KR101826302B1 - 도금 처리 방법, 도금 처리 시스템 및 기억 매체 - Google Patents

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타카시 타나까
유이치로 이나토미
유스케 사이토
미츠아키 이와시타
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

기판과의 밀착성을 향상시킬 수 있는 도금 처리 방법을 제공한다. 기판에 대하여 도금 처리를 실시하는 도금 처리 방법은, 기판(2)에 대하여 진공 증착 처리를 실시하여 기판(2) 상에 진공 증착 처리층(2A)을 형성하는 공정과, 기판(2)의 진공 증착 처리층(2A) 상에 밀착층(21) 및 촉매 흡착층(22)을 순차 형성하는 공정과, 기판(2)의 촉매 흡착층(22) 상에 배리어막으로서 기능하는 제 1 도금층(23a)과, 제 2 도금층(23b)을 가지는 도금층 적층체(23)를 형성하는 공정을 구비하고 있다. 진공 증착 처리층(2A)에 의해 기판(2) 표면을 원활화시킬 수 있어, 진공 증착 처리층(2A)은 밀착성을 높이는 하지층으로서 기능한다.

Description

도금 처리 방법, 도금 처리 시스템 및 기억 매체{PLATING METHOD, PLATING SYSTEM, AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은 기판에 대하여 도금을 실시하는 도금 처리 방법, 도금 처리 시스템 및 기억 매체에 관한 것이다.
최근, LSI 등의 반도체 장치는, 실장(實裝) 면적의 공간 절약화 또는 처리 속도의 개선과 같은 과제에 대응하기 위하여, 보다 한층 고밀도화하는 것이 요구되고 있다. 고밀도화를 실현하는 기술의 일례로서, 복수의 배선 기판을 적층함으로써 삼차원 LSI 등의 다층 기판을 제작하는 다층 배선 기술이 알려져 있다.
다층 배선 기술에서는 일반적으로, 배선 기판 간의 도통(導通)을 확보하기 위하여, 배선 기판을 관통하고 또한 구리(Cu) 등의 도전성 재료가 매립된 관통 비아 홀이 배선 기판에 형성되어 있다. 도전성 재료가 매립된 관통 비아 홀을 제작하기 위한 기술의 일례로서, 무전해 도금법이 알려져 있다.
배선 기판을 제작하는 구체적인 방법으로서, 오목부가 형성된 기판을 준비하고, 이어서 기판의 오목부 내에 Cu 확산 방지막으로서의 배리어막을 형성하고, 이 배리어막 상에 시드막을 무전해 Cu 도금에 의해 형성하는 방법이 알려져 있다. 이 후 오목부 내에 전해 Cu 도금에 의해 Cu가 매립되고, Cu가 매립된 기판은, 화학 기계 연마 등의 연마 방법에 의해 박막화되고, 이에 의해 Cu가 매립된 관통 비아 홀을 가지는 배선 기판이 제작된다.
상술한 배선 기판 중 배리어막을 형성할 경우, 기판에 대하여 미리 촉매를 흡착시켜 촉매 흡착층을 형성하고, 이 촉매 흡착층 상에 도금 처리를 실시함으로써 Co-W-B층으로 이루어지는 배리어막이 얻어진다. 배리어막은 이 후, 구워져 내부의 수분이 제거되고, 또한 금속 간 결합이 강화된다.
일본특허공개공보 2010-185113호
상술한 바와 같이 Cu 확산 방지막으로서의 배리어막은, 도금 처리에 의해 형성되고, 이 후 구워져, 내부의 수분 제거 및 금속 간 결합이 강화된다.
상술한 바와 같이, 기판은 오목부를 가지고, Cu 확산 방지막으로서의 배리어막은, 기판 중 오목부 내면 및 오목부 외측의 기판 외면에 형성된다. 그러나 기판 외면에 형성된 배리어막은, 기판 처리 시에 기판에 대하여 작용하는 외력 등에 의해 박리되는 경우가 있고, 이 경우는 제조된 다층 기판에 문제가 발생한다.
본 발명은 이러한 점을 고려하여 이루어진 것이며, 기판 상에 도금 처리에 의해 배리어막 등의 도금층을 형성했을 경우, 특히 오목부 외측의 기판 외면에 형성된 도금층이 기판으로부터 박리되지 않는 도금 처리 방법, 도금 처리 시스템 및 기억 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 기판에 대하여 도금 처리를 실시하는 도금 처리 방법에 있어서, 기판을 준비하는 공정과, 기판에 대하여 진공 증착 처리를 실시하여, 기판 상에 진공 증착 처리층을 형성하는 공정과, 기판에 대하여 도금액을 이용하여 도금 처리를 실시하여, 진공 증착 처리층 상에 특정 기능을 가지는 도금층을 형성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 도금 처리 방법이다.
본 발명은, 기판에 대하여 도금 처리를 실시하는 도금 처리 시스템에 있어서, 기판에 대하여 진공 증착 처리를 실시하여, 기판 표면에 진공 증착 처리층을 형성하는 진공 증착 처리층 형성부와, 기판 상에 도금액을 이용하여 도금 처리를 실시하여, 진공 증착 처리층 상에 특정 기능을 가지는 도금층을 형성하는 도금층 형성부와, 진공 증착 처리층 형성부와, 도금층 형성부와의 사이에서 기판을 반송하는 기판 반송부와, 진공 증착 처리층 형성부, 도금층 형성부 및 기판 반송부를 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 도금 처리 시스템이다.
본 발명은, 도금 처리 시스템에 도금 처리 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체에 있어서, 도금 처리 방법은, 기판을 준비하는 공정과, 기판에 대하여 진공 증착 처리를 실시하여, 기판 상에 진공 증착 처리층을 형성하는 공정과, 기판에 대하여 도금액을 이용하여 도금 처리를 실시하여, 진공 증착 처리층 상에 특정 기능을 가지는 도금층을 형성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 기억 매체이다.
본 발명에 따르면, 기판에 대하여 진공 증착 처리를 실시하여 기판 상에 진공 증착 처리층을 형성하고, 기판에 대하여 도금 처리를 실시하여, 이 진공 증착 처리층상에 도금층을 형성했으므로, 진공 증착 처리층이 기판 상에 하지층으로서 형성되고, 이 하지층으로서의 진공 증착 처리층에 의해 기판의 표면이 평활화된다. 이 때문에 하지층으로서의 진공 증착 처리층에 의해, 도금층을 밀착성 좋게 기판 상에 형성할 수 있어, 기판 처리 시에 기판에 대하여 작용하는 외력 등에 의해 도금층이 탈락하거나 박리되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에서의 도금 처리 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서의 도금 처리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3a ~ 도 3g는 본 발명의 실시예에서의 도금 처리 방법이 실시되는 기판을 도시한 도이다.
도 4는 Cu 확산 방지막으로서의 도금층 적층체를 도시한 단면도이다.
도 5는 도금층 형성부를 도시한 측단면도이다.
도 6은 도금층 형성부를 도시한 평면도이다.
도 7은 도금층 소성부를 도시한 측단면도이다.
도 8은 진공 증착 처리층 형성부를 도시한 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 변형예를 도시한 시드막으로서의 도금층 적층체를 도시한 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 기판 상에 형성된 진공 증착 처리층을 도시한 도이다.
도 11은 본 발명의 변형예를 도시한 도금 처리 방법이 실시되는 기판을 도시한 도이다.
도금 처리 시스템
도 1 ~ 도 8에 따라 본 발명의 일실시예에 대하여 설명한다.
우선 도 1에 따라 본 발명에 따른 도금 처리 시스템에 대하여 기술한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 도금 처리 시스템(10)은 반도체 웨이퍼 등의 오목부(2a)를 가지는 기판(실리콘 기판)(2)에 대하여 도금 처리를 실시하는 것이다(도 3a ~ 도 3g 참조).
이러한 도금 처리 시스템(10)은, 기판(2)을 수납한 카세트(도시하지 않음)가 재치(載置)되는 카세트 스테이션(18)과, 카세트 스테이션(18) 상의 카세트로부터 기판(2)을 취출하여 반송하는 기판 반송 암(11)과, 기판 반송 암(11)이 주행하는 주행로(11a)를 구비하고 있다.
또한 주행로(11a)의 일측에, 기판(2)에 대하여 진공 증착 처리를 실시하여, 기판(2) 표면에 진공 증착 처리층(2A)을 형성하는 진공 증착 처리층 형성부(27)와, 기판(2)의 진공 증착 처리층(2A) 상에 실란 커플링제 등의 커플링제를 흡착시켜 후술하는 밀착층(21)을 형성하는 밀착층 형성부(12)와, 기판(2)의 밀착층(21) 상에 촉매를 흡착시켜 후술하는 촉매 흡착층(22)을 형성하는 촉매 흡착층 형성부(13)와, 기판(2)의 촉매 흡착층(22) 상에 후술하는 Cu 확산 방지막(배리어막)으로서 기능하는 도금층(23a, 23b)을 형성하는 도금층 형성부(14)가 배치되어 있다.
또한 주행로(11a)의 타측에, 기판(2)에 형성된 도금층(23a, 23b)을 굽는 도금층 소성부(15)와, 기판(2)에 형성된 도금층(23a, 23b) 상에, 후술하는 시드막으로서 기능하는 무전해 구리 도금층(무전해 Cu 도금층)(24)을 형성하기 위한 무전해 Cu 도금층 형성부(16)가 배치되어 있다.
또한 도금층 소성부(15)에 인접하여, 기판(2)에 형성된 오목부(2a) 내에, 무전해 Cu 도금층(24)을 시드막으로서 전해 구리 도금층(전해 Cu 도금층)(25)을 충전하기 위한 전해 Cu 도금층 형성부(17)가 배치되어 있다.
또한, 도금층 형성부(14)에서 제 1 도금층(23a)이 형성된 후, 이 제 1 도금층(23a)이 도금층 소성부(15)에서 구워진다. 또한 도금층 형성부(14)에서, 구워진 제 1 도금층(23a) 상에 제 2 도금층(23b)이 적층되어 형성되고, 이 제 2 도금층(23b)은 도금층 소성부(15)에서 구워진다.
이와 같이 하여, 기판(2)의 촉매 흡착층(22) 상에 제 1 도금층(23a)과 제 2 도금층(23b)으로 이루어지는 도금층 적층체(23)가 형성된다.
이러한 구성으로 이루어지는 도금층 적층체(23)의 제 1 도금층(23a) 및 제 2 도금층(23b)은, 모두 Cu 확산 방지막(배리어막)으로서 기능한다.
또한 상술한 도금 처리 시스템의 각 구성 부재, 예를 들면 카세트 스테이션(18), 기판 반송 암(11), 진공 증착 처리층 형성부(27), 밀착층 형성부(12), 촉매 흡착층 형성부(13), 도금층 형성부(14), 도금층 소성부(15), 무전해 Cu 도금층 형성부(16) 및 전해 Cu 도금층 형성부(17)는, 모두 제어부(19)에 설치한 기억 매체(19A)에 기록된 각종의 프로그램에 따라 제어부(19)로 구동 제어되고, 이에 의해 기판(2)에 대한 다양한 처리가 행해진다. 여기서, 기억 매체(19A)는, 각종의 설정 데이터 또는 후술하는 도금 처리 프로그램 등의 각종의 프로그램을 저장하고 있다. 기억 매체(19A)로서는, 컴퓨터로 판독 가능한 ROM 또는 RAM 등의 메모리, 또는 하드 디스크, CD-ROM, DVD-ROM 또는 플렉시블 디스크 등의 디스크 형상 기억 매체 등의 공지의 것이 사용될 수 있다.
이어서 진공 증착 처리층 형성부(27), Cu 확산 방지막(배리어막)으로서 기능하는 제 1 도금층(23a) 및 제 2 도금층(23b)을 형성하기 위한 도금층 형성부(14), 도금층 소성부(15) 및 무전해 Cu 도금층 형성부(16)에 대하여 더 기술한다.
(진공 증착 처리층 형성부(27))
이 중 진공 증착 처리층 형성부(27)는 도 8에 도시한 바와 같이, 밀폐된 밀폐 케이싱(27a)과, 밀폐 케이싱(27a) 내부에 설치되고 기판(2)을 보지(保持)하는 기판 홀더(27d)와, 기판 홀더(27d)에 보지된 기판(2) 표면에 대하여 증착되는 금속이 쌓여 있는 증발원(27A)을 구비하고 있다. 또한, 밀폐 케이싱(27a)에는 밀폐 케이싱(27a) 내를 진공 배기하는 진공 배기구(27b)가 형성되고, 진공 배기구(27b)에는 도시하지 않은 진공 펌프가 접속되고, 이 때문에 밀폐 케이싱(27a)은 진공실로서 기능한다.
또한 밀폐 케이싱(27a) 내에는, 기판 홀더(27d)에 보지된 기판(2)과, 증발원(27A)과의 사이에 배치된 셔터(27c)가 설치되고, 또한 기판 홀더(27d) 상방에는 기판 홀더(27d)를 덮어 히터(27e)가 설치되어 있다.
도 8에 도시한 진공 증착 처리층 형성부(27)에서, 기판(2)에 대하여 PVD 처리가 실시되고, 기판(2) 상에 PVD 처리에 의해 진공 증착 처리층(2A)이 형성된다.
이 경우, PVD 처리에 의해 기판(2) 상에 형성되는 진공 증착 처리층(2A)으로서는, Pd 또는 Ru가 증착되어 형성된 진공 증착 처리층, PdN 또는 RuN가 증착되어 형성된 진공 증착 처리층, Ti 또는 Ta가 증착되어 형성된 진공 증착 처리층, TiN 또는 TaN가 증착되어 형성된 진공 증착 처리층, Ru가 증착되어 형성된 진공 증착 처리층이 고려된다.
그 외에, 진공 증착 처리층(2A)으로서는, Pd와 PdN의 적층체, Ru와 RuN의 적층체, Ti와 TiN의 적층체, Ta와 TaN의 적층체와 같은 처리층이 고려된다.
또한 진공 증착 처리층 형성부(27)로서, PVD 처리 대신에 CVD 처리에 의해 기판(2) 상에 진공 증착 처리층(2A)을 형성하는 CVD 처리 장치를 이용할 수도 있다.
CVD 처리 장치를 이용하여 기판(2) 상에 형성되는 진공 증착 처리층(2A)으로서는, Ru가 증착되어 형성된 처리층이 고려된다.
또한 진공 증착 처리층(2A)으로서는, 상기와 같은 금속에 한정되지 않고 진공 증착 처리층(2A) 상의 각 층과의 밀착성을 가지고, 또한 무전해의 반응이 가능한 금속이면 된다.
이와 같이 진공 증착 처리층 형성부(27)에서, 기판(2) 상에 진공 증착 처리층(2A)을 형성함으로써, 진공 증착 처리층(2A)이 하지층으로서 기능하고, 기판(2) 표면을 평활화할 수 있다. 이 때문에 후술하는 진공 증착 처리층(2A) 상의 각 층, 예를 들면 밀착층(21)과 기판(2)의 밀착성을 높일 수 있다.
(도금층 형성부(14) 및 무전해 Cu 도금층 형성부(16))
이어서 도금층 형성부(14) 및 무전해 Cu 도금층 형성부(16)에 대하여 기술한다.
도금층 형성부(14) 및 무전해 Cu 도금층 형성부(16)는, 모두 도 5 및 도 6에 도시한 도금 처리 장치(14, 16)로 구성할 수 있다.
이러한 도금 처리 장치(14 및 16)는 도 5 및 도 6에 도시한 것과 같다.
즉, 도금 처리 장치(14, 16)는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 케이싱(101)의 내부에서 기판(2)을 회전 보지하기 위한 기판 회전 보지 기구(기판 수용부)(110)와, 기판(2)의 표면에 도금액 또는 세정액 등을 공급하는 액 공급 기구(30, 90)와, 기판(2)으로부터 비산한 도금액 또는 세정액 등을 받는 컵(105)과, 컵(105)으로 받은 도금액 또는 세정액을 배출하는 배출구(124, 129, 134)와, 배출구에 모인 액을 배출하는 액 배출 기구(120, 125, 130)와, 기판 회전 보지 기구(110), 액 공급 기구(30, 90), 컵(105) 및 액 배출 기구(120, 125, 130)를 제어하는 제어 기구(160)를 구비하고 있다.
(기판 회전 보지 기구)
이 중 기판 회전 보지 기구(110)는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 케이싱(101) 내에서 상하로 연장되는 중공 원통 형상의 회전축(111)과, 회전축(111)의 상단부에 장착된 턴테이블(112)과, 턴테이블(112)의 상면 외주부에 설치되고, 기판(2)을 지지하는 웨이퍼 척(113)과, 회전축(111)을 회전 구동하는 회전 기구(162)를 가지고 있다. 이 중 회전 기구(162)는 제어 기구(160)에 의해 제어되고, 회전 기구(162)에 의해 회전축(111)이 회전 구동되고, 이에 의해, 웨이퍼 척(113)에 의해 지지되어 있는 기판(2)이 회전된다.
(액 공급 기구)
이어서, 기판(2)의 표면에 도금액 또는 세정액 등을 공급하는 액 공급 기구(30, 90)에 대하여, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 액 공급 기구(30, 90)는 기판(2)의 표면에 대하여 도금 처리를 실시하는 도금액을 공급하는 도금액 공급 기구(30)와, 기판(2)의 표면에 세정 처리액을 공급하는 세정 처리액 공급 기구(90)를 포함하고 있다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 토출 노즐(32)은 노즐 헤드(104)에 장착되어 있다. 또한 노즐 헤드(104)는, 암(103)의 선단부에 장착되어 있고, 이 암(103)은 상하 방향으로 연장 가능하게 되어 있고, 또한 회전 기구(165)에 의해 회전 구동되는 지지축(102)에 고정되어 있다. 도금액 공급 기구(30)의 도금액 공급관은 암(103)의 내측에 배치되어 있다. 이러한 구성에 의해, 도금액을, 토출 노즐(32)을 거쳐 기판(2)의 표면의 임의의 개소에 원하는 높이로부터 토출하는 것이 가능하게 되어 있다.
(세정 처리액 공급 기구(90))
세정 처리액 공급 기구(90)는, 후술하는 바와 같이 기판(2)의 세정 공정에서 이용되는 것이며, 도 5에 도시한 바와 같이, 노즐 헤드(104)에 장착된 노즐(92)을 포함하고 있다. 이 경우, 노즐(92)로부터, 세정 처리액 또는 린스 처리액 중 어느 하나가 선택적으로 기판(2)의 표면에 토출된다.
(액 배출 기구)
이어서, 기판(2)으로부터 비산한 도금액 또는 세정액 등을 배출하는 액 배출 기구(120, 125, 130)에 대하여, 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 케이싱(101) 내에는, 승강 기구(164)에 의해 상하 방향으로 구동되고, 배출구(124, 129, 134)를 가지는 컵(105)이 배치되어 있다. 액 배출 기구(120, 125, 130)는 각각 배출구(124, 129, 134)에 모이는 액을 배출하는 것으로 되어 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 도금액 배출 기구(120, 125)는, 유로 전환기(121), (126)에 의해 전환되는 회수 유로(122, 127) 및 폐기 유로(123, 128)를 각각 가지고 있다. 이 중 회수 유로(122, 127)는, 도금액을 회수하여 재이용하기 위한 유로이며, 한편, 폐기 유로(123, 128)는 도금액을 폐기하기 위한 유로이다. 또한 도 5에 도시한 바와 같이, 처리액 배출 기구(130)에는 폐기 유로(133)만이 설치되어 있다.
또한 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 기판 수용부(110)의 출구측에는, 도금액을 배출하는 도금액 배출 기구(120)의 회수 유로(122)가 접속되고, 이 회수 유로(122) 중 기판 수용부(110)의 출구측 근방에, 도금액을 냉각하는 냉각 버퍼(120A)가 설치되어 있다.
(도금층 소성부(15))
이어서, 도금층 소성부(15)에 대하여 기술한다.
도금층 소성부(15)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 밀폐된 밀폐 케이싱(15a)과, 밀폐 케이싱(15a) 내부에 배치된 핫 플레이트(15a)를 구비하고 있다.
도금층 소성부(15)의 밀폐 케이싱(15a)에는 기판(2)을 반송하기 위한 반송구(도시하지 않음)가 형성되고, 또한 밀폐 케이싱(15a) 내에는 N2 가스 공급구(15c)로부터 N2 가스가 공급된다.
동시에 밀폐 케이싱(15a) 내는 배기구(15b)에 의해 배기되고, 밀폐 케이싱(15a) 내를 N2 가스로 충만시킴으로써, 밀폐 케이싱(15a) 내를 불활성 분위기로 유지할 수 있다.
이어서 이러한 구성으로 이루어지는 본 실시예의 작용에 대하여, 도 2 및 도 3a ~ 도 3g에 의해 설명한다.
우선 전공정에서, 반도체 웨이퍼 등으로 이루어지는 기판(실리콘 기판)(2)에 대하여 오목부(2a)가 형성되고, 오목부(2a)가 형성된 기판(2)이 본 발명에 따른 도금 처리 시스템(10) 내로 반송된다.
여기서 기판(2)에 오목부(2a)를 형성하는 방법으로서는, 종래 공지의 방법으로부터 적절히 채용할 수 있다. 구체적으로, 예를 들면 드라이 에칭 기술로서, 불소계 또는 염소계 가스 등을 이용한 범용적 기술을 적용할 수 있는데, 특히 애스펙트비(홀의 깊이 / 홀의 직경)가 큰 홀을 형성하기 위해서는, 고속의 심굴(深掘) 에칭이 가능한 ICP-RIE(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching : 유도 결합 플라즈마 - 반응성 이온 에칭)의 기술이 채용된 방법을 보다 적합하게 채용할 수 있고, 특히 육불화 유황(SF6)을 이용한 에칭 단계와 C4F8 등의 테플론계 가스를 이용한 보호 단계를 반복하면서 행하는 보슈 프로세스라 칭해지는 방법을 적합하게 채용할 수 있다.
이어서, 도금 처리 시스템(10)의 진공 증착 처리층 형성부(27)에서, 오목부(2a)를 가지는 기판(2) 상에 진공 증착 처리층(2A)이 형성된다(도 2 및 도 3a).
상술한 바와 같이, 진공 증착 처리층 형성부(27)에서는, 기판(2)에 대하여 PVD 처리가 실시되고, 이 PVD 처리에 의해 기판(2) 상에 진공 증착 처리층(2A)이 형성된다.
그러나 기판(2)에 대하여 CVD 처리를 실시함으로써, 기판(2) 상에 진공 증착 처리층(2A)을 형성해도 된다.
이와 같이 기판(2) 상에 진공 증착 처리층(2A)을 형성함으로써, 진공 증착 처리층(2A)이 하지층으로서 기능하고, 기판(2) 표면을 평활화시켜, 이 후 기판(2) 상에 형성되는 각 층과 기판(2)과의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
이어서, 기판(2)은 기판 반송 암(11)에 의해 밀착층 형성부(12)로 보내진다.
이 후, 밀착층 형성부(12) 내에서, 오목부(2a)를 가지는 기판(2)의 진공 증착 처리층(2A) 상에 밀착층(21)이 형성된다(도 2 및 도 3b).
밀착층 형성부(12)는 가열부를 가지는 진공실(도시하지 않음)을 가지고, 이 밀착층 형성부(12) 내에서, 오목부(2a)를 가지는 기판(2)의 진공 증착 처리층(2A) 상에 실란 커플링제 등의 커플링제가 흡착되고, 이와 같이 하여 기판(2) 상에 밀착층(21)이 형성된다(SAM 처리). 실란 커플링제를 흡착시켜 형성된 밀착층(21)은, 후술하는 촉매 흡착층(22)과 기판(2)의 밀착성을 향상시키는 것이다.
밀착층 형성부(12)에서 밀착층(21)이 형성된 기판(2)은, 기판 반송 암(11)에 의해 촉매 흡착층 형성부(13)로 보내진다. 그리고 이 촉매 흡착층 형성부(13)에서, 기판(2)의 밀착층(21) 상에, 예를 들면 촉매가 되는 Pd 이온이 흡착되어 촉매 흡착층(22)이 형성된다(도 3c).
촉매 흡착 처리로서는, 예를 들면 기판(2)에 대하여 염화 팔라듐 수용액을 노즐에 의해 분사하여, 촉매가 되는 Pd 이온을 기판(2)의 표면에 흡착시키는 처리를 채용할 수 있다. 구체적으로, 기판(2)에 대하여 염화 주석 용액을 분사하여, 주석 이온을 기판(2) 표면에 흡착하고, 이어서 기판(2)에 염화 팔라듐 수용액을 분사하여 주석 이온을 Pd 이온과 치환하여 Pd 이온을 흡착시키고, 또한 기판(2)에 수산화 나트륨을 분사하여 여분의 주석 이온을 제거한다.
이와 같이, 촉매 흡착층 형성부(13)에서 기판(2) 상에 촉매 흡착층(22)을 형성한 후, 기판(2)은 기판 반송 암(11)에 의해 도금층 형성부(14)로 보내진다.
이어서 도금층 형성부(14)에서, 기판(2)의 촉매 흡착층(22) 상에, Cu 확산 방지막(배리어막)으로서 기능하는 제 1 도금층(23a)이 형성된다(도 3d의 23 및 도 4).
이 경우, 도금층 형성부(14)는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같은 도금 처리 장치로 이루어지고, 기판(2)의 촉매 흡착층(22) 상에 무전해 도금 처리를 실시함으로써 제 1 도금층(23a)을 형성할 수 있다.
도금층 형성부(14)에서 제 1 도금층(23a)을 형성할 경우, 도금액으로서는, 예를 들면 Co-W-B를 포함하는 도금액을 이용할 수 있고, 도금액의 온도는 40 ~ 70℃로 유지되어 있다.
Co-W-B를 포함하는 도금액을 기판(2) 상에 공급함으로써, 기판(2)의 촉매 흡착층(22) 상에 무전해 도금 처리에 의해, Co-W-B를 포함하는 제 1 도금층(23a)이 형성된다.
이어서, 촉매 흡착층(22) 상에 제 1 도금층(23a)이 형성된 기판(2)은, 기판 반송 암(11)에 의해, 도금층 형성부(14)로부터 도금층 소성부(15)의 밀폐 케이싱(15a) 내로 보내진다. 그리고, 이 도금층 소성부(15)의 밀폐 케이싱(15a) 내에서, 기판(2)은 N2 가스가 충전된 불활성 분위기 중에서 핫 플레이트(15a) 상에서 가열된다. 이와 같이 하여 기판(2)의 제 1 도금층(23a)이 구워진다(Bake 처리).
도금층 소성부(15)에서, 제 1 도금층(23a)을 구울 시의 소성 온도는 150 ~ 200℃, 소성 시간은 10 ~ 30 분으로 되어 있다.
이와 같이 기판(2) 상의 제 1 도금층(23a)을 구움으로써, 제 1 도금층(23a) 내의 수분을 외방으로 방출할 수 있고, 동시에 제 1 도금층(23a) 내의 금속 간 결합을 높일 수 있다.
이어서 도금층 소성부(15)에서 가열된 기판(2)은, 기판 반송 암(11)에 의해 다시 도금층 형성부(14)로 보내진다. 이 후 도금층 형성부(14)에서, 기판(2)에 대하여 무전해 도금 처리가 실시되고, 제 1 도금층(23a) 상에 자기 촉매 도금 작용에 의해 제 2 도금층(23b)이 형성된다.
기판(2)의 제 1 도금층(23a) 상에 제 2 도금층(23b)을 형성할 경우, 제 1 도금층(23a)을 형성할 경우와 마찬가지로, 도금액으로서 Co-W-B를 포함하는 도금액을 이용할 수 있고, 도금액의 온도도 제 1 도금층(23a)을 형성할 경우와 마찬가지로, 40 ~ 70℃로 유지되어 있다.
또한, 도금층 형성부(14)에서 제 2 도금층(23b)을 형성할 시, 제 1 도금층(23a)을 형성할 경우와 달리, Co-W-B를 포함하는 도금액 대신에, 도금액으로서 Co-W-P를 포함하는 도금액을 이용하고, 도금 온도를 40 ~ 80℃로 설정할 수도 있다.
어떤 경우라도, 제 2 도금층(23b)을 형성할 경우, 제 1 도금층(23a)과 동일한 금속(Co-W)을 포함하는 도금액이 이용되고, 이와 같이 하여 형성된 제 2 도금층(23b)도 Cu 확산 방지막(배리어막)으로서 기능한다.
이어서, 도금층 형성부(14)에서 제 2 도금층(23b)이 형성된 기판(2)은, 기판 반송 암(11)에 의해 도금층 형성부(14)로부터 도금층 소성부(15)로 다시 보내진다. 그리고 도금층 소성부(15)의 밀폐 케이싱(15a) 내에서, 기판(2)은 핫 플레이트(15a)에 의해 가열되고, 제 2 도금층(23b)의 소성이 행해진다.
제 2 도금층(23b)을 구울 경우의 소성 온도 및 소성 시간은, 제 1 도금층(23a)의 구울 경우의 소성 온도 및 소성 시간과 대략 동일하게 되어 있다. 그러나, 제 2 도금층(23b)에 대한 소성 온도 및 소성 시간을 제 1 도금층(23a)에 대한 소성 온도 및 소성 시간과 상이하도록 설정해도 된다.
기판(2) 상의 제 2 도금층(23b)을 구움으로써, 제 2 도금층(23b) 내의 수분을 외방으로 방출할 수 있고, 동시에 제 2 도금층(23b) 내의 금속 간 결합을 높일 수 있다.
이와 같이 하여, 기판(2) 상에 제 1 도금층(23a)과 제 2 도금층(23b)으로 이루어지고, Cu 확산 방지막(배리어막)으로서 기능하는 도금층 적층체(23)를 형성할 수 있다.
일반적으로 도금층(23a, 23b)을 구움으로써, 도금층(23a, 23b) 간의 금속 간 결합을 높일 수 있지만, 구워진 도금층의 층 두께가 큰 경우, 하지층과 도금층 간에 도금층의 형상 변화에 수반하는 응력이 발생한다.
본 실시예에 따르면, 배리어막으로서 기능하는 도금층 적층체(23)는, 제 1 회째의 도금층의 형성 공정 및 도금층의 소성 공정에 의해 얻어진 제 1 도금층(23a)과, 제 2 회째의 도금층의 형성 공정 및 도금층의 소성 공정에 의해 얻어진 제 2 도금층(23b)으로 이루어지기 때문에, 제 1 회째 혹은 제 2 회째의 소성 공정에서 구워지는 도금층의 두께를 도금층 적층체(23) 전체에 비해 작게 할 수 있다.
이 때문에 각각의 도금층(23a, 23b)의 소성 시에 하지층(예를 들면 촉매 흡착층(22)) 간에 발생하는 응력을 작게 하여, 도금층(23a, 23b)과 하지층 간의 밀착성을 높일 수 있다.
또한, 도금층 적층체(23)는 제 1 도금층(23a)과 제 2 도금층(23b)을 가지는 경우에 한정되지 않고, 제 1 도금층(23a) 및 제 2 도금층(23b)에 더하여 더 추가의 제 3 도금층 및 제 4 도금층을 가지고 있어도 된다.
이와 같이 하여 배리어막으로서 기능하는 도금층 적층체(23)가 형성된 기판(2)은, 이 후 기판 반송 암(11)에 의해 무전해 Cu 도금층 형성부(16)로 보내진다.
이어서 무전해 Cu 도금층 형성부(16)에서, 기판(2)의 도금층 적층체(23) 상에, 전해 Cu 도금층(25)을 형성하기 위한 시드막으로서 기능하는 무전해 Cu 도금층(24)이 형성된다(도 3e).
이 경우, 무전해 Cu 도금층 형성부(16)는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같은 도금 처리 장치로 이루어지고, 기판(2)의 도금층 적층체(23) 상에 무전해 도금 처리를 실시함으로써, 무전해 Cu 도금층(24)을 형성할 수 있다.
무전해 Cu 도금층 형성부(16)에서 형성된 무전해 Cu 도금층(24)은, 전해 Cu 도금층(25)을 형성하기 위한 시드막으로서 기능하는 것이며, 무전해 Cu 도금층 형성부(16)에서 이용되는 도금액에는, 구리 이온원이 되는 구리염, 예를 들면 황산 구리, 초산 구리, 염화 구리, 취화 구리, 산화 구리, 수산화 구리, 피롤린산 구리 등이 포함되어 있다. 또한 도금액에는, 구리 이온의 착화제 및 환원제가 더 포함되어 있다. 또한 도금액에는, 도금 반응의 안정성 또는 속도를 향상시키기 위한 다양한 첨가제가 포함되어 있어도 된다.
이와 같이 하여 무전해 Cu 도금층(24)이 형성된 기판(2)은, 기판 반송 암(11)에 의해, 전해 Cu 도금층 형성부(17)로 보내진다. 또한, 무전해 Cu 도금층(24)이 형성된 기판(2)을 소성부(15)로 보내 구운 후, 전해 Cu 도금층 형성부(17)로 보내도 된다. 이어서 전해 Cu 도금층 형성부(17)에서, 기판(2)에 대하여 전해 Cu 도금 처리가 실시되고, 기판(2)의 오목부(2a) 내에 무전해 Cu 도금층(24)을 시드막으로서 전해 Cu 도금층(25)이 충전된다(도 3f).
이 후 기판(2)은, 도금 처리 시스템(10)으로부터 외방으로 배출되고, 기판(2)의 이면측(오목부(2a)와 반대측)이 화학 기계 연마된다(도 3g).
이상과 같이 본 실시예에 따르면, 기판(2) 상에 진공 증착 처리층(2A)을 형성함으로써, 진공 증착 처리층(2A)이 하지층으로서 기능하고, 기판(2) 표면을 평활화시킬 수 있다. 이 때문에, 진공 증착 처리층(2A) 상에 형성된 밀착층(21)과 기판(2)의 밀착성을 향상시키고, 이에 의해 기판(2) 상에 배리어막으로서 기능하는 도금층 적층체(23) 혹은 시드막으로서 기능하는 무전해 Cu 도금층(24)과, 기판(2)과의 밀착성을 높일 수 있다. 이에 의해, 배리어막으로서 기능하는 도금층 적층체(23) 혹은 시드막으로서 기능하는 무전해 Cu 도금층(24)이 기판(2)으로부터 박리되지 않는다.
그런데, 상술한 바와 같이 기판(2)은 오목부(2a)를 가지고 있다. 진공 증착 처리층 형성부(27)에서 진공 증착 처리를 실시했을 경우, 도 10a에 도시한 바와 같이, 진공 증착 처리층(2A)이 오목부(2a) 내면 전역에 형성되는 경우도 있지만, 진공 증착 처리층(2A)이 오목부(2a) 내면 전역까지 이르지 않고, 진공 증착 처리층(2A)이 오목부(2a) 외측의 기판(2) 외면 및 오목부(2a) 내면의 상부에만 형성되는 경우가 있다(도 10b 참조). 혹은, 진공 증착 처리층(2A)이 오목부(2a) 외측의 기판(2) 외면에만 형성되는 경우도 있다(도시하지 않음).
기판(2)의 반송 중, 기판(2)에 대하여 외력이 가해지는 경우가 있고, 이러한 외력은 기판(2)의 외측 표면에 가해지게 된다. 도 10b에서, 적어도 기판(2) 중 오목부(2a) 외측의 기판(2) 외면에, 하지층으로서의 진공 증착 처리층(2A)이 형성되어 있다. 이 때문에, 기판(2)의 외측의 외면에 외력이 가해졌다 하더라도, 진공 증착 처리층(2A)이, 밀착층(21), 도금층 적층체(23) 및 무전해 Cu 도금층(24)과, 기판(2)과의 밀착성을 향상시켜, 이들 밀착층(21), 도금층 적층체(23) 및 무전해 Cu 도금층(24)이 기판(2)으로부터 탈락하거나 박리되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 실시예에 따르면, 배리어막으로서 기능하는 도금층 적층체(23)를, 제 1 회째의 도금층의 형성 공정 및 도금층의 소성 공정에 의해 얻어지고 제 1 도금층(23a)과, 제 2 회째의 도금층의 형성 공정 및 도금층의 소성 공정에 의해 얻어진 제 2 도금층(23b)으로 구성했다. 이 때문에 각각의 도금층(23a, 23b)의 소성 시에 발생하는 하지층과의 응력을 작게 억제하여, 하지층의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
변형예
이어서 본 발명의 변형예에 대하여 기술한다. 상기 실시예에서, Cu 확산 방지막(배리어막)으로서 기능하는 도금층 적층체(23)가 제 1 도금층(23a)과 제 2 도금층(23b)을 가지는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 시드막으로서 기능하는 무전해 Cu 도금층(24)을 제 1 도금층(24a)과 제 2 도금층(24b)을 가지는 도금층 적층체(24)로 구성해도 된다(도 8).
이 경우, 무전해 Cu 도금층(24)의 제 1 도금층(24a)은, 무전해 Cu 도금 형성부(16)에서 제 1 회째의 도금층의 형성 공정에 의해 형성된 후, 도금층 소성부(15)에서 제 1 회째의 도금층의 소성 공정에 의해 구워진다. 또한, 제 2 도금층(24b)은 무전해 Cu 도금 형성부(16)에서 제 2 회째의 도금층의 형성 공정에 의해 형성된 후, 도금층 소성부(15)에서 제 2 회째의 도금층의 소성 공정에 의해 구워진다. 이와 같이 하여 제 1 도금층(24a)과 제 2 도금층(24b)을 가지고, 전해 Cu 도금층(25)의 시드막으로서 기능하는 도금층 적층체(24)가 얻어진다.
또한, 기판(2) 상에 형성된 진공 증착 처리층(2A) 상에 밀착층(21)과 촉매 흡착층(22)을 형성하고, 이 촉매 흡착층(22) 상에 배리어막으로서 기능하는 도금층 적층체(23)를 형성한 예를 나타냈지만, 기판(2) 상의 진공 증착 처리층(2A) 상에 밀착층(21)과 촉매 흡착층(22)을 형성하지 않고, 배리어막으로서 기능하는 도금층 적층체(23)를 형성해도 된다.
또한, 시드막으로서 기능하는 무전해 Cu 도금층(24)의 하방에, 배리어막으로서 기능하는 제 1 도금층(23a)과 제 2 도금층(23b)을 가지는 도금층 적층체(23)를 형성한 예를 나타냈지만, 이 도금층 적층체(23) 대신에 배리어막으로서 기능하는 단일층으로 이루어지는 도금층(23)을 형성해도 된다.
또한, 시드막으로서 기능하는 무전해 Cu 도금층(24)의 하방에, 반드시 배리어막으로서 기능하는 도금층 적층체(23)를 형성할 필요는 없다.
즉, 도 11에 도시한 바와 같이, 오목부(2a)를 가지는 기판(2) 상에 진공 증착 처리층(2A)을 형성하고, 또한 진공 증착 처리층(2A) 상에 밀착층(21) 및 촉매 흡착층(22)을 형성하고, 촉매 흡착층(22) 상에 배리어막을 형성하지 않고, 촉매 도금 작용에 의해 시드막으로서의 무전해 Cu 도금층(24)을 형성해도 된다.
여기서 도 11은 도 3f에 대응하는 도이며, 도 11에 도시한 바와 같이, 기판(2)의 오목부(2a) 내에 무전해 Cu 도금층(24)을 시드막으로서 전해 Cu 도금층(25)이 충전되어 있다.
2 : 기판
2A : 진공 증착 처리층
2a : 오목부
10 : 도금 처리 시스템
11 : 기판 반송 암
12 : 밀착층 형성부
13 : 촉매 흡착층 형성부
14 : 도금층 형성부
15 : 도금층 소성부
15A : 핫 플레이트
15a : 밀폐 케이싱
15b : 배기구
15c : N2 가스 공급구
16 : 무전해 Cu 도금층 형성부
17 : 전해 Cu 도금층 형성부
18 : 카세트 스테이션
19 : 제어부
19A : 기억 매체
21 : 밀착층
22 : 촉매 흡착층
23 : 도금층 적층체
23a : 제 1 도금층
23b : 제 2 도금층
24 : 무전해 Cu 도금층
25 : 전해 Cu 도금층
27 : 진공 증착 처리층 형성부

Claims (12)

  1. 기판에 형성된 오목부에 대하여 도금 처리를 실시하는 도금 처리 방법에 있어서,
    상기 오목부가 형성된 기판을 준비하는 공정과,
    기판에 대하여 진공 증착 처리를 실시하여, 기판의 상기 오목부의 외측의 기판 외면 및 상기 오목부의 내면의 상부에만, 또는 상기 오목부의 외측의 기판 외면에만 금속의 진공 증착 처리층을 형성하는 공정과,
    상기 진공 증착 처리층 상 및 상기 오목부의 상기 내면에 커플링제를 흡착시켜 밀착층을 형성하는 공정과,
    상기 밀착층 상에 촉매를 흡착시켜 촉매 흡착층을 형성하는 공정과,
    기판에 대하여 도금액을 이용하여 무전해 도금 처리를 실시하여, 상기 촉매 흡착층 상에 특정 기능을 가지는 무전해 도금층을 형성하는 공정을 구비하며,
    상기 무전해 도금층은 상기 촉매 흡착층의 표면에만 형성되며,
    상기 특정 기능은 확산 방지막의 기능 및 시드막의 기능 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    도금층은, Cu 확산 방지막으로서의 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 도금 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    도금층은, 전해 Cu 도금층 형성용의 시드막으로서의 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 도금 처리 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    진공 증착 처리층은 PVD 처리층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도금 처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    진공 증착 처리층은 CVD 처리층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도금 처리 방법.
  8. 삭제
  9. 기판에 형성된 오목부에 대하여 도금 처리를 실시하는 도금 처리 시스템에 있어서,
    상기 오목부가 형성된 기판에 대하여 진공 증착 처리를 실시하여, 기판의 상기 오목부의 외측의 기판 외면 및 상기 오목부의 내면의 상부에만, 또는 상기 오목부의 외측의 기판 외면에만 금속의 진공 증착 처리층을 형성하는 진공 증착 처리층 형성부와,
    상기 진공 증착 처리층 상 및 상기 오목부의 상기 내면에 커플링제를 흡착시켜 밀착층을 형성하는 밀착층 형성부와,
    상기 밀착층 상에 촉매를 흡착시켜 촉매 흡착층을 형성하는 촉매 흡착층 형성부와,
    기판 상에 도금액을 이용하여 무전해 도금 처리를 실시하여, 상기 촉매 흡착층 상에 특정 기능을 가지는 무전해 도금층을 형성하는 도금층 형성부와,
    진공 증착 처리층 형성부와, 도금층 형성부와의 사이에서 기판을 반송하는 기판 반송부와,
    진공 증착 처리층 형성부, 도금층 형성부 및 기판 반송부를 제어하는 제어부를 구비하며,
    상기 도금층 형성부는, 상기 무전해 도금층을 상기 촉매 흡착층의 표면에만 형성하며,
    상기 특정 기능은 확산 방지막의 기능 및 시드막의 기능 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 처리 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 도금 처리 시스템에 도금 처리 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체에 있어서,
    도금 처리 방법은, 기판에 형성된 오목부에 대하여 도금 처리를 실시하는 것으로서,
    상기 오목부가 형성된 기판을 준비하는 공정과,
    기판에 대하여 진공 증착 처리를 실시하여, 기판의 상기 오목부의 외측의 기판 외면 및 상기 오목부의 내면의 상부에만, 또는 상기 오목부의 외측의 기판 외면에만 금속의 진공 증착 처리층을 형성하는 공정과,
    상기 진공 증착 처리층 상 및 상기 오목부의 상기 내면에 커플링제를 흡착시켜 밀착층을 형성하는 공정과,
    상기 밀착층 상에 촉매를 흡착시켜 촉매 흡착층을 형성하는 공정과,
    기판에 대하여 도금액을 이용하여 무전해 도금 처리를 실시하여, 상기 촉매 흡착층 상에 특정 기능을 가지는 무전해 도금층을 형성하는 공정을 구비하며,
    상기 무전해 도금층은 상기 촉매 흡착층의 표면에만 형성되며,
    상기 특정 기능은 확산 방지막의 기능 및 시드막의 기능 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기억 매체.
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