KR102356776B1 - 촉매층 형성 방법, 촉매층 형성 시스템 및 기억 매체 - Google Patents

촉매층 형성 방법, 촉매층 형성 시스템 및 기억 매체 Download PDF

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Abstract

기판 표면 전역 및 오목부 내면 전역에 균일한 촉매층을 형성한다. 기판에 대하여 촉매층을 형성하는 촉매층 형성 방법은, 기판(2) 전역 상에 촉매 용액을 공급하여 기판 표면 촉매층(22A)을 형성하는 제 1 공급 공정과, 기판(2)을 회전시키면서 기판(2)의 중앙부에 촉매 용액을 공급하여 오목부 내면 촉매층(22B)을 형성하는 제 2 공급 공정을 구비한다.

Description

촉매층 형성 방법, 촉매층 형성 시스템 및 기억 매체{CATALYST LAYER FORMING METHOD, CATALYST LAYER FORMING SYSTEM, AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은 기판에 대하여 촉매층을 형성하는 촉매층 형성 방법, 촉매층 형성 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 기판간의 도통(道通)을 확보하기 위하여, 배선 기판을 관통하고 또한 구리(Cu) 등의 도전성 재료가 매립된 관통 비아홀이 배선 기판에 마련되어 있다. 도전성 재료가 매립된 관통 비아홀을 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 비아홀을 가지는 배선 기판이 제작된다.
상술한 배선 기판 중 배리어막을 형성할 경우, 기판에 대하여 미리 촉매를 흡착시켜 촉매층을 형성하고, 이 촉매층 상에 도금 처리를 실시함으로써 Co-W-B층으로 이루어지는 배리어막이 얻어진다. 배리어막은 이 후, 구워져 내부의 수분이 제거되고, 또한 금속 간 결합이 강화된다.
그런데, 기판에 대하여 촉매를 흡착시키는 경우, 촉매로서 팔라듐 등의 나노 입자를 이용하는 기술이 개발되고 있다.
일본특허공개공보 제2013-067856호
상술한 바와 같이 기판에 대하여 촉매를 흡착시키는 경우, 촉매로서 팔라듐 등의 나노 입자를 이용하는 기술이 개발되고 있다.
그러나 기판 전역에 대하여 촉매를 균일하게 흡착시키는 것은 어려우며, 이러한 방법은 아직도 개발되고 있지 않다.
본 발명은, 이러한 점을 고려하여 이루어진 것이며, 기판 전역에 대하여 촉매를 균일하게 흡착시켜 촉매층을 형성할 수 있는 촉매층 형성 방법, 촉매층 형성 시스템 및 기억 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 기판에 대하여 촉매층을 형성하는 촉매층 형성 방법에 있어서, 오목부를 가지는 기판을 준비하는 공정과, 상기 기판 상에 촉매를 포함하는 촉매 용액을, 상기 기판 표면 전역에 널리 퍼지도록 공급하여, 상기 기판 표면 전역에 촉매를 균일하게 흡착시켜 기판 표면 촉매층을 형성하는 제 1 공급 공정과, 상기 기판을 회전시키면서 상기 기판의 중앙부에 상기 촉매 용액을 공급하여, 상기 오목부 내면 전역에 촉매를 흡착시켜 오목부 내면 촉매층을 형성하는 제 2 공급 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 촉매층 형성 방법이다.
본 발명은, 기판에 대하여 촉매층을 형성하는 촉매층 형성 시스템에 있어서, 오목부를 가지는 기판을 회전 가능하게 유지하는 기판 회전 유지 기구와, 상기 기판 상에 촉매를 포함하는 촉매 용액을 상기 촉매 용액이 상기 기판 표면 전역에 널리 퍼지도록 공급하여, 상기 기판 표면 전역에 촉매를 균일하게 흡착시켜 기판 표면 촉매층을 형성하는 제 1 공급부와, 상기 기판 회전 유지 기구에 의해 상기 기판을 회전시키면서 상기 기판의 중앙부에 상기 촉매 용액을 공급하여, 상기 오목부 내면 전역에 촉매를 흡착시켜 오목부 내면 촉매층을 형성하는 제 2 공급부를 구비한 것을 특징으로 하는 촉매층 형성 시스템이다.
본 발명은, 촉매층 형성 시스템에 촉매층 형성 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체에 있어서, 상기 촉매층 형성 방법은, 기판에 대하여 촉매층을 형성하는 촉매층 형성 방법에 있어서, 오목부를 가지는 기판을 준비하는 공정과, 상기 기판 상에 촉매를 포함하는 촉매 용액을, 상기 촉매 용액이 상기 기판 표면 전역에 널리 퍼지도록 공급하여, 상기 기판 표면 전역에 촉매를 균일하게 흡착시켜 기판 표면 촉매층을 형성하는 제 1 공급 공정과, 상기 기판을 회전시키면서 상기 기판의 중앙부에 상기 촉매 용액을 공급하여, 상기 오목부 내면 전역에 촉매를 흡착시켜 오목부 내면 촉매층을 형성하는 제 2 공급 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 기억 매체이다.
본 발명에 의하면, 기판 전역에 대하여 촉매를 균일하게 흡착시켜 촉매층을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 촉매층 형성 시스템이 구비된 도금 처리 시스템 전체를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 촉매층 형성 방법이 포함된 도금 처리 방법 전체를 나타내는 순서도이다.
도 3a ~ 도 3g는 도금 처리 방법이 실시되는 기판을 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 촉매층 형성 방법의 제 1 공급 공정 및 제 2 공급 공정을 나타내는 공정도이다.
도 5는 촉매층 형성 시스템을 나타내는 측단면도이다.
도 6은 촉매층 형성 시스템을 나타내는 평면도이다.
도 7은 도금층 소성부를 나타내는 측단면도이다.
<도금 처리 시스템>
도 1 내지 도 7에 의해 본 발명의 일실시 형태에 대하여 설명한다.
우선 도 1에 의해 본 발명에 의한 촉매층 형성 시스템이 구비된 도금 처리 시스템에 대하여 설명한다.
도 1에 나타내는 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 배치되는 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) 상에 실란 커플링제 등의 커플링제를 흡착시켜 후술하는 밀착층(21)을 형성하는 밀착층 형성부(12)와, 기판(2)의 밀착층(21) 상에 촉매를 흡착시켜 후술하는 촉매층(22)을 형성하는 촉매층 형성부(13)와, 기판(2)의 촉매층(22) 상에 후술하는 Cu 확산 방지막(배리어막)으로서 기능하는 도금층(23)을 형성하는 도금층 형성부(14)가 배치되어 있다.
또한 주행로(11a)의 타측에, 기판(2)에 형성된 도금층(23)을 굽는 도금층 소성부(15)와, 기판(2)에 형성된 도금층(23) 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 상술한 도금 처리 시스템의 각 구성 부재, 예컨대 카세트 스테이션(18), 기판 반송 암(11), 밀착층 형성부(12), 촉매층 형성부(13), 도금층 형성부(14), 도금층 소성부(15), 무전해 Cu 도금층 형성부(16) 및 전해 Cu 도금층 형성부(17)는, 모두 제어부(19)에 마련한 기억 매체(19A)에 기록된 각종 프로그램에 따라 제어부(19)에서 구동 제어되고, 이에 의해 기판(2)에 대한 다양한 처리가 행해진다. 여기서, 기억 매체(19A)는, 각종 설정 데이터 또는 후술하는 도금 처리 프로그램 등의 각종 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 촉매층(22)을 형성하기 위한 촉매층 형성부(촉매층 형성 시스템이라고도 함)(13)에 대하여 더 설명한다.
촉매층 형성부(13)는 도 5 및 도 6에 나타내는 액처리 장치로 구성할 수 있다.
또한, 도금층 형성부(14) 및 무전해 Cu 도금층 형성부(16)도, 촉매층 형성부(13)와 동일한 액처리 장치로 구성할 수 있다. 촉매층 형성부(13)는 도 5 및 도 6에 나타낸 것과 같다.
촉매층 형성부(촉매층 형성 시스템)(13)는 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 케이싱(101)의 내부에서 기판(2)을 회전 유지하기 위한 기판 회전 유지 기구(기판 수용부)(110)와, 기판(2)의 표면에 촉매 용액 또는 세정액 등을 공급하는 액공급 기구(30, 90)와, 기판(2)으로부터 비산한 촉매 용액 또는 세정액 등을 받는 컵(105)과, 컵(105)으로 받은 촉매 용액 또는 세정액을 배출하는 배출구(124, 129, 134)와, 배출구에 모인 액을 배출하는 액 배출 기구(120, 125, 130)와, 기판 회전 유지 기구(110), 액공급 기구(30, 90), 컵(105), 및 액 배출 기구(120, 125, 130)를 제어하는 제어 기구(160)를 구비하고 있다.
(기판 회전 유지 기구)
이 중 기판 회전 유지 기구(110)는, 도 5 및 도 6에 나타내는 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 마련되고, 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 지지되고 있는 기판(2)이 회전된다.
이어서, 기판(2)의 표면에 촉매 용액 또는 세정액 등을 공급하는 액공급 기구(30, 90)에 대하여, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 액공급 기구(30, 90)는, 기판(2)의 표면에 대하여 촉매 용액을 공급하는 촉매 용액 공급 기구(30)와, 기판(2)의 표면에 세정액을 공급하는 세정액 공급 기구(90)를 포함하고 있다.
도 5 및 도 6에 나타내는 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 이동 가능하게 되어 있으며, 또한 회전 기구(165)에 의해 회전 구동되는 지지축(102)에 고정되어 있다. 촉매 용액 공급 기구(30)의 촉매 용액 공급관은 암(103)의 내측에 배치되어 있다. 이러한 구성에 의해, 촉매 용액을 토출 노즐(32)을 거쳐 기판(2)의 표면의 임의의 개소에 원하는 높이로부터 토출하는 것이 가능하게 되어 있다.
세정액 공급 기구(90)는, 후술하는 바와 같이 기판(2)의 세정 공정에서 이용되는 것이며, 도 5에 나타내는 바와 같이, 노즐 헤드(104)에 장착된 노즐(92)을 포함하고 있다. 이 경우, 노즐(92)로부터, 세정액 또는 린스 처리액 중 어느 하나가 선택적으로 기판(2)의 표면에 토출된다.
(액 배출 기구)
이어서, 기판(2)으로부터 비산한 촉매 용액 또는 세정액 등을 배출하는 액 배출 기구(120, 125, 130)에 대하여, 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5에 나타내는 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 나타내는 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 촉매 용액을 회수하여 재이용하기 위한 유로이고, 한편, 폐기 유로(123, 128)는 촉매 용액을 폐기하기 위한 유로이다. 또한 도 5에 나타내는 바와 같이, 처리액 배출 기구(130)에는 폐기 유로(133)만이 마련되어 있다.
또한 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 기판 수용부(110)의 출구측에는, 촉매 용액을 배출하는 촉매 용액 배출 기구(120)의 회수 유로(122)가 접속되고, 이 회수 유로(122) 중 기판 수용부(110)의 출구측 근방에, 촉매 용액을 냉각하는 냉각 버퍼(120A)가 마련되어 있다.
이어서 도금층 소성부(15)에 대하여 설명한다.
도금층 소성부(15)는 도 7에 나타내는 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 마련되고, 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 채움으로써, 밀폐 케이싱(15a) 내를 불활성 분위기로 유지할 수 있다.
<도금 처리 방법>
이어서 이러한 구성으로 이루어지는 본 실시 형태의 작용에 대하여, 도 2 내지 도 4에 의해 설명한다.
우선 전공정에 있어서, 반도체 웨이퍼 등으로 이루어지는 기판(실리콘 기판)(2)에 대하여 오목부(2a)가 형성되고, 오목부(2a)가 형성된 기판(2)이 본 발명에 의한 도금 처리 시스템(10) 내에 반송된다.
그리고 도금 처리 시스템(10)의 밀착층 형성부(12) 내에서, 오목부(2a)를 가지는 기판(2) 상에 밀착층(21)이 형성된다(도 2 및 도 3a).
여기서 기판(2)에 오목부(2a)를 형성하는 방법으로서는, 종래 공지의 방법으로부터 적절히 채용할 수 있다. 구체적으로는, 예컨대 드라이 에칭 기술로서, 불소계 또는 염소계 가스 등을 이용한 범용적 기술을 적용할 수 있는데, 특히 애스펙트비(홀의 깊이 / 홀의 직경)의 큰 홀을 형성하기 위해서는, 고속으로 깊이 파는 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.
또한 밀착층 형성부(12)는 가열부를 가지는 진공실(도시하지 않음)을 가지고, 이 밀착층 형성부(12) 내에서, 오목부(2a)를 가지는 기판(2) 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 촉매층(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 도 5 및 도 6에 나타내는 촉매층 형성부(13)로 보내진다. 그리고 이 촉매층 형성부(13)에서, 기판(2)의 밀착층(21) 상에, 예컨대 촉매가 되는 나노 팔라듐(n-Pd)이 흡착되어 촉매층(22)이 형성된다(도 3b, 3c).
이어서 본 발명의 실시 형태에 의한 촉매층 형성부(13)에 있어서의 촉매층 형성 공정에 대하여 설명한다.
우선 기판(2)이 촉매층 형성부(13)의 기판 회전 유지 기구(110) 상에 배치된다.
이 후 도 4에 나타내는 바와 같이, 기판(2)이 기판 회전 유지 기구(110)에 의해 회전하고, 그 동안 노즐 헤드(104)의 노즐(92)로부터 DIW(이온화 증류수)가 기판(2) 상에 1.5 L/분의 유량으로 1 분간 공급된다. 이 경우, 기판(2)의 회전수는 500 rpm으로 되어 있고, 노즐 헤드(104)의 노즐(92)은 기판(2)의 중앙부(2A) 상방에서 정지하고 있다.
이어서 기판(2)이 500 rpm의 회전수로 회전한 채로, 노즐 헤드(104)의 노즐(92)로부터 IPA(이소프로필 알코올)이 기판(2) 상에 35 ~ 40 mL/분의 유량으로 1 분간 공급된다. 이 경우, 노즐 헤드(104)의 노즐(92)은 기판(2)의 중앙부(2A) 상방에서 정지하고 있다.
이 후, 기판(2)이 500 rpm의 회전수로 회전한 채로, 노즐 헤드(104)의 노즐(92)로부터 DIW가 기판(2) 상에 1.5 L/분의 유량으로 3 분간 공급된다. 이 경우, 노즐 헤드(104)의 노즐(92)은 기판(2)의 중앙부(2A) 상방에서 정지하고 있다.
이와 같이 기판(2)을 회전시키면서, 기판(2) 상에 DIW, IPA 및 DIW를 순서대로 공급함으로써, 기판(2)의 오목부(2a) 내를 순수로 치환할 수 있다.
이어서 기판(2)을 300 rpm의 회전수로 회전시키면서, 노즐 헤드(104)의 토출 노즐(32)을 이용하여 기판(2) 상에 촉매가 되는 나노 팔라듐(n-Pd)을 포함하는 촉매 용액을 650 mL/분의 유량으로 5 분간 공급한다.
그 동안, 노즐 헤드(104)의 토출 노즐(32)을 기판(2)의 중앙부(2A) 상방과 주연부(2B) 상방의 사이에서 왕복 이동시킨다. 이와 같이 기판(2)을 회전시키면서, 기판(2) 상에 노즐 헤드(104)의 토출 노즐(32)로부터 촉매 용액을 공급하고, 또한 노즐 헤드(104)의 토출 노즐(32)을 기판(2)의 중앙부(2A) 상방과 주연부(2B) 상방의 사이에서 왕복 이동시킴으로써, 촉매 용액이 기판(2)의 표면 전역에 널리 퍼지게 된다. 이와 같이 기판(2)의 표면 전역에 촉매 용액을 공급함으로써, 기판(2)의 표면 전역에 촉매를 흡착시켜, 기판 표면 촉매층(22A)을 형성할 수 있다(제 1 공급 공정).
이 제 1 공급 공정에서는, 기판(2)의 표면 전역에 균일한 기판 표면 촉매층(22A)을 형성할 수 있다. 이 기판 표면 촉매층(22A)은 오목부(2a)의 표면으로부터 오목부(2a)의 내면까지 약간 도달하고 있으나, 오목부(2a)의 내면 전역까지는 미치고 있지 않다(도 3b 참조).
이어서 기판(2)을 500 rpm의 회전수로 회전시키면서, 노즐 헤드(104)의 토출 노즐(32)을 이용하여 기판(2) 상에 촉매 용액을 1.0 L/분의 유량으로 5 분간 공급한다.
그 동안 노즐 헤드(104)의 토출 노즐(32)은 기판(2)의 중앙부(2A) 상방에서 정지시킨다. 이와 같이 기판(2)을 회전시키면서, 기판(2) 상에 노즐 헤드(104)의 토출 노즐(32)로부터 촉매 용액을 공급하고, 또한 노즐 헤드(104)의 토출 노즐(32)을 기판(2)의 중앙부(2A) 상방에 정지시킴으로써, 기판(2) 표면 전역에 기판(2)의 중앙부(2A)로부터 주연부(2B)를 향하는 촉매 용액의 정류를 형성할 수 있다. 그리고 이와 같이 기판(2) 표면 전역에 중앙부(2A)로부터 주연부(2B)를 향하는 촉매 용액의 정류를 형성함으로써, 촉매 용액을 기판(2)의 오목부(2a)에 확실하게 진입시켜, 기판(2)의 오목부(2a) 내면 전역에 촉매를 흡착시켜, 오목부 내면 촉매층(22B)을 형성할 수 있다(제 2 공급 공정).
이 제 2 공급 공정에 의해, 오목부(2a) 내면에 균일한 오목부 내면 촉매층(22B)을 형성할 수 있고, 이와 같이 하여 기판 표면 촉매층(22A)과 오목부 내면 촉매층(22B)에 의해, 기판(2)의 표면 전역 및 오목부(2a)의 내면 전역에 균일하게 형성된 촉매층(22)을 마련할 수 있다.
이 후 기판(2)이 500 rpm의 회전수로 회전하고, 노즐 헤드(104)의 노즐(92)로부터 DIW가 기판(2) 상에 1.0 L/분의 유량으로 10 분간 공급되고, 기판(2)에 대한 린스 공정이 실시된다. 이 경우, 노즐 헤드(104)의 노즐(92)은 기판(2)의 중앙부(2A) 상방에 정지되어 있다.
이어서 기판(2)이 300 rpm의 회전수로 회전하고, 노즐 헤드(104)의 노즐(92)로부터 IPA가 기판(2) 상에 35 ~ 40 mL/분의 유량으로 1 분간 공급된다. 이 경우 노즐 헤드(104)의 노즐(92)은, 기판(2)의 중앙부(2A) 상방과 주연부(2B) 상방의 사이에서 왕복 이동한다. 이 후, 기판(2)을 550 rpm의 회전수로 70 초간 회전시키면서 노즐(92)로부터의 IPA의 공급을 정지시킨다. 이와 같이 하여 기판(2) 상의 DIW를 제거하고, 기판(2)을 건조시키는 건조 공정이 실시된다.
이러한 기판(2)의 건조 공정에서, 기판(2) 상에 N2 가스를 분출시켜 건조 제어를 실시해도 된다.
이와 같이 하여 촉매층 형성부(13)에서, 기판(2)의 표면 전역 및 오목부(2a)의 내면 전역에 균일하게 형성된 촉매층(22)을 마련할 수 있다.
또한 상기 제 2 공급 공정에 있어서, 기판(2)을 회전시키면서 노즐 헤드(104)의 토출 노즐(32)로부터 촉매 용액을 공급하고, 또한 토출 노즐(32)을 기판(2)의 중앙부(2A) 상방에 정지시키는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고 토출 노즐(32)를 기판(2)의 중앙부(2A) 상방 근방에서 약간 왕복 이동시켜도 된다.
이어서, 기판(2)에 공급되는 촉매 용액 및 촉매 용액에 포함되는 촉매(22a)에 대하여 설명한다. 먼저 촉매(22a)에 대하여 설명한다.
기판(2)의 밀착층(21)에 흡착되는 촉매(22a)로서는, 도금 반응을 촉진할 수 있는 촉매 작용을 가지는 촉매가 적절히 이용되는데, 예컨대 나노 입자로 이루어지는 촉매가 이용된다. 여기서 나노 입자란, 촉매 작용을 가지는 콜로이드 형상의 입자로서, 평균 입경이 20 nm 이하, 예컨대 0.5 nm ~ 20 nm의 범위 내로 되어 있는 입자이다. 나노 입자를 구성하는 원소로서는, 예컨대 팔라듐, 금, 백금 등을 들 수 있다. 이 중 나노 입자의 팔라듐을 n-Pd로서 나타낼 수 있다.
또한, 나노 입자를 구성하는 원소로서 루테늄이 이용되어도 된다.
나노 입자의 평균 입경을 측정하는 방법이 특별히 한정되지는 않으며, 다양한 방법이 이용될 수 있다. 예컨대, 촉매 용액 내의 나노 입자의 평균 입경을 측정하는 경우, 동적 광산란법 등이 이용될 수 있다. 동적 광산란법이란, 촉매 용액 내에 분산되고 있는 나노 입자에 레이저광을 조사하여, 그 산란광을 관찰함으로써, 나노 입자의 평균 입경 등을 산출하는 방법이다. 또한, 기판(2)의 오목부(2a)에 흡착된 나노 입자의 평균 입경을 측정할 경우, TEM 또는 SEM 등을 이용하여 얻어진 화상으로부터, 정해진 개수의 나노 입자, 예컨대 20 개의 나노 입자를 검출하고, 이들의 나노 입자의 입경의 평균치를 산출할 수도 있다.
이어서, 나노 입자로 이루어지는 촉매가 포함되는 촉매 용액에 대하여 설명한다. 촉매 용액은, 촉매가 되는 나노 입자를 구성하는 금속의 이온을 함유하는 것이다. 예컨대 나노 입자가 팔라듐으로 구성되어 있을 경우, 촉매 용액에는, 팔라듐 이온원으로서 염화 팔라듐 등의 팔라듐 화합물이 함유되어 있다.
촉매 용액의 구체적인 조성은 특별히 한정되지는 않으나, 바람직하게는, 촉매 용액의 점성 계수가 0.01 Pa·s 이하가 되도록 촉매 용액의 조성이 설정되어 있다. 촉매 용액의 점성 계수를 상기 범위 내로 함으로써, 기판(2)의 오목부(2a)의 직경이 작은 경우도, 기판(2)의 오목부(2a)의 하부에까지 촉매 용액을 충분히 널리 확산시킬 수 있다. 이에 의해, 기판(2)의 오목부(2a)의 하부에까지 촉매(22a)를 보다 확실히 흡착시킬 수 있다.
바람직하게는, 촉매 용액 중의 촉매(22a)는 분산제에 의해 피복되어 있다. 이에 의해, 촉매(22a)의 계면에 있어서의 계면 에너지를 작게 할 수 있다. 따라서, 촉매 용액 내에 있어서의 촉매(22a)의 확산을 보다 촉진할 수 있고, 이에 의해, 기판(2)의 오목부(2a)의 하부에까지 촉매(22a)를 보다 단시간에 도달시킬 수 있다고 상정된다. 또한, 복수의 촉매(22a)가 응집하여 그 입경이 커지는 것을 방지할 수 있고, 이에 의해서도, 촉매 용액 내에 있어서의 촉매(22a)의 확산을 보다 촉진할 수 있다고 상정된다.
분산제로 피복된 촉매(22a)를 준비하는 방법이 특별히 한정되지는 않는다. 예컨대, 미리 분산제로 피복된 촉매(22a)를 포함한 촉매 용액이, 촉매층 형성부(13)에 대하여 공급되어도 된다. 혹은, 촉매(22a)를 분산제로 피복하는 공정을 촉매층 형성부(13)의 내부, 예컨대 촉매 용액 공급 기구(30)에서 실시하도록, 촉매층 형성부(13)가 구성되어 있어도 된다.
분산제로서는, 구체적으로는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴산(PAA), 폴리에틸렌이민(PEI), 테트라메틸암모늄(TMA), 구연산 등이 바람직하다.
그 외, 특성을 조정하기 위한 각종 약제가 촉매 용액에 첨가되어 있어도 된다.
또한 촉매(22a)를 포함하는 촉매 용액으로서는, n-Pd 등의 나노 입자를 포함하는 촉매 용액에 한정되지 않고, 염화 팔라듐 수용액(PdCl2)을 촉매 용액으로서 이용하고, 염화 팔라듐(PdCl2) 중의 Pd 이온을 촉매(22a)로서 이용해도 된다.
이와 같이, 촉매층 형성부(13)에 있어서 기판(2) 상에 촉매층(22)을 형성한 후, 기판(2)은 기판 반송 암(11)에 의해 도금층 형성부(14)로 보내진다.
이어서 도금층 형성부(14)에 있어서, 기판(2)의 촉매층(22) 상에, Cu 확산 방지막(배리어막)으로서 기능하는 도금층(23)이 형성된다(도 3d).
이 경우 도금층 형성부(14)는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같은 액처리 장치로 이루어지며, 기판(2)의 촉매층(22) 상에 무전해 도금 처리를 실시함으로써 도금층(23)을 형성할 수 있다.
도금층 형성부(14)에서 도금층(23)을 형성할 경우, 도금액으로서는, 예컨대 Co-W-B를 포함하는 도금액을 이용할 수 있으며, 도금액의 온도는 40 ~ 75℃(바람직하게는 65℃)로 유지되고 있다.
Co-W-B를 포함하는 도금액을 기판(2) 상에 공급함으로써, 기판(2)의 촉매층(22) 상에 무전해 도금 처리에 의해, Co-W-B를 포함하는 도금층(23)이 형성된다.
이어서 촉매층(22) 상에 도금층(23)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) 내에 있어서, 기판(2)은 산화를 억제하기 위하여 N2 가스가 충전된 불활성 분위기 중에서 핫 플레이트(15A) 상에서 가열된다. 이와 같이 하여 기판(2)의 도금층(23)이 구워진다(Bake 처리).
도금층 소성부(15)에서, 도금층(23)을 구울 시의 소성 온도는, 150 ~ 200℃, 소성 시간은 10 ~ 30 분으로 되어 있다.
이와 같이 기판(2) 상의 도금층(23)을 구움으로써, 도금층(23) 내의 수분을 외부로 방출할 수 있고, 동시에 도금층(23) 내의 금속간 결합을 높일 수 있다.
이와 같이 하여 형성된 도금층(23)은, Cu 확산 방지층(배리어막)으로서 기능한다. 이어서 배리어막으로서 기능하는 도금층(23)이 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)에 있어서, 기판(2)의 도금층(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 나타내는 바와 같은 액처리 장치로 이루어지고, 기판(2)의 도금층(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, 예컨대 황산 구리, 질산 구리, 염화 구리, 브롬화 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 도금층 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 실시 형태에 따르면, 촉매층 형성부(13)에 있어서, 제 1 공급 공정 중에 기판(2)의 표면 전역에 촉매 용액을 공급하여, 기판(2)의 표면 전역에 균일한 기판 표면 촉매층(22A)을 형성할 수 있고, 또한 제 2 공급 공정 중에 오목부(2) 내면 전역에 촉매 용액을 공급하여, 오목부(2a) 내면 전역에 균일한 오목부 내면 촉매층(22B)을 형성할 수 있다.
<본 실시의 변형예>
이어서 본 발명의 변형예에 대하여 설명한다. 상기 실시 형태에 있어서, 제 1 공급 공정 중에 기판(2)을 회전시키면서, 노즐 헤드(104)의 토출 노즐(32)로부터 촉매 용액을 공급하고, 또한 토출 노즐(32)을 기판(2)의 중앙부(2A) 상방과 주연부(2B) 상방의 사이에서 왕복 이동시킨 예를 나타냈으나, 이에 한정되지 않고 스프레이 노즐(도시하지 않음)을 이용하여 기판(2)의 표면 전역에 촉매 용액을 스프레이 형상으로 분출해도 된다. 이 경우, 기판(2)은 회전시켜도 되고, 또한 기판(2)을 정지 시켜도 된다.
제 1 공급 공정에서 스프레이 노즐을 이용하여 기판(2)의 표면 전역에 촉매 용액을 스프레이 형상으로 분출하는 경우, 이 후의 제 2 공급 공정에서 스프레이 노즐의 분출 범위를 제어하여, 기판(2)의 중앙부에만 촉매 용액을 공급한다. 이 제 2 공급 공정 중, 기판(2)을 회전시킨다.
이와 같이 노즐 헤드(104)의 토출 노즐(32) 대신에 스프레이 노즐을 이용함으로써, 제 1 공급 공정에서 촉매 용액을 기판(2)의 표면 전역에 널리 퍼지도록 공급할 수 있고, 이에 의해 기판(2)의 표면 전역에 균일한 기판 표면 촉매층(22A)을 형성할 수 있다. 또한 제 2 공급 공정에서, 기판(2)의 표면 전역에 촉매 용액의 정류를 형성할 수가 있고, 오목부(2a) 내면 전역에 균일한 오목부 내면 촉매층(22B)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 전해 Cu 도금 처리로 전해 Cu 도금층이 충전되는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 전해 Cu 도금 처리 대신에 무전해 Cu 도금 처리로 Cu 도금층을 형성해도 된다.
또한 상기 실시예에서는, 도금층(23)을 구울 경우에, 도금층 소성부(15)의 밀폐 케이싱(15a) 내에서, 기판(2)을, N2 가스가 충전된 불활성 분위기 중에서 핫 플레이트(15A) 상에서 가열한 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 예컨대 저온화 또는 처리 시간의 단축을 목적으로서, 밀폐 케이싱(15a) 내를 진공으로 하여 기판(2)을 핫 플레이트(15A) 상에서 가열해도 된다.
또한 상기 실시예에서는, 도금층(23)을 도금층 소성부(15)에서 굽는 예를 나타냈지만, 이에 더하여, 도 5로 나타내는 촉매층 형성부(13)에 있어서, 기판(2)의 상방에 램프 조사부(200)(UV광 등) 또는, 기판(2)을 덮는 핫 플레이트(도시하지 않음) 등의 가열원을 마련하여, 촉매층 형성부(13) 내에서 촉매층(22)의 소성을 행해도 된다.
2 : 기판
2a : 오목부
10 : 도금 처리 시스템
11 : 기판 반송 암
12 : 밀착층 형성부
13 : 촉매층 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 : 촉매층
22A : 기판 표면 촉매층
22B : 오목부 내면 촉매층
23 : 도금층
24 : 무전해 Cu 도금층
25 : 전해 Cu 도금층
32 : 토출 노즐
92 : 노즐
104 : 노즐 헤드

Claims (11)

  1. 기판에 대하여 촉매층을 형성하는 촉매층 형성 방법에 있어서,
    오목부를 가지는 기판을 준비하는 공정과,
    상기 기판 상에 촉매를 포함하는 촉매 용액을, 상기 기판 표면 전역에 널리 퍼지도록 공급하여, 상기 기판 표면 전역에 촉매를 균일하게 흡착시켜, 상기 기판 표면에서 상기 오목부의 내면의 일부까지 도달하되 상기 오목부의 내면의 전역까지 연장되지 않는 기판 표면 촉매층을 형성하는 제 1 공급 공정과,
    상기 기판을 회전시키면서 상기 기판의 중앙부에 상기 촉매 용액을 공급하여, 상기 오목부 내면 전역에 촉매를 흡착시켜, 상기 기판 표면 촉매층과 함께 상기 오목부의 내면의 전역까지 연장되는 오목부 내면 촉매층을 형성하는 제 2 공급 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 촉매층 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공급 공정에 있어서, 상기 기판을 회전시키면서 상기 촉매 용액을 노즐로부터 공급하고, 또한 상기 노즐을 상기 기판의 중앙부 상방과 주연부 상방의 사이에서 왕복 이동시키는 것을 특징으로 하는 촉매층 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공급 공정에 있어서, 상기 촉매 용액을 스프레이 노즐로부터 스프레이 형상으로 상기 기판 전역에 분출시키는 것을 특징으로 하는 촉매층 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 공급 공정에 있어서, 상기 촉매 용액을 노즐로부터 공급하고, 또한 상기 노즐을 상기 기판의 상방에서 왕복 이동시키는 것을 특징으로 하는 촉매층 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 공급 공정에 있어서, 상기 촉매 용액을 노즐로부터 공급하고, 또한 상기 노즐을 상기 기판의 중앙부 상방에서 정지시키는 것을 특징으로 하는 촉매층 형성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 공급 공정에 있어서, 상기 촉매 용액을 스프레이 노즐로부터 스프레이 형상으로 상기 기판의 중앙부에 분출시키는 것을 특징으로 하는 촉매층 형성 방법.
  7. 기판에 대하여 촉매층을 형성하는 촉매층 형성 시스템에 있어서,
    오목부를 가지는 기판을 회전 가능하게 유지하는 기판 회전 유지 기구와,
    상기 기판 상에 촉매를 포함하는 촉매 용액을 상기 촉매 용액이 상기 기판 표면 전역에 널리 퍼지도록 공급하여, 상기 기판 표면 전역에 촉매를 균일하게 흡착시켜, 상기 기판 표면에서 상기 오목부의 내면의 일부까지 도달하되 상기 오목부의 내면의 전역까지 연장되지 않는 기판 표면 촉매층을 형성하는 제 1 공급부와,
    상기 기판 회전 유지 기구에 의해 상기 기판을 회전시키면서 상기 기판의 중앙부에 상기 촉매 용액을 공급하여, 상기 오목부 내면 전역에 촉매를 흡착시켜, 상기 기판 표면 촉매층과 함께 상기 오목부의 내면의 전역까지 연장되는 오목부 내면 촉매층을 형성하는 제 2 공급부를 구비한 것을 특징으로 하는 촉매층 형성 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 공급부는 상기 기판 회전 유지 기구에 의해 상기 기판을 회전시키면서 상기 촉매 용액을 공급하는 노즐을 가지고, 이 노즐은 상기 기판의 중앙부와 주연부의 사이에서 왕복 이동하는 것을 특징으로 하는 촉매층 형성 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 공급부는 상기 촉매 용액을 스프레이 형상으로 상기 기판 전역에 분출시키는 스프레이 노즐을 가지는 것을 특징으로 하는 촉매층 형성 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 공급부는 상기 기판 회전 유지 기구에 의해 상기 기판을 회전시키면서 상기 촉매 용액을 공급하는 노즐을 상기 기판의 중앙부 상방에서 정지시키는 것을 특징으로 하는 촉매층 형성 시스템.
  11. 촉매층 형성 시스템에 촉매층 형성 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체에 있어서,
    상기 촉매층 형성 방법은,
    기판에 대하여 촉매층을 형성하는 촉매층 형성 방법에 있어서,
    오목부를 가지는 기판을 준비하는 공정과,
    상기 기판 상에 촉매를 포함하는 촉매 용액을, 상기 촉매 용액이 상기 기판 표면 전역에 널리 퍼지도록 공급하여, 상기 기판 표면 전역에 촉매를 균일하게 흡착시켜, 상기 기판 표면에서 상기 오목부의 내면의 일부까지 도달하되 상기 오목부의 내면의 전역까지 연장되지 않는 기판 표면 촉매층을 형성하는 제 1 공급 공정과,
    상기 기판을 회전시키면서 상기 기판의 중앙부에 상기 촉매 용액을 공급하여, 상기 오목부 내면 전역에 촉매를 흡착시켜, 상기 기판 표면 촉매층과 함께 상기 오목부의 내면의 전역까지 연장되는 오목부 내면 촉매층을 형성하는 제 2 공급 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 기억 매체.
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