살표로 나 타내는 바와 같이 기판(W)의 표면에 수직 또는 소정각도 경사져 닿으나, 기판(W)은 회전하고 있기 때문에 원심력에 의해 닿은 위치보다 바깥 둘레측으로 흘러 바깥 둘레부에만 부착된다. 이에 의해 도 24에 나타내는 바와 같이 에칭액(c)이 부착된 바깥 둘레부만이 선택적으로 에칭된다. 즉 이 선택적 에칭에 의해 도 30b에 나타내는 기판(W)의 에지부(E)에 스퍼터 등에 의해 부착된 불필요한 얇은 구리층이나 도금시공시에 생긴 불완전한 도금막이 제거된다. 또한 약액세정액(a, b) 및 에칭액(c)의 배액은 배출구(358)로부터 배출된다.
도 25는 순수세정·건조처리부(205)의 구성예를 나타내는 도면이다. 또한 순수세정·건조처리부(206)의 구성도 동일하므로 그 설명은 생략한다. 이 순수세정·건조처리부(205)는 기판(W)를 유지하여 회전하는 회전기구(360)와 2개의 세정노즐(362, 364)을 구비하고 있다.
회전기구(360)는 기판지지부재(366)를 구비하고, 모터(368)의 회전에 따라 풀리(370, 372)와 벨트(374)를 거쳐 회전하도록 구성되어 있다. 기판지지부재(366)는, 도면에서는 2개 나타내었으나, 실제로는 4∼8개정도가 회전기구(360)에 설치되어 있고, 기판(W)의 바깥 둘레를 이 기판(W)이 수평이 되도록 유지하도록 구성되어 있다. 세정노즐(362, 364)은 각각 순수세정액(d)을 원추형상의 비산형상으로 분사하는 구조의 것으로, 기판(W)의 상하면(표리면)에 순수세정액(d)을 분사한다.
상기 구성의 순수세정·건조처리부(205)에 있어서, 약액세정·바깥둘레 에칭처리부(207 또는 208)에서 바깥둘레 에지부의 구리의 에칭제거 및 약액세정된 기판 (W)은 반송기구(215)로 순수세정·건조처리부(205)로 이송되고, 그 바깥 둘레를 기판지지부재(366)로 끼워 유지하여 유지된다. 이 상태에서 모터(368)를 기동하여 기판(W)을 회전시키고, 동시에 세정노즐(362, 364)로부터 순수세정액(d)을 분사하여 기판(W)의 상하면을 세정한다. 세정한 배출액은 배출구(376)로부터 배출된다.
순수세정액(d)에 의한 기판(W)의 상하 양면의 세정이 종료하면 모터(368)를 고속회전으로 운전하여 회전기구(360)와 기판(W)을 고속회전시킨다. 이에 따라 기판지지부재(366)나 기판(W)에 부착된 순수세정액(d)을 원심력으로 비산시켜 건조시킨다.
도 26은 어닐링처리부(203)의 외관을 나타내는 도면이고, 도 27은 그 일부 단면도이다. 또한 어닐링처리부(204)도 어닐링처리부(203)와 동일한 구성이기 때문에 그 설명은 생략한다. 도시하는 바와 같이 어닐링처리부(203)는 복수개(도면에서는 4개)의 가열로(380)를 겹쳐쌓은 것 같은 구성이다. 각 가열로(380)는 도 27에 나타내는 바와 같이 상하에 소정의 간격을 두고 배치한 히터(382, 384)를 가지고, 아래쪽 히터(382)의 상면에는 기판(W)을 얹어 놓기 위한 핀(386)이 복수개 설치되어 있다. 이 예는 열원인 히터(382, 384)를 기판(W)의 상하에 설치한 복사형의 가열을 채용하고 있으나, 열판의 위에 기판을 두는 핫플레이트형의 가열을 채용하여도 좋다.
각 가열로(380)의 앞면에는 기판(W)을 반출입하기 위한 반출입구(388)가 설치되고, 안쪽에는 상기 반출입구(388)를 개폐하기 위한 셔터(390)가 설치되어 있다. 순수세정·건조처리부(205 또는 206)에서 순수세정 및 건조처리가 종료된 기판(W)은 반송기구(215)의 핸드(215a)로 반출입구(388)로부터 가열로(380)의 내부로 반입되어 핀(386) 위에 얹어 놓여진다. 그리고 상하의 히터(382, 384)에 의해 소정의 온도로 소정시간 가열되어 어닐링처리된다. 어닐링처리가 종료된 기판(W)은 핸드(215a)로 반출입구(388)를 통하여 가열로(380) 밖으로 반출된다.
상기 어닐링처리는 온도 70℃내지 90℃의 상압하 분위기에서 5 내지 30분 행한다. 이 경우 H2를 함유한 N2분위기중에서 행하면 구리도금막의 표면산화가 억제된다. 또 감압하(1∼10-6 torr)에서는 온도 250℃ 내지 350℃에서 5 내지 30분의 어닐링처리하여도 좋다. 인라인어닐링의 경우 장치의 크기, 열배기를 고려하면 저온으로 어닐링한 쪽이 바람직하다.
상기　구리도금처리부(211), 약액세정·바깥둘레 에칭처리부(207), 순수세정·건조처리부(205) 및 어닐링처리부(203)의 구성은 일예이며, 본 발명의 도금처리설비를 구성하는 각 처리부의 구성은 이것에 한정되는 것은 아니다. 중요한 것은 구리도금처리, 약액세정·바깥둘레 에칭처리, 순수세정처리, 건조처리, 어닐링처리를 할 수 있는 것이면 그 구체적구성은 상관없다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 도금조로 유입된 도금액의 일부를 양극전극에 설치한 관통구멍과 양극전극 중 어느 하나의 주위로부터 도금조 외부로 유출시킴으로써 도금액중으로의 양극전극으로부터의 파티클혼입을 저감시켜 도금품질을 향상시키고, 수율을 향상시킬 수 있다. 또 도금막 두께의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또 도금액 분사관을 설치하여 도금액면의 중앙부를 돋아올림으로써 기판의 도금면과 도금액의 사이로부터 기포를 효과적으로 제거할 수 있음과 동시에 도금액중에 설치한 양극전극에 도금액의 분류가 직접 닿지 않도록 하는 것이 용이하게 된다. 또한 도금조내에서 완만한 소용돌이류를 발생시켜 흐름을 안정시킴과 동시에, 분류만으로는 유속이 저하하는 바깥 둘레부에 유속을 주어 도금면 전체의 유속분포를 개선할 수 있다.
또한 기판유지구의 하단부에 기판의 도금면에 잔류하는 기포를 바깥쪽으로 배출하는 통기구멍을 설치함으로써 도금면에 기포가 남는 것을 방지하여 도금막의 균일성이 뛰어나고 얼룩이 없는 높은 도금품질을 실현시킬 수 있다.
또 기판유지부에 유지한 기판을 수평방향으로 회전시키면서 하강시켜 도금조 내의 도금액중에 위를 향하게 형성된 도금액의 분류에 기판 하면의 도금면을 접촉시킴으로써, 기판의 도금면의 도금액과의 접촉면을 점차로 외부에 넓히고, 동시에 기판의 회전에 따르는 원심력을 작용시켜 도금면 아래쪽의 기포를 외부로 배출할 수있다.
또한 도금처리설비에 에칭처리부를 구비하고, 도금처리부에서 뒤의 기판의 바깥 둘레부가 얇게 형성된 박막을 제거함으로써 다음공정인 CMP처리후중 또는 기판의 반송중에 박막이 박리, 이탈하는 것을 방지하여 오염(크로스오염)이 생길 염려를 없앨 수 있다.
또 도금처리설비에 어닐링처리부를 구비하고, 도금 및 세정처리후의 기판을 어닐링처리부에서 가열하여 강제적으로 어닐링함으로써, 도금처리후 도금막이 안정화할 때까지 기판을 방치할 필요를 없애어, 다음공정인 CMP처리를 신속하게 행할 수 있다.

Claims (18)

  1. 내부에 배치한 양극전극을 도금액중에 침지시키면서 상기 도금액을 유지하는 도금조와,
    상기 도금조의 외부로부터 도금액을 공급하는 도금액 공급부와,
    기판을 착탈자유롭게 유지하여 상기 기판의 도금면이 도금액과 접촉하도록 배치하는 기판유지부를 가지고,
    상기 도금조의 바닥부에 상기 도금조에 공급된 도금액의 일부를 도금조의 외부로 유출시키는 도금액 유출구를 설치한 것을 특징으로 하는 도금장치.
  2. 내부에 배치한 양극전극을 도금액중에 침지시키면서 상기 도금액을 유지하는 도금조와,
    상기 도금조의 외부로부터 도금액을 공급하는 도금액 공급부와,
    기판을 착탈자유롭게 유지하여 상기 기판의 도금면이 도금액과 접촉하도록 배치하는 기판유지부를 가지고,
    상기 도금액 공급부는 도금조의 측벽 또는 바닥면에 복수로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 도금액 공급부는, 도금조의 중심축을 향하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    도금조로 유입된 도금액의 일부가, 상기 도금조의 바닥부로부터 도금조의 외부로 유출되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  5. 내부에 배치한 양극전극을 도금액중에 침지시키면서 상기 도금액을 유지하는 도금조와,
    상기 도금조의 외부로부터 도금액을 공급하는 도금액 공급부와,
    기판을 착탈 자유롭게 유지하여 상기 기판의 도금면이 도금액과 접촉하도록 배치하는 기판유지부를 가지고,
    상기 기판유지부의 하단부에, 기판의 도금면에 잔류하는 기포를 바깥쪽으로 배출하는 통기구멍을 설치한 것을 특징으로 하는 도금장치.
  6. 내부에 배치한 양극전극을 도금액중에 침지시키면서 상기 도금액을 유지하는 도금조와,
    상기 도금조의 외부로부터 도금액을 공급하는 도금액 공급부와,
    기판을 착탈 자유롭게 유지하여 상기 기판의 도금면이 도금액과 접촉하도록 배치하는 기판유지부와,
    상기 기판유지부를 회전 및 승강시키는 회전기구 및 승강기구를 구비한 구동부를 가지는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 승강기구에 의해 기판유지부를 하강시킨 위치에 있어서 상기 기판 하면의 도금면에 도금을 실시하는 것을 가능하게 하고, 상기 승강기구에 의해 기판유지부를 상승시킨 위치에 있어서 상기 기판유지부에 기판을 설치 또는 상기 기판유지부로부터 기판을 인출하는 것을 가능하게 한 것을 특징으로 하는 도금장치.
  8. 내부에 배치한 양극전극을 도금액중에 침지시키면서 상기 도금액을 유지하는 도금조와,
    상기 도금조의 외부로부터 도금액을 공급하는 도금액 공급부와,
    기판을 착탈 자유롭게 유지하여 상기 기판의 도금면이 도금액과 접촉하도록 배치하는 기판유지부와,
    상기 기판유지부를 회전시키는 회전기구와,
    상기 도금조내의 도금액의 적어도 일부를 도금조로부터 배출시켜 도금액의 액면을 하강시키는 도금액 배출부를 가지는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  9. 배선용 홈이나 구멍이 형성된 기판 표면에 도금을 실시하는 도금처리부와,
    상기 도금처리부에 의한 도금처리후의 기판의 바깥 둘레부의 시드막 및 얇게 형성된 도금막 중 적어도 하나를 약액을 사용하여 에칭제거하는 에칭처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 도금처리설비.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 에칭처리부에는 기판의 표리 양면을 동시 세정처리할 수 있는 세정기구가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 도금처리설비.
  11. 배선용 홈이나 구멍이 형성된 기판 표면에 도금을 실시하는 도금처리부와,
    상기 도금처리부에 의한 도금처리후의 기판을 세정처리하는 세정처리부와,
    상기 세정처리부에 의한 세정처리후의 기판을 가열하여 어닐링처리하는 어닐링처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 도금처리설비.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 도금처리부와 세정처리부의 사이에 도금처리후의 기판의 바깥 둘레부의 시드막 및 얇게 형성된 도금막 중 적어도 하나를 약액을 사용하여 에칭제거하는 에칭처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 도금처리설비.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 어닐링처리부는, 기판을 1매씩 어닐링처리하는 매엽식 어닐링처리부인 것을 특징으로 하는 도금처리설비.
  14. 도금조 내의 도금액 중에 도금액의 분류를 형성하고, 기판유지부로 유지한 기판의 도금면을 상기 도금액면에 접촉시켜 도금함에 있어서,
    상기 도금조로 유입된 도금액의 일부를 도금조의 내부로부터 도금조 외부로 유출시키는 것을 특징으로 하는 도금방법.
  15. 도금조 내의 도금액 중에 도금액의 분류를 형성하고, 기판유지부로 유지한 기판을 상기 기판의 도금면이 상기 도금액면에 접하고, 다시 기판이 도금액 중으로 빠지는 위치까지 회전시키면서 상기 기판과 도금액의 상대위치를 변화시켜 기판을 도금액중에 배치하는 것을 특징으로 하는 도금방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 기판의 도금면이 도금액면에 접촉된 후, 기판을 30 mm/초 이하의 느린속도로 하강시키는 것을 특징으로 하는 도금방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 기판의 도금면이 도금액의 도금액면에 접촉될 때까지 도금액의 분출량을 증대시켜 두고, 기판의 도금면이 도금액의 도금액면에 접촉된 후, 도금액의 분출량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 도금방법.
  18. 제 15항에 있어서,
    도금액중에 있어서의 도금처리후, 기판과 기판유지부를 도금액면상으로 노출시키고 기판유지부를 500 min-1 이상의 고속으로 회전시켜 기판의 액떨굼을 행하는 것을 특징으로 하는 도금방법.
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