KR102052131B1 - 도금 처리 장치, 도금 처리 방법 및 기억 매체 - Google Patents

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Abstract

오목부의 내면에 형성되는 도금층의 두께의 균일성을 향상시킬 수 있는 도금 처리 방법을 제공한다. 도금 처리 방법은, 오목부가 형성된 기판을 케이싱의 내부에 준비하는 공정과, 도금액을 기판에 대하여 공급하고, 특정 기능을 가지는 도금층을 오목부의 내면에 형성하는 도금 공정을 구비하고 있다. 도금 공정은, 도금액을 기판에 대하여 공급하고, 기판의 오목부 내로 도금액을 공급하여 충전한 후에, 상기 도금액보다 높은 온도의 도금액을 기판에 대하여 이용한다.

Description

도금 처리 장치, 도금 처리 방법 및 기억 매체{PLATING DEVICE, PLATING METHOD, AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은 기판에 형성된 오목부에 대하여 도금 처리를 행하는 도금 처리 방법, 도금 처리 장치 및 기억 매체에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치를 형성하기 위한 반도체 웨이퍼 또는 액정 기판 등의 기판에는, 회로를 형성하기 위한 배선이 형성되어 있다. 배선의 형성 방법으로서는, 구리 등의 배선 재료를 매립하기 위한 비아 또는 트렌치 등의 오목부를 기판에 형성하고, 그들 오목부 내에 배선 재료를 매립하는 다마신법 등이 이용되고 있다.
또한 최근, 3 차원 실장(實裝) 기술을 이용하여 복수의 LSI를 기판 상에 실장함으로써, 부품 또는 시스템 전체로서의 실장 면적을 줄이는 시도가 이루어지고 있다. 3 차원 실장 기술에서는, 예를 들면 기판(예를 들면, 실리콘 기판)에, 각 LSI 간을 접속하는 배선 재료가 매립되는 오목부, 예를 들면 실리콘 관통 전극(TSV)이 형성된다.
기판의 오목부의 내면과, 오목부에 형성되는 배선과의 사이에는 일반적으로, 배선 재료를 구성하는 원자가 오목부의 내면의 절연막(산화막, PI '폴리이미드' 등) 및 그 이면측의 기판 내로 확산되는 것을 방지하는 것, 또는 밀착성을 향상시키는 것을 목적으로 하여 배리어막이 형성되어 있다. 또한 배리어막과 배선과의 사이에는 일반적으로, 배선 재료의 매립을 용이하게 하기 위한 시드막이 형성되어 있다.
예를 들면 특허 문헌 1에서, 루테늄을 포함하는 배리어막을 스퍼터링에 의해 오목부의 내면에 형성하고, 이어서 루테늄 및 구리를 포함하는 시드막을 스퍼터링에 의해 배리어막 상에 형성하고, 이 후, 구리를 도금 처리에 의해 오목부 내에 매립하는 방법이 제안되고 있다.
일본특허공개공보 2010-177538호
최근, TSV를 채용한 작성 기술의 개발이 행해지고 있다. 이 작성 기술에서는, TSV의 오목부의 높이 또는 깊이가, 종래의 전공정 프로세스의 경우의 수 십 ~ 수 백 나노미터 사이즈가 아닌, 수 미크론 ~ 수 백 미크론 사이즈가 된다. 이 때문에, 종래의 디바이스 작성 기술을 전용할 수 있는 경우도 있지만, 상이한 방법이 필요한 경우도 있다.
예를 들면, 배리어막 또는 시드막을 형성하기 위하여 일반적으로 이용되고 있는 스퍼터링법은 큰 지향성을 가지는 방법이다. 이 때문에, 오목부의 높이 또는 깊이가 큰 경우에는, 오목부의 하부에까지 충분히 배리어막 또는 시드막을 형성하는 것이 곤란하다.
이러한 과제를 해결하기 위하여, 전해 도금 처리 또는 무전해 도금 처리 등의 도금법을 이용하는 것이 고려된다. 그런데, 오목부의 직경이 작고, 오목부의 높이 또는 깊이가 큰 경우, 오목부 내에서의 도금액의 유동성은 낮다. 이것은, 오목부 내에서의 도금액의 농도 분포가 오목부의 상부와 하부에서 불균일해지는 것을 유도한다. 오목부 내에서의 도금액의 농도 분포가 불균일할 경우, 오목부의 내면에 형성되는, 배리어막 또는 시드막 등의 도금층의 두께 또는 밀도 분포가 불균일해지는 것이 상정된다.
본 발명은, 이러한 점을 고려하여 이루어진 것으로, 오목부의 내면에 형성되는 도금층의 두께의 균일성을 향상시킬 수 있는 도금 처리 방법, 도금 처리 장치 및 기억 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 관점에 따르면, 기판에 형성된 오목부에 대하여 도금 처리를 행하는 도금 처리 방법에 있어서, 상기 오목부가 형성된 기판을 케이싱의 내부에 준비하는 공정과, 도금액을 기판에 대하여 공급하고, 특정 기능을 가지는 도금층을 상기 오목부의 내면에 형성하는 도금 공정을 구비하고, 상기 도금 공정은, 도금액을 기판에 대하여 공급하고, 기판의 상기 오목부 내에 도금액을 충전한 후에, 상기 도금액보다 높은 온도의 도금액을 기판에 대하여 이용하는 도금 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 제 2 관점에 따르면, 기판에 형성된 오목부에 대하여 도금 처리를 행하는 도금 처리 장치에 있어서, 상기 오목부가 형성된 기판을 보지(保持)하는 기판 보지 기구와, 도금액을 기판에 대하여 공급하고, 특정 기능을 가지는 도금층을 상기 오목부의 내면에 형성하는 도금 기구를 구비하고, 상기 도금 기구는, 도금액을 기판에 대하여 공급하고, 기판의 상기 오목부 내에 도금액을 충전한 후에, 상기 도금액보다 높은 온도의 도금액을 기판에 대하여 이용하는 도금 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 제 3 관점에 따르면, 기판에 형성된 오목부에 대하여 도금 처리를 행하는 도금 처리 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체에 있어서, 상기 도금 처리 방법은, 상기 오목부가 형성된 기판을 준비하는 공정과, 도금액을 기판에 대하여 공급하고, 특정 기능을 가지는 도금층을 상기 오목부의 내면에 형성하는 도금 공정을 구비하고, 상기 도금 공정은, 도금액을 기판에 대하여 공급하고, 기판의 상기 오목부 내에 도금액을 충전한 후에, 상기 도금액보다 높은 온도의 도금액을 기판에 대하여 이용하는 방법으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 기억 매체가 제공된다.
본 발명에 따르면, 오목부의 내면에 형성되는 도금층의 두께 및 밀도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 도금 처리 장치를 도시한 측면도이다.
도 2a, 도 2b는 도 1에 도시한 도금 처리 장치의 평면도이다.
도 3은 도금 기구의 성막 유닛에 고온의 도금액을 공급하는 성막용 도금액 공급 기구를 도시한 도이다.
도 4는 도금 기구의 치환 유닛으로 저온의 도금액을 공급하는 치환용 도금액 공급 기구 등을 도시한 도이다.
도 5는 도금 처리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6a는 오목부가 형성된 기판을 준비하는 공정을 도시한 도이다.
도 6b는 오목부에 전처리액을 공급하는 공정을 도시한 도이다.
도 6c는 기판의 오목부 내에 충전되어 있는 전처리액을 저온의 도금액으로 치환하는 치환 공정을 도시한 도이다.
도 6d는 고온의 도금액을 기판에 대하여 공급하는 성막 공정을 도시한 도이다.
도 6e는 오목부의 내면에 도금층이 형성되는 모습을 도시한 도이다.
도 6f는 오목부 내에 배선 재료를 매립하는 공정을 도시한 도이다.
도 7은 전처리액이 저온의 도금액으로 치환되는 모습을 도시한 도이다.
도 8은 성막 유닛의 복수의 토출 노즐이 기판에 대하여 도금액을 공급하는 모습을 도시한 도이다.
도 9는 도금액 공급 기구의 변형예를 도시한 도이다.
도 10은 치환 유닛의 변형예를 도시한 도이다.
도 11은 치환 공정에서 도금액의 성분이 확산될 시의 확산 시간과 확산 거리와의 관계를 나타낸 도이다.
도 12는 실험예 1에서 형성된 도금층의 일례를 도시한 도이다.
도 13은 비교예 1에서 형성된 도금층의 일례를 도시한 도이다.
이하, 도 1 ~ 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 우선 도 1 및 도 2a 및 도 2b를 참조하여, 도금 처리 장치(20)의 전체 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 도금 처리 장치(20)를 도시한 측면도이며, 도 2a 및 도 2b는 도금 처리 장치(20)를 도시한 평면도이다. 또한 본 실시예에서는, 도금 처리 장치(20)가, 기판(2)에 대하여 도금액을 토출함으로써, 기판(2)에 대한 도금 처리를 1 매씩 실시하는 매엽식의 장치인 예에 대하여 설명한다.
도금 처리 장치
도금 처리 장치(20)는, 케이싱(101)의 내부에서 기판(2)을 보지하여 회전시키는 기판 보지 기구(110)와, 기판 보지 기구(110)에 보지된 기판(2)을 향해 도금액을 토출하고, 특정 기능을 가지는 도금층을 기판의 오목부의 내면에 형성하는 도금 기구(30)와, 도금 기구(30)에 접속되고, 도금 기구(30)에 도금액을 공급하는 도금액 공급 기구를 구비하고 있다. 이 중, 도금 기구(30)는, 저온의 도금액을 기판(2)을 향해 토출하는 치환 유닛(55)과, 치환 유닛(55)에서 이용되는 도금액의 온도보다 높은 온도를 가지는 고온의 도금액을 기판(2)을 향해 토출하는 성막 유닛(35)을 포함하고 있다. 또한 '저온'이란, 치환 유닛(55)으로부터 토출되는 도금액의 온도가, 도금 반응이 유의하게 진행되지 않을 정도의 온도가 되어 있는 것을 의미하고 있다. 예를 들면, 치환 유닛(55)으로부터 토출되는 도금액에 의해 형성되는 도금층의 성막의 속도가, 최종적으로 고온 처리 시에 얻어지는 도금층(15)의 성막의 속도와 비교하여 10 % 이하로 되어 있는 것을 의미하고 있다. 또한 '고온'이란, 성막 유닛(35)으로부터 토출되는 도금액의 온도가, 현실적인 처리 시간 내에 도금 처리를 완료시킬 수 있을 정도의 온도가 되어 있는 것을 의미하고 있다.
또한 도금액 공급 기구는, 성막 유닛(35)으로 고온의 도금액을 공급하는 성막용 도금액 공급 기구(71)와, 치환 유닛(55)으로 저온의 도금액을 공급하는 치환용 도금액 공급 기구(74)를 가지고 있다.
또한 도금 처리 장치(20)는, 기판(2)을 향해 전처리액을 토출하는 전처리 기구(54)를 더 구비하고 있다. 전처리 기구(54)에는, 전처리 기구(54)로 전처리액을 공급하는 전처리액 공급 기구(73)가 접속되어 있다. 전처리액은, 기판(2)에 대하여 도금액을 토출하기 전에, 기판(2)에 대하여 토출되는 액이다. 전처리액으로서는, 예를 들면 탈이온 처리가 실시된 순수, 이른바 탈이온수(DIW)가 이용된다.
또한 도금 처리 장치(20)는, 기판(2)을 향해 프리웨트액을 토출하는 프리웨트 기구(57)를 더 구비하고 있어도 된다. 프리웨트 기구(57)에는, 프리웨트 기구(57)에 프리웨트액을 공급하는 프리웨트액 공급 기구(76)가 접속되어 있다. 프리웨트액은, 건조 상태의 기판(2)에 대하여 공급되는 액이다. 프리웨트액을 이용함으로써, 예를 들면 그 후에 기판(2)에 대하여 공급되는 처리액과, 기판(2)과의 사이의 친화성을 높일 수 있다. 프리웨트액으로서는, 예를 들면 CO2의 이온 등을 포함하는 이온수가 이용된다.
기판 보지 기구(110)의 주위에는, 제 1 개구부(121) 및 제 2 개구부(126)를 가지고, 기판(2)으로부터 비산한 도금액 또는 전처리액 등의 액체를 받는 배액 컵(120)과, 기체를 인입하는 개구부(106)를 가지는 배기 컵(105)이 배치되어 있다. 배액 컵(120)의 제 1 개구부(121) 및 제 2 개구부(126)에 의해 받아진 액체는, 제 1 배액 기구(122) 및 제 2 배액 기구(127)에 의해 배출된다. 배기 컵(105)의 개구부(106)로 인입된 기체는 배기 기구(107)에 의해 배출된다. 또한, 배액 컵(120)은 승강 기구(164)에 연결되어 있고, 이 승강 기구(164)는 배액 컵(120)을 상하로 이동시킬 수 있다. 이 때문에, 기판(2)으로부터 비산한 액의 종류에 따라 배액 컵(120)을 상하시킴으로써, 액이 배출되는 경로를 액의 종류에 따라 상이하게 할 수 있다.
(기판 보지 기구)
기판 보지 기구(110)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 케이싱(101) 내에서 상하로 연장되는 중공 원통 형상의 회전축 부재(111)와, 회전축 부재(111)의 상단부에 장착된 턴테이블(112)과, 턴테이블(112)의 상면 외주부에 설치되고, 기판(2)을 지지하는 웨이퍼 척(113)과, 회전축 부재(111)에 연결되고, 회전축 부재(111)를 회전 구동하는 회전 기구(162)를 가지고 있다.
이 중 회전 기구(162)는, 제어 기구(160)에 의해 제어되고, 회전축 부재(111)를 회전 구동시키고, 이에 의해, 웨이퍼 척(113)에 의해 지지되어 있는 기판(2)이 회전된다. 이 경우, 제어 기구(160)는 회전 기구(162)를 제어함으로써, 회전축 부재(111) 및 웨이퍼 척(113)을 회전시키고, 혹은 정지시킬 수 있다. 또한, 제어 기구(160)는 회전축 부재(111) 및 웨이퍼 척(113)의 회전수를 상승시키고, 하강시키고, 혹은 일정값으로 유지시키도록 제어하는 것이 가능하다.
(도금 기구)
이어서, 도금 기구(30)의 성막 유닛(35) 및 치환 유닛(55)에 대하여 설명한다. 먼저 성막 유닛(35)에 대하여 설명한다. 성막 유닛(35)은, 기판(2)을 향해 도금액을 토출하는 토출 노즐(34)과, 토출 노즐(34)이 설치된 토출 헤드(33)를 가지고 있다. 토출 헤드(33) 내에는, 도금액 공급 기구(71)로부터 공급된 도금액을 토출 노즐(34)로 유도하기 위한 배관, 및 도금액을 보온하기 위한 열매체를 순환시키기 위한 배관 등이 수납되어 있다.
토출 헤드(33)는, 상하 방향 및 수평 방향으로 이동 가능하게 되도록 구성되어 있다. 예를 들면 토출 헤드(33)는, 암(32)의 선단부에 장착되어 있고, 이 암(32)은, 상하 방향으로 연장 가능하고, 또한 회전 기구(165)에 의해 회전 구동되는 지지축(31)에 고정되어 있다. 이러한 회전 기구(165) 및 지지축(31)을 이용함으로써, 도 2a에 도시한 바와 같이, 토출 헤드(33)를, 기판(2)을 향해 도금액을 토출할 시 위치하는 토출 위치와, 도금액을 토출하지 않을 시에 위치하는 대기 위치와의 사이에서 이동시킬 수 있다.
토출 헤드(33)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(2)의 중심부로부터 기판(2)의 주연부까지의 길이, 즉 기판(2)의 반경의 길이에 대응하도록 연장되어 있어도 된다. 이 경우, 토출 헤드(33)에는, 도금액을 토출하는 토출 노즐(34)이 복수 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 도금액을 토출할 시 복수의 토출 노즐(34)이 기판(2)의 반경 방향을 따라 배열되도록 토출 헤드(33)를 위치 고정함으로써, 기판(2)의 광역에 걸쳐 동시에 도금액을 공급할 수 있다. 또한 도시는 하지 않지만, 토출 헤드(33)에 형성되는 토출 노즐(34)은, 기판(2)의 반경 방향을 따라 연장되고, 도금액을 기판(2)에 대하여 토출하도록 구성되어 있어도 된다. 이 경우에도, 기판(2)의 광역에 걸쳐 동시에 도금액을 공급할 수 있다.
이어서, 치환 유닛(55)에 대하여 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 치환 유닛(55)은, 기판(2)을 향해 도금액을 토출하는 토출 노즐(55a)과, 토출 노즐(55a)이 설치된 토출 헤드(53)를 가지고 있다. 토출 헤드(53)는, 상하 방향 및 수평 방향으로 이동 가능하게 되도록 구성되어 있다. 예를 들면 성막 유닛(35)의 토출 헤드(33)의 경우와 마찬가지로, 치환 유닛(55)의 토출 헤드(53)는 암(52)의 선단부에 장착되어 있다. 암(52)은, 상하 방향으로 연장 가능하고 또한 회전 기구(166)에 의해 회전 구동되는 지지축(51)에 고정되어 있다. 이 경우, 도 2b에 도시한 바와 같이, 토출 헤드(53)는, 기판(2)의 중심부에 대응하는 위치와 기판(2)의 주연부에 대응하는 위치와의 사이에서 지지축(51)을 축으로 하여 수평 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.
(도금액 공급 기구)
이어서, 도금 기구(30)의 성막 유닛(35) 및 치환 유닛(55)으로 도금액을 공급하는, 도금액 공급 기구의 성막용 도금액 공급 기구(71) 및 치환용 도금액 공급 기구(74)에 대하여, 도 3을 참조하여 설명한다. 또한, 성막용 도금액 공급 기구(71) 및 치환용 도금액 공급 기구(74)는, 도금액을 가열하기 위한 가열 유닛이 설치되어 있는지 여부가 상이할 뿐이며, 그 외의 구성은 동일하다. 여기서는, 성막용 도금액 공급 기구(71)에 대하여 주로 설명한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 도금액 공급 기구(71)는, 도금액(71c)을 저류하는 탱크(71b)와, 탱크(71b) 내의 도금액(71c)을 도금 기구(30)로 공급하는 공급관(71a)을 가지고 있다. 공급관(71a)에는, 도금액(71c)의 유량을 조정하기 위한 밸브(71d) 및 펌프(71e)가 장착되어 있다. 또한 탱크(71b)에는, 탱크(71b) 내에 저류되는 도금액(71c)을 가열하기 위한 가열 유닛(71g)이 설치되어 있다.
(도금액)
이어서, 본 실시예에서 이용되는 도금액에 대하여 설명한다. 또한, 성막용 도금액 공급 기구(71)로부터 성막 유닛(35)으로 공급되는 도금액과, 치환용 도금액 공급 기구(74)로부터 치환 유닛(55)으로 공급되는 도금액은, 온도를 제외하고 대략 동일하다. 이하, 도금액의 재료 또는 성분을 설명할 시 이용되는 '도금액'이라고 하는 용어는, 성막 유닛(35)에서 이용되는 도금액, 및 치환 유닛(55)에서 이용되는 도금액의 양방을 나타내고 있다.
도금액은, 기판(2)의 표면에 형성되는, 특정 기능을 가지는 도금층에 대응하는 재료를 포함하고 있다. 예를 들면, 도금 처리 장치(20)에 의해 기판(2)에 형성되는 도금층이, 배선을 구성하는 금속 재료가 절연막 또는 기판(2)의 내부에 침투하는 것을 방지하는 배리어막일 경우, 도금액은, 배리어막의 재료가 되는 Co(코발트), W(텅스텐)나 Ta(탄탈) 등을 포함하고 있다. 또한, 도금 처리 장치(20)에 의해 기판(2)에 형성되는 도금층이, 배선 재료의 매립을 용이화하기 위한 시드막일 경우, 도금액은, 배선의 재료가 되는 Cu(구리) 등을 포함하고 있다. 그 외에도, 포함되는 재료 또는 도금 반응의 종류에 따라, 착화제 또는 환원제(B(붕소), P(인)을 포함하는 화합물), 계면 활성제 등이 도금액에 포함되어 있어도 된다.
또한 도금액은, 도금 반응의 속도에 영향을 줄 수 있는 첨가제를 포함하고 있어도 된다. 첨가제는, 도금액에 포함되는 재료 등에 따라 적절히 선택된다. 예를 들면, 도금액이 배리어막의 재료가 되는 Co 및 W를 포함할 경우, 도금액은, 첨가제로서 비스(3-술포프로필)다이설파이드, 이른바 SPS를 포함하고 있다.
(전처리 기구 및 프리웨트 기구)
이어서, 전처리 기구(54) 및 프리웨트 기구(57)에 대하여 설명한다. 전처리 기구(54)는, 기판(2)을 향해 전처리액을 토출하는 토출 노즐(54a)을 가지고 있다. 마찬가지로, 프리웨트 기구(57)는, 기판(2)을 향해 프리웨트액을 토출하는 토출 노즐(57a)을 가지고 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 각 토출 노즐(54a, 57a)은 상하 방향 및 수평 방향으로 이동 가능한 상술의 토출 헤드(53)에 장착되어 있어도 된다.
(전처리액 공급 기구 및 프리웨트액 공급 기구)
이어서, 도 4를 참조하여, 전처리 기구(54)로 전처리액을 공급하는 전처리액 공급 기구(73), 및 프리웨트 기구(57)로 프리웨트액을 공급하는 프리웨트액 공급 기구(76)에 대하여 설명한다. 또한 전처리액 공급 기구(73) 및 프리웨트액 공급 기구(76)는, 수용되어 있는 처리액의 종류가 상이할 뿐이며, 그 외의 구성은 대략 동일하다. 여기서는, 전처리액 공급 기구(73)에 대하여 주로 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 전처리액 공급 기구(73)는, DIW 등의 전처리액(73c)을 저류하는 탱크(73b)와, 탱크(73b) 내의 전처리액(73c)을 전처리 기구(54)로 공급하는 공급관(73a)을 가지고 있다. 공급관(73a)에는, 전처리액(73c)의 유량을 조정하기 위한 밸브(73d) 및 펌프(73e)가 장착되어 있다.
또한 전처리액 공급 기구(73)는, 전처리액(73c) 중의 용존 산소 또는 용존 수소 등의 기체를 제거하는 탈기 수단(73f)을 더 가지고 있어도 된다. 탈기 수단(73f)은 도 4에 도시한 바와 같이, 탱크(73b)에 저류되어 있는 전처리액(73c)에 질소 등의 불활성 가스를 보내는 가스 공급관으로서 구성되어 있어도 된다. 이에 의해, 불활성 가스를 전처리액(73c) 중에 용해시킬 수 있고, 이에 의해, 전처리액(73c) 중에 이미 용존하고 있던 산소 또는 수소 등을 외부로 배출할 수 있다. 즉, 전처리액(73c)에 대하여 이른바 탈가스 처리를 실시할 수 있다. 탈기 수단(73f)에 의한 탈가스 처리의 정도는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 기판(2)을 향해 토출되는 세정액(73c)에서의 산소 농도가 1 ppm 이하, 바람직하게는 0.5 ppm 이하가 되도록 탈가스 처리가 실시된다.
이상과 같이 구성되는 도금 처리 장치(20)는, 제어 기구(160)에 설치한 기억 매체(161)에 기록된 각종의 프로그램에 따라 제어 기구(160)에 의해 구동 제어되고, 이에 의해 기판(2)에 대한 다양한 처리가 행해진다. 여기서, 기억 매체(161)는 각종의 설정 데이터 또는 후술하는 도금 처리 프로그램 등의 각종의 프로그램을 저장하고 있다. 기억 매체(161)로서는, 컴퓨터 판독 가능한 ROM 또는 RAM 등의 메모리, 또는 하드 디스크, CD-ROM, DVD-ROM 또는 플렉시블 디스크 등의 디스크 형상 기억 매체 등의 공지된 것이 사용될 수 있다.
도금 처리 방법
이어서, 이러한 구성으로 이루어지는 본 실시예의 작용 및 효과에 대하여 설명한다. 여기서는, 기판(2)에 형성된 오목부(12)의 내면에, 무전해 도금법에 의해, CoWB의 배리어막을 형성하는 도금 처리 방법에 대하여 설명한다. 도 5는 도금 처리 방법을 나타낸 순서도이다. 또한 도 6a 내지 도 6f는, 도금 처리 방법의 각 공정 시의 기판(2)의 모습을 도시한 단면도이다.
먼저, 배선 재료를 매립하기 위한 오목부(12)를 기판(2)에 형성한다. 오목부(12)를 기판(2)에 형성하는 방법으로서는, 종래부터 공지된 방법 중에서 적절히 채용할 수 있다. 구체적으로, 예를 들면 드라이 에칭 기술로서, 불소계 또는 염소계 가스등을 이용한 범용적 기술을 적용할 수 있다. 특히 애스펙트비(홀의 직경에 대한 홀의 깊이의 비)의 큰 오목부(12)를 형성하기 위해서는, 고속의 심굴 에칭이 가능한 ICP-RIE(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching : 유도 결합 플라즈마 - 반응성 ion etching)의 기술을 채용한 방법을 보다 적합하게 채용할 수 있다. 특히, 육불화 유황(SF6)을 이용한 에칭 스텝과 C4F8 등의 테플론계 가스를 이용한 보호 스텝을 반복하면서 행하는, 보슈 프로세스라고 불리는 방법을 적합하게 채용할 수 있다.
오목부(12)의 내부에서의 도금액의 각 성분의 이동이, 유동이 아닌 주로 확산에 기초하는 한에 있어, 오목부(12)의 구체적인 형상이 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들면, 오목부(12)의 애스펙트비는 5 ~ 30의 범위 내로 되어 있다. 구체적으로, 오목부의 횡단면이 원 형상인 경우, 오목부(12)의 직경이, 0.5 ~20 μm의 범위 내, 예를 들면 8 μm로 되어 있다. 또한, 오목부(12)의 높이 또는 깊이가, 10 ~ 250 μm의 범위 내, 예를 들면 100 μm로 되어 있다. 이 후, 오목부(12)의 내부에 절연막이 형성된다. 절연막을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 화학적 기상 성장(CVD : Chemical Vapor Deposition)법에 의해 퇴적되는 실리콘 산화막(SiO2)을 형성하는 방법이 이용된다.
이어서, 기판(2)을 케이싱(101)의 내부에 준비하고, 프리웨트 기구(57)를 이용하여, 기판(2)을 향해 프리웨트액(76c)을 토출한다(프리웨트 공정(S10)). 이에 의해, 도 6a에 도시한 바와 같이, 기판(2)의 표면, 예를 들면 오목부(12)의 내면(12a) 및 기판(2)의 상면과, 프리웨트액(76c)을 접촉시킬 수 있다. 이에 의해, 기판(2)의 표면과, 후에 기판(2)에 대하여 공급되는 전처리액 간의 친화성을 높일 수 있다. 프리웨트액(76c)으로서는, 예를 들면 CO2의 이온 등을 포함하는 이온수가 이용된다.
이어서, 전처리 기구(54)를 이용하여, 기판(2)을 향해 전처리액(73c)을 토출한다(전처리 공정(S20)). 이에 의해 도 6b에 도시한 바와 같이, 오목부(12)의 내부가 전처리액(73c)에 의해 충전된다. 전처리액(73c)으로서는, 예를 들면 탈가스 처리가 실시된 DIW가 이용된다.
이어서, 도금 기구(30)를 이용하여, 기판(2)을 향해, CoWB를 성막하기 위한 도금액(71c)을 토출한다(도금 공정(S21)). 도금 공정(S21)은, 도 5에 나타낸 바와 같이 저온의 도금액(74c)을 기판(2)을 향해 토출하는 치환 공정(S21a)과, 고온의 도금액(71c)을 기판(2)을 향해 토출하는 성막 공정(S21b)을 포함하고 있다.
치환 공정(S21a)에서는, 먼저 치환용 도금액 공급 기구(74)를 이용하여, 저온의 도금액(74c)을 치환 유닛(55)으로 공급한다. 공급되는 도금액(74c)의 온도는, 도금 반응이 유의하게 진행되지 않는 온도로 되어 있고, 예를 들면 상온(약 25 ℃)으로 되어 있다. 이어서, 토출 헤드(53)에 장착된 토출 노즐(55a)로부터, 기판(2)을 향해 도금액(74c)이 토출된다.
그런데 상술한 바와 같이, 기판(2)에 형성된 오목부(12)는 큰 애스펙트비를 가지고 있다. 또한, 오목부(12)의 깊이는 종래의 오목부의 깊이에 비해 현저하게 크게 되어 있고, 예를 들면 100 μm로 되어 있다. 이러한 깊은 오목부(12)에 대하여 도금액(74c)을 공급할 경우, 도금액(74c)에 포함되는 각 성분은, 주로, 도금액 중에서의 확산에 기초하여 오목부(12)의 하부에까지 도달한다. 그런데 확산 현상은, 시간의 경과와 함께 서서히 진행되는 현상이다. 이 때문에, 도금액(74c)의 각 성분을 오목부(12)의 하부에까지 충분히 도달시키기 위해서는, 소정의 시간을 요한다. 따라서, 기판(2)에 대하여 도금액(74c)을 공급하는 치환 공정(S21a)은, 오목부(12) 내의 전처리액(73c)을 도금액(74c)으로 충분히 치환할 수 있도록 소정의 시간에 걸쳐 계속된다.
이하, 치환 공정(S21a)의 계속 시간을 결정하기 위한 방법의 일례에 대하여 설명한다.
도금액 중에서의 비정상 상태 확산은, 일반적으로 이하에 나타낸 픽의 제 2 법칙에 의해 나타내진다.
Figure 112014114611496-pct00001
여기서, D는 확산되는 성분의 확산 계수이며, C는 확산되는 성분의 농도이며, t는 시간이며, x는 기준 위치로부터의 거리이다. 픽의 제 2 법칙에 기초하여, 도금액 중의 도금 성분(도금층을 구성하는 재료의 성분)이 확산될 시의 확산 시간과 확산 거리와의 관계를 계산한 결과를 도 11에 나타낸다. 도 11에서는, 횡축이 시간을 나타내고 있고, 종축이 오목부(12)의 상단으로부터의 거리를 나타내고 있다. 또한 이 계산에서는, 시간(t) = 0일 시에는, 오목부(12) 내에 전처리액(73c)만이 충전되어 있고, 또한 시간(t) = 0일 시에, 오목부(12)의 상단보다 상방에 존재하는 액이 도금액(74c)으로 치환된다고 하는 조건을 가정하고 있다. 또한, 오목부(12)의 깊이는 무한대라고 가정하고 있다. 또한 도 11에서, 'x %(x = 50, 65, 80, 88 또는 95)라고 하는 주석이 부여된 실선 또는 파선은, 대응하는 거리에서의 도금 성분의 농도가, 오목부(12)의 상단에서의 도금 성분의 농도의 x %에 도달하는 것에 요하는 확산 시간을 나타내고 있다. 예를 들면 도 11에서 부호(A)가 부여된 점은, 오목부(12)의 상단으로부터 70 μm의 거리의 위치에서의 도금 성분의 농도가, 오목부(12)의 상단에서의 도금 성분의 농도의 95 %에 도달하는 것에 요하는 확산 시간이 600 초인 것을 의미하고 있다.
도 11에 나타난 관계에 기초하여, 치환 공정(S21a)의 계속 시간을 결정할 수 있다. 예를 들면, 깊이가 100 μm인 오목부(12)에 대하여, 오목부(12)의 저부에서의 도금 성분의 농도를, 기판(2)으로 공급된 도금액(74c)의 도금 성분의 농도의 약 90 %에 도달시키는 것이 요구될 경우, 치환 공정(S21a)의 계속 시간이 약 600 초로 설정된다. 이와 같이 장시간에 걸쳐 치환 공정(S21a)을 계속함으로써, 오목부(12)의 저부에까지 충분히 도금액(74c)을 도달시킬 수 있다. 이에 의해, 오목부(12) 내에 충전되는 도금액(74c)의 농도 분포를 대략 균일하게 할 수 있다.
또한 본 실시예에서는, 상술한 바와 같이, 치환 공정(S21a)에서 기판(2)에 대하여 공급되는 도금액(74c)의 온도가, 도금 반응이 유의하게 진행되지 않을 정도의 저온으로 설정되어 있다. 예를 들면, 치환 공정(S21a) 시에 형성되는 도금층의 성막의 속도가, 최종적으로 고온 처리 시에 얻어지는 도금층(15)의 두께의 성막의 속도와 비교하여 10 % 이하가 되도록, 도금액(74c)의 온도가 설정되어 있다. 이 때문에, 오목부(12)의 저부에까지 충분히 도금액(74)이 도달하기 전에 도금 반응이 유의하게 진행되는 것을 방지할 수 있다.
이 후, 성막 유닛(35)을 이용하여, 기판(2)을 향해, 고온의 도금액(71c)을 토출한다(성막 공정(S21b)). 구체적으로, 먼저 성막용 도금액 공급 기구(71)를 이용하여, 고온으로 가열된 도금액(71c)을 성막 유닛(35)으로 공급한다. 공급되는 도금액(71c)의 온도는, 도금 반응이 적절한 속도로 진행되도록 설정되어 있고, 예를 들면 45 ℃로 설정되어 있다. 이어서 도 8에 도시한 바와 같이, 기판(2)의 반경 방향을 따라 나란하도록 배치된 복수의 토출 노즐(34)로부터, 기판(2)을 향해 도금액(71c)이 토출된다. 이에 의해, 기판(2)의 광역에 걸쳐 동시에 도금액(71c)을 공급할 수 있다. 이에 의해, 기판(2) 상에서의 도금액(71c)의 온도 분포를, 기판(2) 상의 위치에 관계없이 대략 균일하게 할 수 있다. 예를 들면, 기판(2)의 중심 부분에 도달한 도금액(71c)의 온도와, 기판(2)의 주연 부분에 도달한 도금액(71c)의 온도를 대략 동일하게 할 수 있다.
그런데, 성막 공정(S21b)이 개시될 시, 상술한 바와 같이, 오목부(12)의 내부에는 저온의 도금액(74c)이 이미 충전되어 있다. 이 경우, 기판(2)에 대하여 고온의 도금액(71c)을 공급하면, 먼저 오목부(12)의 상단보다 상방에서, 즉 절연층의 상면(11a)보다 상방에서, 저온의 도금액(74c)이 고온의 도금액(71c)으로 치환된다. 이어서, 오목부(12)의 내부에 충전되어 있는 저온의 도금액(74c)이, 고온의 도금액(71c)으로부터의 열에 의해 가열된다. 여기서 일반적으로, 액체에서의 열의 전도 속도는, 액체에서의 소정의 성분의 확산 속도보다 크다. 이 때문에 오목부(12) 내의 저온의 도금액(74c)은, 신속히 가열되어 고온의 도금액(71c)이 된다. 즉, 오목부(12) 내에 신속하게 고온의 도금액(71c)을 충전할 수 있다. 또한 도금액(74c) 및 도금액(71c)은, 상이한 부호가 부여되어 있지만, 상술한 바와 같이, 온도를 제외하고 대략 동일하다. 따라서, 저온의 도금액(74c)을 가열함으로써, 저온의 도금액(74c)을 고온의 도금액(71c)으로 치환하거나 혹은 변화시킬 수 있다.
오목부(12)의 내부에 고온의 도금액(71c)이 충전되면, 도 6e에 도시한 바와 같이, 오목부(12)의 내면(12a)에 도금층(15)이 형성된다. 여기서 상술한 바와 같이, 오목부(12) 내의 고온의 도금액(71c)은, 오목부(12) 내에서 대략 균일한 농도 분포를 가지고 있던 저온의 도금액(74c)을 가열함으로써 얻어진 것이다. 이 때문에 본 실시예에 따르면, 오목부(12) 내에서의 도금액(71c)의 농도 분포를, 사전에 치환 공정이 실시되지 않은 경우에 비해 균일하게 할 수 있다. 이에 의해, 성막 공정(S21b)에서의 도금 반응을, 오목부(12)의 위치에 관계없이 대략 균일한 농도를 가지는 도금액(71c)을 이용하여 개시하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 오목부(12)의 내면(12a)에 형성되는 도금층(15)의 두께 또는 밀도 분포의 균일성을 높일 수 있다.
이 후, 기판(2)을 향해 린스액을 토출하는 린스 처리 공정(S32, S40), 기판(2)을 향해 후세정액을 토출하는 후세정 공정(S33), 및 기판(2)을 에어 또는 IPA 등에 의해 건조하는 건조 공정(S41) 등의 후공정을 실시한다. 이와 같이 하여, 표면에 도금층(15)으로 이루어지는 배리어막이 형성된 기판(2)을 얻을 수 있다.
이 후 도 6f에 도시한 바와 같이, 도금층(15)으로 이루어지는 배리어막 상에 시드막(16)이 형성되어도 된다. 또한, 시드막(16)에 의해 덮인 오목부(12) 내에, 구리 등의 금속 재료를 포함하는 배선(17)이 형성되어도 된다. 시드막(16) 및 배선(17)을 형성하는 방법이 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들면 무전해 도금법이 이용될 수 있다. 이 때, 도금층(15)으로 이루어지는 배리어막을 형성하는 경우와 마찬가지로, 온도가 상이한 2 종류의 도금액을 이용한 2 단계의 도금 공정이 실시되어도 된다.
본 실시예에 따르면, 상술한 바와 같이, 도금 공정(S21)은, 저온의 도금액(74c)을 이용하는 치환 공정(S21a)과, 고온의 도금액(71c)을 이용하는 성막 공정(21b)을 포함하고 있다. 이와 같이 2 단계로 나누어 도금 공정을 실시함으로써, 고온의 도금액(71c)에서의 도금 반응을 진행시킬 시, 오목부(12) 내에서의 도금액(71c)의 농도 분포를, 오목부(12) 내의 위치에 관계없이 대략 균일하게 할 수 있다. 이에 의해, 오목부(12)에 형성되는 도금층(15)의 두께 또는 밀도 분포의 균일성을 높일 수 있다.
또한 본 실시예에 따르면, 상술한 바와 같이, 전처리 공정(S20)에서 기판(2)으로 공급되는 전처리액(73c)으로서, 탈가스 처리가 실시된 DIW가 이용된다. 이 때문에, 오목부(12)의 내면(12a) 등의 기판(2)의 표면에, 전처리액(73c) 내의 용존 가스에 기인하는 기포가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 기판(2)의 표면에서의 도금 반응이 기포에 의해 저해되는 것을 방지할 수 있고, 이에 의해 기판(2)의 표면에 빠짐없이 도금층(15)을 형성할 수 있다.
또한 본 실시예에 따르면, 상술한 바와 같이, 프리웨트 공정(S10)에서 기판(2)으로 공급되는 프리웨트액으로서, CO2의 이온 등을 포함하는 이온수가 이용된다. 이 때문에, DIW 등의 전기적으로 중성인 처리액이 먼저 기판(2)에 공급되는 경우에 비해, 도금 처리 시에 방전이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한 본 실시예에 따르면, 상술한 바와 같이, 기판(2)의 반경 방향을 따라 나란하도록 배치된 복수의 토출 노즐(34)로부터, 기판(2)에 대하여 도금액(71c)이 토출된다. 이 때문에, 기판(2) 상에서의 도금액(71c)의 온도 분포를, 기판(2) 상의 위치에 관계없이 대략 균일하게 할 수 있다. 이에 의해, 기판(2)에 형성되는 도금층(15)의 두께를, 기판(2) 상의 위치에 관계없이 균일하게 할 수 있다.
변형예
또한 본 실시예에 따른 치환 공정(S21a)에서, 도 7에 도시한 바와 같이, 화살표(S)를 따른 방향으로 토출 헤드(53)가 이동하고 있는 동안에, 토출 헤드(53)에 장착된 토출 노즐(55a)로부터, 기판(2)을 향해 저온의 도금액(74c)을 토출해도 된다. 이 경우, 토출되는 도금액(74c)의 속도 성분에, 토출 헤드(53)의 이동 속도에 대응하는 속도 성분이 추가된다. 이 때문에, 방향(S)을 따라 도금액(74c)이 전처리액(73c)을 누르는 힘을 강하게 할 수 있다. 또한, 각 오목부(12) 내에 충전되어 있는 전처리액(73c)에 대하여, 도금액(74c)의 운동 에너지에 기초하는 충격력을 직접 인가할 수 있다. 이들에 의해, 전처리액(73c)을 도금액(74c)으로 치환하는 효율을 높일 수 있다.
또한 화살표(S)를 따른 방향은, 예를 들면 기판(2)의 중심부로부터 기판(2)의 주연부를 향하는 방향에 평행하게 되어 있다.
또한 본 실시예에서, 도금 기구(30)로 공급되는 도금액(71c)을 가열하기 위한 가열 유닛(71g)이, 탱크(71b)에 설치되는 예를 나타냈다. 그러나, 도금액(71c)을 가열하기 위한 형태가 이에 한정되지는 않는다. 예를 들면 가열 유닛(71g)은, 탱크(71b)가 아닌 공급관(71a)에 설치되어 있어도 된다.
또한 본 실시예에서, 성막 유닛(35)으로 고온의 도금액(71c)을 공급하기 위한 탱크(71b)와, 치환 유닛(55)으로 저온의 도금액(74c)을 공급하기 위한 탱크(74b)가 별개로 준비되는 예를 나타냈다. 그러나 이에 한정되지 않고, 성막 유닛(35)으로 고온의 도금액(71c)을 공급하기 위한 탱크와, 치환 유닛(55)으로 저온의 도금액(74c)을 공급하기 위한 탱크가 공통화되어 있어도 된다. 예를 들면 도 9에 도시한 바와 같이, 공통의 탱크로서, 저온의 도금액(74c)을 저류하는 탱크(74b)를 이용할 수 있다. 이 경우, 도 9에 도시한 바와 같이, 성막용 도금액 공급 기구(71)의 공급관(71a)에는, 도금액을 가열하기 위한 가열 유닛(71g)이 설치되어 있다. 이에 의해, 1 개의 탱크를 이용하면서, 고온의 도금액(71c)을 성막 유닛(35)으로 공급하고, 또한 저온의 도금액(74c)을 치환 유닛(55)으로 공급할 수 있다.
또한 가열 유닛(71g)에 의해 가열된 도금액을, 기판(2)에 대하여 공급지 않고 다시 탱크(74b) 내로 되돌리는 것이 요구되는 경우가 있다. 이 경우, 도시는 하지 않지만, 고온의 도금액을 탱크(74b)로 되돌리기 위한 반송관이 더 설치되어 있어도 된다. 또한 반송관에는, 도금액을 냉각하기 위한 냉각 유닛이 장착되어 있어도 된다. 이에 의해, 저온으로 되돌려진 도금액을 탱크(74b)로 되돌릴 수 있다. 또한, 반송관에 장착된 냉각 유닛과, 공급관(71a)에 장착된 상술한 가열 유닛(71g)은, 일체의 열 교환기로서 구성되어 있어도 된다.
또한 본 실시예에서, 고온의 도금액(71c)을 토출하는 토출 노즐(34)과, 저온의 도금액(74c)을 토출하는 토출 노즐(55a)이 별개로 준비되는 예를 나타냈다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 고온의 도금액(71c)을 토출하는 토출 노즐과, 저온의 도금액(74c)을 토출하는 토출 노즐이 공통화되어 있어도 된다.
또한 본 실시예의 성막 공정(S21b)에서, 고온의 도금액(71c)을 기판(2)에 대하여 공급함으로써, 오목부(12)에 이미 충전되어 있는 저온의 도금액(74c)을 가열하는 예를 나타냈다. 그러나, 기판(2)에 대하여 고온의 도금액을 이용하기 위한 방법이 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 기판(2) 또는 턴테이블(112)을 가열함으로써, 기판(2)의 오목부(12) 내에 충전되어 있는 저온의 도금액(74c)을 가열하고, 이에 의해 고온의 도금액(71c)을 얻어도 된다. 이 때, 기판(2)을 가열하는 방법이 특별히 한정되지 않고, 다양한 방법이 이용될 수 있다. 예를 들면 도 10에 도시한 바와 같이, 성막 유닛(35)은, 기판(2)을 가열하는 기판 가열 유닛(36)을 더 가지고 있어도 된다. 기판 가열 유닛으로서는, 기판(2)을 향해 광을 조사하고, 이에 의해 기판(2)을 가열하는 램프 히터(36)가 이용되어도 된다. 또한 기판 가열 유닛(36)은, 기판(2)의 하측에서 온수 등의 열 매체를 순환시키고, 이에 의해 기판(2)을 가열하도록 구성되어 있어도 된다. 또한 하방으로부터 기판(2)을 가열할 경우, 오목부(12) 내에 충전되어 있는 도금액은, 오목부(12)의 하부측으로부터 가열된다. 이와 같이 오목부(12)의 하부측으로부터 도금액을 가열하는 것은, 오목부(12)의 상부에 우선적으로 도금층을 형성하는 타입의 도금액이 이용되는 경우에 유리하다고 생각된다. 왜냐하면, 오목부(12)의 하부측으로부터 도금액을 가열함으로써, 오목부(12)의 하부에서 먼저 도금 반응을 개시시킬 수 있고, 이에 의해 오목부(12)의 하부에 형성되는 도금층의 두께와 오목부(12)의 상부에 형성되는 도금층의 두께 간의 차를 작게 할 수 있기 때문이다.
또한 본 실시예에서, 절연층에 형성된 오목부(12)의 내면(12a)에 직접적으로, 도금층(15)으로 이루어지는 배리어막이 형성되는 예를 나타냈다. 그러나 이에 한정되지 않고, 오목부(12)의 내면(12a)과 배리어막의 사이에 그 외의 층이 개재되어 있어도 된다. 예를 들면, 도금 반응을 촉진하기 위한 촉매층이, 오목부(12)의 내면(12a)과 배리어막의 사이에 개재되어 있어도 된다. 촉매층을 구성하는 재료는, 도금층을 구성하는 재료에 따라 적절히 선택된다. 예를 들면 도금층이 CoWB일 경우, 촉매층을 구성하는 재료로서 Pd(팔라듐)이 이용될 수 있다. 또한, 오목부(12)의 내면(12a)과 촉매층 간의 밀착성을 향상시키기 위한 밀착층이 더 형성되어 있어도 된다. 밀착층은, 예를 들면 실란 커플링제 등의 커플링제를 이용한 SAM 처리를 실시함으로써 형성될 수 있다. 또한 오목부(12)의 내면(12a)에, TEOS 또는 PI(폴리이미드) 등의 절연막이 형성되어 있어도 된다.
또한 본 실시예에서, 도금 처리 장치(20)가, 기판(2)에 대하여 도금액을 토출함으로써, 기판(2)에 대한 도금 처리를 1 매씩 실시하는 매엽식의 장치인 예를 나타냈다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 도금 처리 장치가, 매엽식의 장치에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 도금 처리 장치가, 복수의 기판(2)에 대한 도금 처리를 일괄로 실시할 수 있는, 이른바 딥식의 장치여도 된다. 딥식의 장치에서는, 도금액이 저류되어 있는 도금조의 내에 기판(2)을 투입함으로써, 기판(2)에 대하여 도금액이 공급된다. 그 외의 구성은, 상술한 매엽식의 도금 처리 장치(20)와 대략 동일하므로, 상세한 설명을 생략한다.
또한, 상술한 각 실시예에 대한 몇 개의 변형예를 설명했지만, 당연히 복수의 변형예를 적절히 조합시켜 적용하는 것도 가능하다.
실험예
(실험예 1)
상술한 도금 처리 장치(20)를 이용하여, 기판(2)의 절연층의 오목부(12)의 내면(12a)에 CoWB의 도금층(15)을 형성한 예에 대하여 설명한다.
먼저, 오목부(12)가 형성된 절연층을 포함하는 기판(2)을 준비했다. 오목부(12)의 직경은 8 μm이며, 오목부(12)의 깊이는 100 μm였다.
이어서, 프리웨트 공정(S10)을 실시하고, 이 후, 기판(2)을 향해 전처리액을 토출하는 전처리 공정(S20)을 실시했다. 이에 의해, 오목부(12) 내에 전처리액을 충전했다. 전처리액으로서는 탈가스 처리가 실시된 DIW를 이용했다.
이어서, 오목부(12)의 내면(12a)에 도금층(15)을 형성하는 도금 공정(S21)을 실시했다. 구체적으로, 먼저 25 ℃의 도금액을 기판(2)을 향해 토출하는 치환 공정(S21a)을 20 분간에 걸쳐 실시했다. 이어서, 65 ℃의 도금액을 기판(2)을 향해 토출하는 성막 공정(S21b)을 5 분간에 걸쳐 실시했다. 또한, 각 도금액에 함유되는 SPS의 농도는 5 ppm였다. 이 후, 린스 처리 공정(S32) 등의 적절한 후공정을 실시했다.
도금 공정(S21)에 의해 형성된 도금층을 관찰했다. 구체적으로, 오목부(12)의 상부 및 하부(저부)에 형성된 도금층을 관찰했다. 결과를 도 12에 도시한다.
(비교예 1)
상술한 치환 공정(S21a)을 실시하지 않았던 것 이외는, 실험예 1과 동일하게 하여, 기판(2)의 절연층의 오목부(12)의 내면(12a)에 CoWB의 도금층을 형성했다. 즉, 비교예 1에서는, 도금 공정으로서 65 ℃의 도금액을 기판(2)을 향해 5 분간에 걸쳐 토출하는 공정만을 실시했다. 또한, 형성된 도금층을 관찰했다. 결과를 도 13에 도시한다.
도 13에 도시한 바와 같이, 비교예 1에서는, 오목부(12)의 내벽(12a)에 도금층이 형성되어 있지 않은 개소가 많이 확인되었다. 한편 도 12에 도시한 바와 같이, 실험예 1에서는, 오목부(12)의 상부 및 하부 모두에, 오목부(12)의 내벽(12a)에 빠짐없이 도금층을 형성할 수 있었다. 실험예 1에서는, 성막 공정에 앞서 치환 공정을 실시함으로써, 도금액의 각 성분을 오목부(12) 내에서 충분히 확산시킬 수 있고, 그 결과, 오목부(12)의 내면(12a)에 빠짐없이 도금층을 형성할 수 있었다고 생각된다.
2 : 기판
12 : 오목부
15 : 도금층
20 : 도금 처리 장치
30 : 도금 기구
101 : 케이싱
110 : 기판 보지 기구

Claims (15)

  1. 기판에 형성된 오목부에 대하여 도금 처리를 행하는 도금 처리 방법에 있어서,
    상기 오목부가 형성된 기판을 케이싱의 내부에 준비하는 공정과,
    전처리액을 기판에 대하여 공급하는 전처리 공정과,
    도금액을 기판에 대하여 공급하고, 특정 기능을 가지는 도금층을 상기 오목부의 내면에 형성하는 도금 공정을 구비하고,
    상기 도금 공정은, 도금액을 기판에 대하여 공급하고, 기판의 상기 오목부 내에 도금액을 충전한 후에, 상기 도금액보다 높은 온도의 도금액을 기판에 대하여 이용하며,
    상기 도금 공정은, 도금액을 기판에 대하여 공급하고, 기판의 상기 오목부 내에 충전되어 있는 전처리액을 도금액으로 치환하는 치환 공정과, 상기 치환 공정 후에, 도금액을 기판에 대하여 공급하여 상기 도금층을 형성하는 성막 공정을 포함하며,
    상기 치환 공정은, 상기 기판의 반경 방향으로 이동하는 토출 노즐로부터 상기 도금액을 토출하며,
    상기 치환 공정의 계속 시간은 상기 도금액에 포함된 도금 성분의 확산 시간과 확산 거리에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 도금 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 치환 공정에서 이용되는 도금액의 온도가, 상기 성막 공정에서 이용되는 도금액의 온도보다 낮게 되어 있는 도금 처리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 성막 공정은, 상기 치환 공정에서 이용되는 도금액의 온도보다 높은 온도로 가열된 도금액을 기판에 대하여 공급하는 공정을 포함하는 도금 처리 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 성막 공정은, 기판에 대하여 공급된 도금액을, 상기 치환 공정에서 이용되는 도금액의 온도보다 높은 온도로 가열하는 공정을 포함하는 도금 처리 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전처리액은, 탈가스 처리된 탈이온수로 이루어지는 도금 처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전처리 공정의 전에 실시되고, 이온을 포함하는 이온수를 기판에 대하여 공급하는 프리웨트 공정을 더 구비하는 도금 처리 방법.
  7. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성막 공정에 있어서, 도금액은, 기판의 반경 방향을 따라 배열된 복수의 토출 노즐로부터, 또는 기판의 반경 방향을 따라 연장되는 토출 노즐로부터, 기판에 대하여 토출되는 도금 처리 방법.
  8. 기판에 형성된 오목부에 대하여 도금 처리를 행하는 도금 처리 장치에 있어서,
    상기 오목부가 형성된 기판을 보지하는 기판 보지 기구와,
    전처리액을 기판에 대하여 공급하는 전처리 기구와,
    도금액을 기판에 대하여 공급하고, 특정 기능을 가지는 도금층을 상기 오목부의 내면에 형성하는 도금 기구와,
    상기 도금 기구를 제어하는 제어 기구를 구비하고,
    상기 도금 기구는, 도금액을 기판에 대하여 공급하고, 기판의 상기 오목부 내에 도금액을 충전한 후에, 상기 도금액보다 높은 온도의 도금액을 기판에 대하여 이용하며,
    상기 도금 기구는, 기판의 상기 오목부 내에 충전된 전처리액을 치환하는 도금액을 기판에 대하여 공급하는 치환 유닛과, 상기 치환 유닛이 도금액을 기판에 대하여 공급한 후에, 기판에 대하여 도금액을 공급하는 성막 유닛을 가지며,
    상기 치환 유닛은, 상기 기판의 반경 방향으로 이동하며 상기 도금액을 토출하는 토출 노즐을 포함하며,
    상기 제어 기구는, 상기 치환 유닛에 의한 치환 공정의 계속 시간을 상기 도금액에 포함된 도금 성분의 확산 시간과 확산 거리에 기초하여 결정하는 도금 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 치환 유닛에서 이용되는 도금액의 온도가, 상기 성막 유닛에서 이용되는 도금액의 온도보다 낮게 되어 있는 도금 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 성막 유닛은, 상기 치환 유닛에서 이용되는 도금액의 온도보다 높은 온도로 가열된 도금액을 기판에 대하여 공급하도록 구성되어 있는 도금 처리 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 성막 유닛은, 기판에 대하여 공급된 도금액을, 상기 치환 유닛에서 이용되는 도금액의 온도보다 높은 온도로 가열하도록 구성되어 있는 도금 처리 장치.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전처리액은, 탈가스 처리된 탈이온수로 이루어지는 도금 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    전처리액을 기판에 대하여 공급하기 전에, 이온을 포함하는 이온수를 기판에 대하여 공급하는 프리웨트 기구를 더 구비하는 도금 처리 장치.
  14. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성막 유닛은, 기판의 반경 방향을 따라 배열되고, 도금액을 기판에 대하여 토출하는 복수의 토출 노즐을 포함하는, 또는, 기판의 반경 방향을 따라 연장되고, 도금액을 기판에 대하여 토출하는 토출 노즐을 포함하는 도금 처리 장치.
  15. 기판에 형성된 오목부에 대하여 도금 처리를 행하는 도금 처리 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체에 있어서,
    상기 도금 처리 방법은,
    상기 오목부가 형성된 기판을 케이싱의 내부에 준비하는 공정과,
    전처리액을 기판에 대하여 공급하는 전처리 공정과,
    도금액을 기판에 대하여 공급하고, 특정 기능을 가지는 도금층을 상기 오목부의 내면에 형성하는 도금 공정을 구비하고,
    상기 도금 공정은, 도금액을 기판에 대하여 공급하고, 기판의 상기 오목부 내에 도금액을 충전한 후에, 상기 도금액보다 높은 온도의 도금액을 기판에 대하여 이용하며,
    상기 도금 공정은, 도금액을 기판에 대하여 공급하고, 기판의 상기 오목부 내에 충전되어 있는 전처리액을 도금액으로 치환하는 치환 공정과, 상기 치환 공정 후에, 도금액을 기판에 대하여 공급하여 상기 도금층을 형성하는 성막 공정을 포함하며,
    상기 치환 공정은, 상기 기판의 반경 방향으로 이동하는 토출 노즐로부터 상기 도금액을 토출하며,
    상기 치환 공정의 계속 시간은 상기 도금액에 포함된 도금 성분의 확산 시간과 확산 거리에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 기억 매체.
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