KR102589063B1 - 기판 홀더, 도금 장치 및 도금 방법 - Google Patents

기판 홀더, 도금 장치 및 도금 방법 Download PDF

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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

기판을 보유 지지하고, 기판을 도금액에 접촉시켜서 도금하기 위한 기판 홀더이며, 상기 기판의 표면에 형성된 시드층에 접촉하여 급전하기 위한 콘택트와, 상기 콘택트에 대하여 고전위측에 바이어스되거나, 또는, 상기 시드층보다도 낮은 자연 전위를 갖는 재료를 갖고 상기 시드층에 직접 또는 도전체를 통해 전기적으로 접속되는 보호 전극과, 상기 기판 홀더로 상기 기판이 보유 지지된 상태에 있어서, 상기 기판의 외주부, 상기 콘택트 및 상기 보호 전극을, 상기 기판 홀더의 외부에서 시일한 상태에서 수용함과 함께, 상기 보호 전극의 일부, 그리고 상기 시드층과 상기 콘택트의 접촉 개소를 적어도 덮는 액체를 보유 지지하는 내부 공간을 갖는 홀더 본체를 구비하는, 기판 홀더.

Description

기판 홀더, 도금 장치 및 도금 방법{SUBSTRATE HOLDER, PLATING EQUIPMENT, AND PLATING METHOD}
본 발명은, 기판 홀더, 도금 장치 및 도금 방법에 관한 것이다.
전해 도금에 있어서, 어떠한 결함(기판의 요철, 시일의 열화 등)에 의해, 기판 홀더 내에 대한 도금액의 누설이 발생하면, 홀더 내부에 침입한 도금액에 의해, 시드층이 부식 및/또는 용해되고, 도통 불량이 발생함으로써, 도금의 균일성이 저하되는 경우가 있다.
미국 특허 제7727366호 명세서(특허문헌 1) 및 미국 특허 제8168057호 명세서(특허문헌 2)에는, 기판의 시일의 편측을 유체로 가압하고, 시일의 반대 측으로부터의 유체의 침입을 방지하는 것이 기재되어 있다. 일본 특허 공개 제2020-117763호 공보(특허문헌 3) 및 일본 특허 공개 제2020-117765호 공보(특허문헌 4)에는, 기판의 외주부를 시일하여 수용하는 내부 공간에 액체를 주입하고, 내부 공간에 대한 도금액의 침입을 방지함으로써, 기판의 외주부 및 접촉 부재에 대한 도금의 석출을 방지하는 것이 기재되어 있다.
미국 특허 제7727366호 명세서 미국 특허 제8168057호 명세서 일본 특허 공개 제2020-117763호 공보 일본 특허 공개 제2020-117765호 공보
상기 특허문헌에 기재된 기술과 같은 대책을 강구해도, 기판의 요철, 시일의 열화 정도에 따라서는, 도금액이 내부 공간에 침입할 가능성이 있지만, 상기 특허문헌에는, 도금액이 내부 공간에 침입한 경우에 있어서의 유효한 대책은 전혀 기재 되어 있지 않다. 또한, 기판 홀더의 콘택트와 기판의 시드층을 국소적으로 액체(순수 등)로 덮어서 기판을 도금하는 웨트 콘택트법에서는, 도금액이 내부 공간에 침입하지 않는 경우에도, 액체 중의 용존 산소 농도 구배에 기인하는 국부 전지 작용에 의해, 시드층이 부식될 우려가 있다.
본 발명의 목적의 하나는, 기판의 시드층의 열화를 억제하는 기술을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적의 하나는, 기판 홀더가 시일된 공간에 도금액이 침입한 경우에도, 도금막 두께의 균일성이 저하되는 것을 억제하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 목적의 하나는, 기판 홀더가 시일된 공간에 도금액이 침입한 것을 조기에 발견하는 데에 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 기판을 보유 지지하고, 기판을 도금액에 접촉시켜서 도금하기 위한 기판 홀더이며, 상기 기판의 표면에 형성된 시드층에 접촉하여 급전하기 위한 콘택트와, 상기 콘택트에 대하여 고전위측에 바이어스되거나, 또는, 상기 시드층보다도 낮은 자연 전위를 갖는 재료를 갖고 상기 시드층에 직접 또는 도전체를 통해 전기적으로 접속되는 보호 전극과, 상기 기판 홀더로 상기 기판이 보유 지지된 상태에 있어서, 상기 기판의 외주부, 상기 콘택트 및 상기 보호 전극을, 상기 기판 홀더의 외부에서 시일한 상태에서 수용함과 함께, 상기 보호 전극의 일부, 그리고 상기 시드층과 상기 콘택트의 접촉 개소를 적어도 덮는 액체를 보유 지지하는 내부 공간을 갖는 홀더 본체를 구비하는, 기판 홀더가 제공된다.
도 1은, 일 실시 형태에 관한 도금 장치의 전체 구성을 도시하는 사시도이다.
도 2는, 일 실시 형태에 관한 도금 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다.
도 3은, 일 실시 형태에 관한 도금 장치의 도금 모듈의 구성을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는, 일 실시 형태에 관한 기판 홀더의 일부를 확대하여 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는, 도금 장치의 제어 방법의 흐름을 설명하는 설명도이다.
도 6은, 도금 장치의 제어 방법의 흐름을 설명하는 설명도이다.
도 7은, 일 예에 관한 보호 전극을 갖는 기판 홀더의 일부를 확대하여 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은, 일 예에 관한 보호 전극을 갖는 기판 홀더의 제2 보유 지지 부재의 평면도이다.
도 9는, 다른 예에 관한 보호 전극을 갖는 기판 홀더의 일부를 확대하여 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 10은, 다른 예에 관한 보호 전극을 갖는 기판 홀더의 제2 보유 지지 부재의 평면도이다.
도 11은, 보호 전극에 의한 시드층의 부식 방지의 원리를 설명하는 설명도이다.
도 12는, 통전 시험 모델의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 13은, 통전 시험 모델의 구성을 도시하는 사진이다.
도 14는, 통전 시험 모델의 일부를 확대한 사진이다.
도 15는, 보호 전극을 마련한 경우의 통전 시험의 결과를 나타내는 사진이다.
도 16은, 보호 전극을 마련하지 않은 경우의 통전 시험의 결과를 나타내는 사진이다.
도 17은, 제2 실시 형태에 관한 도금 장치의 도금 모듈의 구성을 설명하기 위한 모식도이다.
도 18은, 종형 도금 모듈의 기판 홀더의 내부 공간에 있어서, 불용해성 또는 용해성의 보호 전극을 콘택트에 대하여 고전위측에 바이어스한 구성을 도시한다.
도 19는, 종형 도금 모듈의 기판 홀더의 내부 공간에 있어서, 용해성의 보호 전극을 콘택트에 접속한 구성을 도시한다.
도 20은, 용존 산소 농도에 의한 시드층의 용해를 설명하는 설명도이다.
도 21은, 션트 전류에 의한 시드층의 용해를 설명하는 설명도이다.
도 22는, 션트 전류를 설명하는 등가 회로도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 관한 도금 장치(1000) 및 도금 방법에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 도면은, 물질의 특징의 이해를 용이하게 하기 위하여 모식적으로 도시되어 있고, 각 구성 요소의 치수 비율 등은 실제의 것과 동일하다고는 할 수 없다. 또한, 몇 가지의 도면에는, 참고용으로서, X-Y-Z의 직교 좌표가 도시되어 있다. 이 직교 좌표 중, Z 방향은 상방에 상당하고, -Z 방향은 하방(중력이 작용하는 방향)에 상당한다.
본 명세서에 있어서 「기판」에는, 반도체 기판, 유리 기판, 액정 기판, 프린트 회로 기판뿐만 아니라, 자기 기록 매체, 자기 기록 센서, 미러, 광학 소자, 미소 기계 소자, 또는 부분적으로 제작된 집적 회로, 그 밖의 임의의 피처리 대상물을 포함한다. 기판은 다각형, 원형을 포함하는 임의의 형상의 것을 포함한다. 또한, 본 명세서에 있어서 「전방면」, 「후방면」, 「상면」, 「하면」, 「프런트」, 「백」, 「상」, 「하」, 「좌」, 「우」 등의 표현을 사용하는 경우가 있지만, 이들은 설명의 편의상, 예시의 도면 지면 상에 있어서의 위치, 방향을 나타내는 것이고, 장치 사용 시 등의 실제의 배치에서는 다른 경우가 있다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 본 실시 형태의 도금 장치(1000)의 전체 구성을 도시하는 사시도이다. 도 2는, 본 실시 형태의 도금 장치(1000)의 전체 구성을 도시하는 평면도이다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 도금 장치(1000)는, 로드 포트(100), 반송 로봇(110), 얼라이너(120), 프리웨트 모듈(200), 프리소크 모듈(300), 도금 모듈(400), 세정 모듈(500), 스핀 린스 드라이어(600), 반송 장치(700) 및 제어 모듈(800)을 구비한다.
로드 포트(100)는, 도금 장치(1000)에 도시하고 있지 않은 FOUP 등의 카세트에 수용된 웨이퍼(기판)를 반입하거나, 도금 장치(1000)로부터 카세트에 기판을 반출하기 위한 모듈이다. 본 실시 형태에서는 4대의 로드 포트(100)가 수평 방향으로 나란하게 배치되어 있지만, 로드 포트(100)의 수 및 배치는 임의이다. 반송 로봇(110)은, 기판을 반송하기 위한 로봇이고, 로드 포트(100), 얼라이너(120) 및 반송 장치(700) 사이에서 기판을 전달하도록 구성된다. 반송 로봇(110) 및 반송 장치(700)는, 반송 로봇(110)과 반송 장치(700) 사이에서 기판을 전달할 때에는, 가배치 대(도시하지 않음)를 통해 기판의 전달을 행할 수 있다.
얼라이너(120)는, 기판의 기준면이나 노치 등의 위치를 소정의 방향으로 맞추기 위한 모듈이다. 본 실시 형태에서는 2대의 얼라이너(120)가 수평 방향으로 나란하게 배치되어 있지만, 얼라이너(120)의 수 및 배치는 임의이다. 프리웨트 모듈(200)은, 도금 처리 전의 기판의 피도금면을 순수 또는 탈기수 등의 처리액으로 적심으로써, 기판 표면에 형성된 패턴 내부의 공기를 처리액으로 치환한다. 프리웨트 모듈(200)은, 도금 시에 패턴 내부의 처리액을 도금액으로 치환함으로써 패턴 내부에 도금액을 공급하기 쉽게 하는 프리웨트 처리를 실시하도록 구성된다. 본 실시 형태에서는 2대의 프리웨트 모듈(200)이 상하 방향으로 나란하게 배치되어 있지만, 프리웨트 모듈(200)의 수 및 배치는 임의이다.
프리소크 모듈(300)은, 예를 들어 도금 처리 전의 기판의 피도금면에 형성한 시드층 표면 등에 존재하는 전기 저항이 큰 산화막을 황산이나 염산 등의 처리액으로 에칭 제거해서 도금 하지 표면을 세정 또는 활성화하는 프리소크 처리를 실시하도록 구성된다. 본 실시 형태에서는 2대의 프리소크 모듈(300)이 상하 방향으로 나란하게 배치되어 있지만, 프리소크 모듈(300)의 수 및 배치는 임의이다. 도금 모듈(400)은 기판에 도금 처리를 실시한다. 본 실시 형태에서는, 상하 방향으로 3대이면서 또한 수평 방향으로 4대 나란하게 배치된 12대의 도금 모듈(400)의 세트가 2개 있어, 합계 24대의 도금 모듈(400)이 마련되어 있지만, 도금 모듈(400)의 수 및 배치는 임의이다.
세정 모듈(500)은, 도금 처리 후의 기판에 남는 도금액 등을 제거하기 위해서 기판에 세정 처리를 실시하도록 구성된다. 본 실시 형태에서는 2대의 세정 모듈(500)이 상하 방향으로 나란하게 배치되어 있지만, 세정 모듈(500)의 수 및 배치는 임의이다. 스핀 린스 드라이어(600)는, 세정 처리 후의 기판을 고속 회전시켜서 건조시키기 위한 모듈이다. 본 실시 형태에서는 2대의 스핀 린스 드라이어(600)가 상하 방향으로 나란하게 배치되어 있지만, 스핀 린스 드라이어(600)의 수 및 배치는 임의이다. 반송 장치(700)는, 도금 장치(1000) 내의 복수의 모듈간에서 기판을 반송하기 위한 장치이다. 제어 모듈(800)은, 도금 장치(1000)의 복수의 모듈을 제어하도록 구성되어, 예를 들어 오퍼레이터와의 사이의 입출력 인터페이스를 구비하는 일반적인 컴퓨터 또는 전용 컴퓨터로 구성할 수 있다.
도금 장치(1000)에 의한 일련의 도금 처리의 일 예를 설명한다. 먼저, 로드 포트(100)에 카세트에 수용된 기판이 반입된다. 계속해서, 반송 로봇(110)은, 로드 포트(100)의 카세트로부터 기판을 꺼내어, 얼라이너(120)에 기판을 반송한다. 얼라이너(120)는, 기판의 기준면이나 노치 등의 위치를 소정의 방향으로 맞춘다. 반송 로봇(110)은, 얼라이너(120)로 방향을 맞춘 기판을 반송 장치(700)에 전달한다.
반송 장치(700)는, 반송 로봇(110)으로부터 수취한 기판을 프리웨트 모듈(200)에 반송한다. 프리웨트 모듈(200)은 기판에 프리웨트 처리를 실시한다. 반송 장치(700)는, 프리웨트 처리가 실시된 기판을 프리소크 모듈(300)에 반송한다. 프리소크 모듈(300)은 기판에 프리소크 처리를 실시한다. 반송 장치(700)는, 프리소크 처리가 실시된 기판을 도금 모듈(400)에 반송한다. 도금 모듈(400)은 기판에 도금 처리를 실시한다.
반송 장치(700)는, 도금 처리가 실시된 기판을 세정 모듈(500)에 반송한다. 세정 모듈(500)은 기판에 세정 처리를 실시한다. 반송 장치(700)는, 세정 처리가 실시된 기판을 스핀 린스 드라이어(600)에 반송한다. 스핀 린스 드라이어(600)는 기판에 건조 처리를 실시한다. 반송 장치(700)는, 건조 처리가 실시된 기판을 반송 로봇(110)에 전달한다. 반송 로봇(110)은, 반송 장치(700)로부터 수취한 기판을 로드 포트(100)의 카세트에 반송한다. 마지막으로, 로드 포트(100)로부터 기판을 수용한 카세트가 반출된다.
또한, 도 1이나 도 2에서 설명한 도금 장치(1000)의 구성은, 일 예에 지나지 않고, 도금 장치(1000)의 구성은, 도 1이나 도 2의 구성에 한정되는 것은 아니다.
(도금 모듈의 구성)
계속해서, 도금 모듈(400)에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 관한 도금 장치(1000)가 갖는 복수의 도금 모듈(400)은 마찬가지의 구성을 갖고 있으므로, 하나의 도금 모듈(400)에 대하여 설명한다.
도 3은, 본 실시 형태에 관한 도금 장치(1000)의 도금 모듈(400)의 구성을 설명하기 위한 모식도이다. 본 실시 형태에 관한 도금 장치(1000) 및 도금 모듈(400)은, 페이스 다운식, 컵식, 또는 횡형이라고 칭해지는 타입의 도금 장치 및 도금 모듈이다. 본 실시 형태에 관한 도금 장치(1000)의 도금 모듈(400)은, 주로, 도금조(10)와, 도금 헤드라고도 칭해지는 기판 홀더(30)와, 회전 기구(40)와, 경사 기구(45)와, 승강 기구(46)를 구비하고 있다. 단, 경사 기구(45)는 생략되어도 된다.
본 실시 형태에 관한 도금조(10)는, 상방에 개구를 갖는 바닥이 있는 용기에 의해 구성되어 있다. 도금조(10)는, 저벽과, 이 저벽의 외주연으로부터 상방으로 연장되는 외주벽을 갖고 있고, 이 외주벽의 상부가 개구하고 있다. 도금조(10)의 내부에는, 도금액 Ps가 저류되어 있다. 본 실시 형태에서는, 도금조(10)는, 원통 형상을 갖고 있다.
도금액 Ps로서는, 도금 피막을 구성하는 금속 원소의 이온을 포함하는 용액이면 되고, 그 구체예는 특별히 한정되는 것은 아니다. 본 실시 형태에 있어서는, 도금 처리의 일 예로서, 구리 도금 처리를 사용하고 있고, 도금액 Ps의 일 예로서, 황산구리 용액을 사용하고 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 도금액 Ps에는 소정의 첨가제가 포함되어 있다. 단, 이 구성에 한정되는 것은 아니고, 도금액 Ps는 첨가제를 포함하고 있지 않은 구성으로 할 수도 있다.
도금조(10)의 내부에는, 애노드(16)가 배치되어 있다. 애노드(16)의 구체적인 종류는 특별히 한정되는 것은 아니고, 용해 애노드나 불용해 애노드를 사용할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 애노드(16)로서 불용해 애노드를 사용하고 있다. 이 불용해 애노드의 구체적인 종류는 특별히 한정되는 것은 아니고, 백금이나 산화이리듐 등을 사용할 수 있다.
도금조(10)의 외측에는, 바닥이 있는 용기에 의해 구성되는 오버플로조(20)가 마련되어 있다. 오버플로조(20)는, 도금조(10)의 상단을 초과한 도금액 Ps를 일시적으로 저류한다. 일 예에서는, 오버플로조(20)의 도금액 Ps는, 오버플로조(20)용의 배출구(도시하지 않음)로부터 배출되어, 리저버 탱크(도시하지 않음)에 일시적으로 저류된 후에, 다시, 도금조(10)로 복귀된다.
도금조(10)의 내부에 있어서의 애노드(16)보다도 상방에는, 다공질의 저항체(17)가 배치되어 있다. 구체적으로는, 저항체(17)는, 복수의 구멍(세공)을 갖는 다공질의 판 부재에 의해 구성되어 있다. 저항체(17)보다도 하방측의 도금액 Ps는, 저항체(17)를 통과하여, 저항체(17)보다도 상방측으로 유동할 수 있다. 이 저항체(17)는, 애노드(16)와 기판 Wf 사이에 형성되는 전기장의 균일화를 도모하기 위하여 마련되어 있는 부재이다. 이러한 저항체(17)가 도금조(10)에 배치됨으로써, 기판 Wf에 형성되는 도금 피막(도금층)의 막 두께의 균일화를 용이하게 도모할 수 있다. 또한, 저항체(17)는 본 실시 형태에 있어서 필수적인 구성이 아니고, 본 실시 형태는 저항체(17)를 구비하고 있지 않은 구성으로 할 수도 있다.
기판 홀더(30)는, 캐소드로서의 기판 Wf를 보유 지지하는 부재이다. 구체적으로는, 기판 홀더(30)는, 애노드(16)보다도 상방(본 실시 형태에서는, 또한 저항체(17)보다도 상방)에 배치되어 있다. 기판 홀더(30)는, 기판 Wf의 하면 Wfa가 애노드(16)나 저항체(17)에 대향하도록 기판 Wf를 보유 지지하고 있다. 또한, 기판 Wf의 하면 Wfa는, 피도금면에 상당한다.
본 실시 형태에 관한 기판 홀더(30)는, 제1 보유 지지 부재(31)와, 제2 보유 지지 부재(32)와, 콘택트(50)와, 시일 부재(55)를 구비하고 있다. 제1 보유 지지 부재(31) 및 제2 보유 지지 부재(32)를 합쳐서 홀더 본체라고 칭하는 경우가 있다. 기판 홀더(30)는, 제1 보유 지지 부재(31) 및 제2 보유 지지 부재(32)에 의해 기판 Wf를 끼움 지지하도록, 기판 Wf를 보유 지지하고 있다. 제1 보유 지지 부재(31)는, 기판 Wf의 상면을 보유 지지하고 있다. 제2 보유 지지 부재(32)는, 기판 Wf의 하면 Wfa의 외주부를 보유 지지하고, 기판 Wf의 피도금면을 노출하는 개구를 갖고 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태에 관한 제2 보유 지지 부재(32)는, 시일 부재(55)를 통해, 기판 Wf의 하면 Wfa의 외주부를 보유 지지하고 있다. 기판 홀더(30)가 기판 Wf를 보유 지지할 때, 시일 부재(55)가 기판 Wf에 밀착하고, 콘택트(50) 및 기판 Wf의 콘택트 영역(기판 외주부의 콘택트(50)와 접촉하는 영역)을 도금액으로부터 보호하는 시일 공간(내부 공간)(33)이 형성된다.
기판 홀더(30)는, 회전 기구(40)의 회전축(41)에 접속되어 있다. 회전 기구(40)는, 기판 홀더(30)를 회전시키기 위한 기구이다. 회전 기구(40)로서는, 모터 등의 공지된 기구를 사용할 수 있다. 경사 기구(45)는, 회전 기구(40) 및 기판 홀더(30)를 경사지게 하기 위한 기구이다. 경사 기구(45)로서는, 피스톤·실린더 등의 공지된 경사 기구를 사용할 수 있다. 승강 기구(46)는, 상하 방향으로 연장되는 지지축(47)에 의해 지지되어 있다. 승강 기구(46)는, 기판 홀더(30), 회전 기구(40) 및 경사 기구(45)를 상하 방향으로 승강시키기 위한 기구이다. 승강 기구(46)로서는, 직동식의 액추에이터 등의 공지된 승강 기구를 사용할 수 있다.
기판 홀더(30)의 콘택트(50)는, 기판 홀더(30) 내의 배선(버스 바 등)을 통해, 직류 전원(90)의 부극에 접속되어 있고, 애노드(16)는, 배선을 통해 직류 전원(90)의 정극에 접속되어 있다. 직류 전원(90)에 의해, 기판 Wf와 애노드(16) 사이에, 도금액 Ps를 통해, 도금 전류로서 직류 전류 또는 펄스 전류가 흘려진다. 직류 전원(90)은, 정전류 구동되는 전원이다.
도금 처리를 실행할 때에는, 회전 기구(40)가 기판 홀더(30)를 회전시킴과 함께, 승강 기구(46)가 기판 홀더(30)를 하방으로 이동시켜서, 기판 Wf를 도금조(10)의 도금액 Ps에 침지시킨다. 또한, 이와 같이, 기판 Wf를 도금액 Ps에 침지시킬 때, 경사 기구(45)는 필요에 따라서 기판 홀더(30)를 경사지게 해도 된다. 이어서, 직류 전원(90)에 의해, 애노드(16)와 기판 Wf 사이에 도금액 Ps를 통해 전기를 흐르게 한다. 이에 의해, 기판 Wf의 하면 Wfa에, 도금 피막이 형성된다.
도금 모듈(400)의 동작은, 제어 모듈(800)에 의해 제어된다. 제어 모듈(800)은, 마이크로컴퓨터를 구비하고 있고, 이 마이크로컴퓨터는, 프로세서로서의 CPU(Central Processing Unit)(801)나, 비일시적인 기억 매체로서의 기억부(802) 등을 구비하고 있다. 제어 모듈(800)은, 기억부(802)에 기억된 프로그램의 지령에 기초하여 CPU(801)가 동작함으로써, 도금 모듈(400)의 피제어부를 제어한다. 프로그램은, 예를 들어 반송 로봇, 반송 장치의 반송 제어, 각 처리 모듈에 있어서의 처리의 제어, 도금 모듈에 있어서의 도금 처리의 제어, 세정 처리의 제어를 실행하는 프로그램, 각종 기기의 이상을 검출하는 프로그램을 포함한다. 기억 매체는, 불휘발성 및/또는 휘발성의 기억 매체를 포함하는 것이 가능하다. 기억 매체로서는, 예를 들어 컴퓨터로 판독 가능한 ROM, RAM, 플래시 메모리 등의 메모리나, 하드 디스크, CD-ROM, DVD-ROM이나 플렉시블 디스크 등의 디스크상 기억 매체 등의 공지된 것이 사용될 수 있다. 제어 모듈(800)은, 도금 장치 및 그 밖의 관련 장치를 통괄 제어하는 도시하지 않은 상위 컨트롤러와 통신 가능하게 구성되고, 상위 컨트롤러가 갖는 데이터베이스 사이에서 데이터의 교환을 할 수 있다. 제어 모듈(800)의 일부 또는 전부 기능은, ASIC 등의 하드웨어로 구성할 수 있다. 제어 모듈(800)의 일부 또는 전부 기능은, PLC, 시퀀서 등으로 구성해도 된다. 제어 모듈(800)의 일부 또는 전부는, 도금 장치의 하우징 내부 및/또는 외부에 배치할 수 있다. 제어 모듈(800)의 일부 또는 전부는, 유선 및/또는 무선에 의해 도금 장치의 각 부와 통신 가능하게 접속된다.
(기판 홀더)
도 4는, 기판 홀더(30)의 일부(도 3의 A1 부분)를 확대하여 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 실시 형태에 관한 기판 홀더(30)에는, 기판 Wf의 하면 Wfa의 외주부의 콘택트 영역에 접촉하여 기판 Wf에 전기를 급전하는 콘택트(50)가 배치되어 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태에 관한 콘택트(50)는, 기판 홀더(30)의 제2 보유 지지 부재(32)에 배치되어 있다. 본 실시 형태에 관한 콘택트(50)는, 기판 홀더(30)의 주위 방향(구체적으로는 제2 보유 지지 부재(32)의 주위 방향)에, 복수 배치되어 있다. 각 콘택트(50)는, 복수(예를 들어 4개)의 핑거라고 칭해지는 판상 전극을 구비하고 있다. 복수의 콘택트(50)는, 기판 홀더(30)의 주위 방향으로, 균등하게 배치되어 있다. 또한, 복수의 콘택트(50)의 수는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 실시 형태에서는, 일 예로서, 12개이다. 복수의 콘택트(50)는, 직류 전원(90)(도 3)과 전기적으로 접속되어 있고, 직류 전원(90)으로부터 공급된 전기를 기판 Wf(보다 상세하게는, 기판 Wf의 하면 Wa에 형성된 시드층 Sd)에 급전한다.
본 실시 형태에 관한 도금 모듈(400)은, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 도금조(10)의 도금액 Ps가 콘택트(50)에 접촉하는 것을 억제하기 위한 시일 부재(55)를 구비하고 있다. 시일 부재(55)는, 기판측을 향하여 돌출되도록 마련된 립부(55A)를 갖고, 립부(55A)가, 기판 Wf의 하면 Wfa에 접촉한다. 구체적으로는, 본 실시 형태에 관한 시일 부재(55)의 립부(55A)는, 콘택트(50)보다도 내측(기판 홀더(30)의 직경 방향에서 내측)에 배치되어 있고, 기판 홀더(30)에 기판 Wf가 보유 지지된 때에, 기판 홀더(30)의 제2 보유 지지 부재(32)와 기판 Wf의 하면 Wfa 사이에 끼움 지지된다. 이 예에서는, 립부(55A)는, 시일 부재(55)의 직경 방향 내측의 단부 부근에 마련되어 있다. 시일 부재(55)는, 예를 들어 기판 Wf의 외주부를 따르도록 링 형상을 갖고 있다. 도금 모듈(400)이 이러한 시일 부재(55)를 구비함으로써, 기판 Wf가 도금액 Ps에 침지된 경우에, 도금액 Ps가 콘택트(50)에 접촉하는 것이 효과적으로 억제된다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 기판 홀더(30)의 제2 보유 지지 부재(32)는, 외주벽(32A)과, 외주벽(32A)의 하단 부근에서 직경 방향 내측으로 돌출되는 기판 받침부(32B)를 구비하고 있다. 시일 부재(55)는, 기판 받침부(32)에 마련되어 있다. 제2 보유 지지 부재(32)는, 시일 부재(55)를 보유 지지하는 부재이기 때문에, 시일 링 홀더(SRH)라고도 칭해진다. 또한, 제2 보유 지지 부재(32)는, 복수의 부재를 조립한 구성으로 해도 된다. 예를 들어, 외주벽(32)와 기판 받침부(32B)가 별체로 마련되어, 서로 결합되어도 된다. 립부(55A)는, 기판 Wf에 접촉하여, 도 3에 도시하는 바와 같이, 기판 홀더(30) 내에 시일 공간(내부 공간)(33)을 형성하고, 콘택트(50)와 기판 Wf(후술하는 콘택트 영역의 시드층 Sd)의 접촉 개소를 도금액 Ps로부터 차폐/보호한다.
본 실시 형태에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 콘택트(50)의 기판 Wf와 접촉하는 접촉 부분(이 예에서는 선단부)을, 액체(60)로 덮은 상태에서, 기판 Wf에 도금 처리를 실시하는 것을 특징으로 한다. 액체(60)는, 순수, 탈기수, 그 밖의 액체(프리웨트, 프리소크, 세정 등의 처리에 사용되는 액체)라고 할 수 있다. 구체적으로는, 도금 처리 후에, 콘택트(50)를 장치로부터 떼어내는 일 없이 순수를 뿌릴 수 있는 세정 노즐(71)(도 6 참조)과, 세정 배액을 받는 액수 트레이(72)를 마련하고, 액수 트레이(72) 및/또는 세정 배액을 배출하는 세정 배관(73) 내에, 세정 배액의 전기 전도도(전도도)를 측정하는 전도도계(74)를 배치하고, 콘택트(50)의 세정도를 세정 배액의 전도도로부터 측정한다. 전도도가 실험 등에서 정한 소정의 역치를 하회한 때에 세정 노즐(71)로부터의 세정액의 공급을 멈춘다. 이에 의해, 콘택트(50)와 기판 Wf(시드층 Sd)의 접촉 개소를, 소정의 역치 미만으로 전도도가 관리된 액체(60)로 덮을 수 있다. 액체(60)의 전도도는, 내부 공간(33) 내의 도전 부재 사이에 액체(60)를 통해 전류가 흐르지 않는 전기적 절연 성능에 대응하는 것으로 한다. 단, 후술하는 보호 전극을 사용하는 경우에는, 시드층, 콘택트 등의 도전 부재와 보호 전극 사이에서 방식 전류가 흐르는 것을 허용하는 정도의 전도도여도 된다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 기판 Wf를 시일 링 홀더에 설치하고 있지 않은 경우에도, 항상 콘택트(50)의 선단이 액체(60)로 덮여 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 콘택트를 반복하여 사용함으로써 시드층 Sd 유래의 금속이 콘택트 선단에 부착된 경우에도, 후술하는 보호 전극에 의해 콘택트 선단이 보호 전극에 대하여 항상 저전위측에 바이어스됨으로써, 콘택트 선단에 부착된 금속이 산화되는 것을 억제할 수 있고, 콘택트 저항을 장기간에 걸쳐 안정화시킬 수 있다.
도금 처리 시에는, 콘택트(50)와 기판 Wf의 접촉 개소가, 소정의 역치 미만의 전도도의 액체(60)(예를 들어, 순수)로 덮인 상태에서, 콘택트(50)와 기판 Wf 사이에 전류를 흐르게 한다. 본 실시 형태에서는, 기판 받침부(32B)에, 콘택트(50)의 기판 Wf와 접촉하는 접촉 부분을 피복하기 위한 액체(60)를 보유 지지할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 시일 부재(55)(도 4의 예에서는 립부(55A))가 액체(60)가 직경 방향 내측으로 늘어지는 것을 억제 또는 방지하는 역할을 한다. 또한, 기판 받침부(32B)의 외주측에서는, 외주벽(32A)이 액체(60)의 이동을 규제하는 역할을 한다. 따라서, 기판 홀더(30)의 기판 받침부(32B), 시일 부재(55) 및 외주벽(32A)이 액체(60)를 보유 지지하는 용기부/저류부를 구성한다고 할 수도 있다(단, 액체(60)가 외주벽(32A)에 접촉하지 않아도 된다). 즉, 기판 홀더(30)는, 내부 공간(33)에 있어서 액체(60)를 보유 지지하는 용기부/저류부를 갖는다.
출원인에 의한 실험에 있어서, 본 실시 형태의 구성에서는, 세정 노즐(71)로부터의 순수 공급은 13mL 이상으로 하고, 그 동안에 적어도 기판 홀더(30)를 1주 회전시켜, 콘택트(50)에 균일하게 순수가 공급되도록 하였다. 13mL의 액량은, 콘택트(50)에 1핑거의 기판 Wf(시드층 Sd)와의 접촉 개소가 완전히 젖기 때문에 필요한 순수의 액량을 콘택트 12개분(기판 Wf 1주분) 더한 값이고, 바꿔 말하면, 기판 홀더(30)의 모든 콘택트(50)의 기판 Wf와의 접촉 개소가 완전히 젖기 때문에 필요한 순수의 액량이다. 출원인에 의한 실험에 의해, 액체(피복액)(60)의 전도도를 50μS/cm 이하로 하면, 기판 Wf의 시드층 Sd에 대한 대미지가 없는 것을 알 수 있었다(국제 특허 출원 번호 제2021/038404호 참조). 즉, 콘택트(50)의 세정 후, 콘택트(50)에 부착된 액체(예를 들어, 순수)을 털어내지 않고, 전도도가 소정의 역치 이하로 관리된 세정액을 그대로 다음 기판 처리용의 콘택트·기판 접촉 개소의 피복액(피복수)으로서 사용하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 콘택트를 건조시키는 수고를 줄일 수 있고, 또한 콘택트(50) 및 기판 Wf가 어중간하게 젖은 상태에서 도금 처리되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 출원인에 의한 다른 실험에서는, 후술하는 시드층 부식 방지용의 보호 전극을 마련하는 경우에는, 액체(60)의 전도도를 1000μS/cm 이하의 범위에서 상승시켜도, 기판 Wf의 시드층 Sd에 대한 대미지가 없는 것을 알 수 있었다. 따라서, 후술하는 보호 전극을 마련함으로써, 피복액의 전도도의 관리를 대폭으로 완화시킬 수 있다. 또한, 도금 전의 데스 캠 처리 등의 영향에 의해, 시드층 표면이 두꺼운 산화막으로 덮여 있는 것과 같은, 어떤 특정한 기판을 사용한 경우에는, 전도도가 50μS/cm 이하라도 통상보다도 부식이 진행되는 경우가 있는 것을 알 수 있었다. 이것은, 콘택트(50)를 시드층 Sd에 접촉시킬 때, 콘택트를 일정 이상의 힘으로 압박함으로써, 시드층 표면의 산화막 및 시드층의 일부를 깎아내고, 금속 표면을 노출시킴으로써 콘택트 저항을 작게 하고 있지만, 시드층 표면이 두꺼운 산화막으로 덮여 있는 경우, 금속 표면이 노출된 콘택트 근방만에 부식 부위가 집중함으로써, 통상보다도 부식이 진행된다고 생각된다. 이러한 경우에도, 후술하는 보호 전극을 마련함으로써, 부식을 효과적으로 억제할 수 있다.
후술하는 보호 전극을 사용하는 경우에는, 액체(60)의 전도도의 범위가 대폭으로 완화되므로, 전도도계 등을 사용한 액체(60)의 전도도의 관리를 생략해도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 프리웨트 처리 등의 전처리에서 적신 기판 Wf의 콘택트 영역(콘택트(50)와 접촉하는 영역)을 도금 종료까지 건조시키지 않는다. 이에 의해, 이하의 문제를 억제 또는 방지할 수 있다. 전처리에서 적신 기판의 콘택트 영역을 건조시키면, 주위의 패턴 개구 내까지 물이 빠지고, 도금 중에 패턴 개구 내에 기포가 남아서 이 부분이 도금되지 않은 이상이 발생할 우려가 있고, 또한, 어중간하게 건조시킨 기판의 콘택트 영역의 시드층 표면이 산화하여 도통 불량이 발생할 우려가 있다. 또한, 기판의 시드층과 콘택트의 접촉 개소가 어중간하게 젖어 있으면, 용존 산소에 기인하는 국부 전지 작용 및/또는 션트 전류(콘택트(50)와 기판 Wf의 시드층 Sd의 접촉 개소 이외에서 콘택트(50)와 시드층 Sd 사이에 액체를 통해 흐르는 분류)에 의해 시드층 Sd가 용해되고, 급전 변동을 발생시켜, 도금막 두께의 면내 균일성을 저하시킬 우려가 있다.
(시드층 부식의 원리)
도 20은, 용존 산소에 기인하는 국부 전지 효과에 의한 시드층의 용해를 설명하는 설명도이다. 공기로 채워진 시일 공간(33)(도 3)에 있어서 액체 Q에 도금액이 혼입될 경우를 생각한다. 이때, 동 도면에 도시하는 바와 같이, 공기 중의 산소 O2가 액체 Q에 용입하고, 시드층 Sd의 Cu가 O2에 전자를 전달하여, O2가 OH-가 됨과 함께, Cu가 Cu2+가 되어서 액체 Q에 녹기 시작하는 국부 전지의 작용이 발생하고, 시드층 Sd가 용해된다. 이 반응에 의해, 시드층 Sd로부터 Cu가 녹기 시작하여 시드층 Sd가 얇아져서 시드층 Sd의 전기 저항이 증가하고, 급전 변동을 발생시킬 가능성이 있다. 이 현상은, 기액 계면이 시드층 Sd로부터 가까운 것에 기인한다. 또한, 국부 전지 작용에 의한 시드층 Sd의 부식에 의해 시드층 Sd의 저항값이 높아지면, 후술하는 션트 전류에 의한 시드층 Sd의 용해도 발생하기 쉬워지고, 시드층 Sd의 용해가 더 진행하게 된다.
도 21은, 션트 전류에 의한 시드층의 용해를 설명하는 설명도이다. 도 22는, 션트 전류를 설명하는 등가 회로도이다. 도면 중, Itotal은, 콘택트에 흐르는 전류의 총합이고, Icw는 시드층과 콘택트의 접촉 개소를 통해 흐르는 전류이고, Ishunt는 션트 전류이다. Rcontact는, 콘택트(50)와 시드층 Sd 사이의 접촉 저항이고, Rwafer는 시드층 Sd의 전기 저항이고, Rdissolution은 션트 전류 경로의 시드층측의 용해 개소에 있어서의 전기 저항이고, Rdeposition은 션트 전류 경로의 콘택트측의 석출 개소에 있어서의 전기 저항이고, Relectrolyte는 도금액의 전기 저항을 나타낸다.
시일 공간(33) 내에서 콘택트(50)와 시드층 Sd의 접촉 개소가 전도도가 높은 액체 Q(예를 들어, 도금액 또는 도금액이 혼입된 액체)로 덮이는 경우, 시드층 Sd의 전기 저항 Rwafer, 및/또는 콘택트(50)와 시드층 Sd 사이의 접촉 저항 Rcontact가 높으면, 액체 Q 중의 이온 전도와, 시드층 Sd 표면 및 콘택트(50)의 표면에서의 산화 환원 반응에 의해, 시드층 Sd로부터 액체 Q를 통해 콘택트(50)에 흐르는 션트 전류 Ishunt(접촉 개소를 통하는 전류 Icw의 분류)가 발생한다. 션트 전류 Ishunt는, 시드층 Sd의 표면에서, Cu가 Cu2+로 되어 액체 Q 중에 녹기 시작하고, 액체 Q 중의 Cu2+가 콘택트(50)의 표면에서 Cu가 됨으로써 흐른다. 따라서, 션트 전류가 발생하면, 시드층 Sd의 Cu가 용해되어 시드층 Sd가 얇아져서 시드층 Sd의 전기 저항이 증가하고, 급전 변동이 발생할 가능성이 있다. 이 션트 전류는, 상술한 국부 전지 작용에 의해 국부적으로 시드층 Sd의 저항값이 증대한 경우에도 발생한다.
전술한 바와 같이, 50μS/cm 이하의 전도도의 액체로 콘택트-시드층 사이의 접촉 개소를 덮음으로써, 국부 전지 작용 및/또는 션트 전류에 의한 시드층의 부식(용해)을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 보호 전극(후술)을 사용함으로써 콘택트-시드층 사이의 접촉 개소를 덮는 피복 액체의 전도도를 1000μS/cm까지 증가시켜도, 국부 전지 작용 및/또는 션트 전류에 의한 시드층의 부식(용해)을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 5, 도 6은, 도금 장치의 제어 방법 흐름을 설명하는 설명도이다. 이들의 도면을 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 도금 장치의 제어 방법을 설명한다.
스텝 S11에서는, 프리웨트 모듈(200)에 있어서, 피도금면에 시드층 Sd가 마련된 기판 Wf에 프리웨트 처리를 실시한다. 프리웨트 처리에서는, 도금 처리 전의 기판의 피도금면을 순수 또는 탈기수 등의 처리액 Lp1로 적심으로써, 기판 표면에 형성된 레지스트 패턴 Rp 내부의 공기를 처리액 Lp1로 치환한다. 프리웨트 처리 후의 기판 Wf는 처리액 Lp1로 젖어 있고, 기판 Wf의 표면의 레지스트 패턴 Rp의 개구 내는 처리액 Lp1로 채워진다(도 5).
스텝 S12에서는, 프리소크 모듈(300)에 있어서, 기판 Wf에 프리소크 처리를 실시한다. 또한, 프리소크 처리는, 생략되는 경우도 있다. 프리소크 처리에서는, 예를 들어 도금 처리 전의 기판 Wf의 피도금면에 형성한 시드층 Sd 표면 등에 존재하는 전기 저항이 큰 산화막을 황산이나 염산 등의 처리액 Lp2로 에칭 제거하여 도금 하지 표면을 세정 또는 활성화한다. 또한, 프리소크 처리 후에, 기판 Wf를 순수 또는 탈기수 등의 처리액 Lp3으로 세정해도 된다. 프리소크 처리 후의 기판 Wf는 처리액 Lp2(또는 Lp3)로 젖어 있고, 기판 Wf의 표면의 레지스트 패턴 Rp의 개구 내는 처리액 Lp2(또는 Lp3)로 채워진다(도 5). 이하의 설명에서는, 처리액 Lp1, Lp2, Lp3을 총칭하여, 처리액 Lp라고 칭하는 경우가 있다.
스텝 S13에서는, 도금 모듈(400)에 반송된 기판 Wf를, 도금 헤드라고도 칭해지는 기판 홀더(30)에 설치한다. 이때, 도 5에 도시하는 바와 같이, 기판 Wf는 처리액 Lp(Lp1, Lp2, 또는 Lp3)로 젖어 있다. 기판 홀더(30)의 콘택트(50)의 접촉부(51)는, 후술하는 스텝 S15 및/또는 S17의 세정 처리에서 공급된 액체(60)의 피복액으로 덮여 있는 것으로 한다. 또한, 콘택트(50)의 접촉부(51)란, 콘택트(50)가 기판 Wf의 시드층 Sd에 접촉하는 부분(이 예에서는 콘택트(50)의 선단부)을 나타낸다.
스텝 S14에서는, 기판 홀더(30)에 보유 지지된 기판 Wf를 도금조(10) 내의 도금액 Ps에 침지시켜, 기판 Wf에 도금 처리를 실시한다. 또한, 도 5의 스텝 S14에서는, 기판 Wf의 레지스트 패턴 Rp는 생략되어 있다. 이때, 기판 홀더(30)의 콘택트(50)와 기판 Wf의 접촉 개소, 그리고, 보호 전극(후술)의 일부가, 액체(60)로 피복된다.
스텝 S15에서는, 도금 처리 후에 기판 홀더(30)를 도금조(10)의 도금액 Ps의 액면 상방으로 상승시켜, 세정액 노즐(61)로부터 공급되는 세정액에 의해 기판 Wf의 피도금면을 세정액으로 세정한다(도 6). 이때, 기판 홀더(30) 및/또는 세정액 노즐(61)을 회전시켜, 세정액이 기판 Wf에 균일하게 튀도록 해도 된다. 이 세정 처리에 의해, 기판 Wf에 부착되어 있는 도금액을 회수하고, 적절히 재이용할 수 있는, 및/또는 기판 Wf의 피도금면을 적심으로써 피도금면이 건조되는 것을 방지할 수 있다. 세정액은, 예를 들어 순수, 탈기수, 그 밖의 액체(프리웨트, 프리소크, 세정 등의 처리에 사용되는 액체)로 할 수 있다. 세정에 사용된 후의 세정액은, 기판 Wf의 하방에 배치된 액수 트레이(62)에 회수되어, 배액 배관(63)을 통해 배출된다. 액수 트레이(62) 및/또는 배액 배관(63)에 전도도계(64)를 마련하여, 회수된 세정액(순수)의 전도도를 측정하게 해도 된다. 또한, 회수된 세정액을 농도 조정한 후 또는 농도 조정하지 않고, 도금조(10)로 복귀하여 재이용하게 해도 된다. 세정 노즐(61) 및 액수 트레이(62)는, 예를 들어 기판 홀더(30)가 상승된 때에, 기판 홀더(30)의 하방으로 이동하고, 및 세정 처리 후에 기판 홀더(30)의 하방으로부터 퇴피할 수 있는 구성으로 할 수 있다.
스텝 S16에서는, 기판 홀더(30)로부터 기판 Wf를 떼어낸다. 떼어내어진 기판 Wff는, 세정 모듈(500), 스핀 린스 드라이어(600)에 순서대로 반송되어, 세정 처리 및 건조 처리를 실시한 후, 로드 포트(100)의 카세트에 반송된다(스텝 S18).
스텝 S17에서는, 기판 Wf를 떼어낸 후의 기판 홀더(30)의 콘택트(50) 및 시일 부재(55)를 세정 노즐(71)로부터 공급되는 소정량의 세정액(60)에 의해 세정한다. 이때, 기판 홀더(30)를 적어도 1주 회전시켜, 콘택트(50)에 균일하게 순수가 공급되도록 한다. 또한, 콘택트(50)에 적어도 1회 순수가 공급되면, 세정 노즐(71)을 회전시켜도 되고, 기판 홀더(30) 및 세정 노즐(71)의 양쪽을 회전시켜도 된다. 본 실시 형태에서는, 기판 Wf측과 기판 홀더(30)측의 양쪽을 적셔 둠으로써, 콘택트(50)와 기판 시드 Sd의 접점 부분을 충분한 양의 물로 피복하는 것을 담보할 수 있다. 세정액(60)은, 예를 들어 순수, 탈기수, 그 밖의 액체(프리웨트, 프리소크, 세정 등의 처리에 사용되는 액체)로 할 수 있다. 세정에 사용된 후의 세정액(60)은, 기판 Wf의 하방에 배치된 액수 트레이(72)에 회수되어, 배액 배관(73)을 통해 배출된다. 액수 트레이(72) 및/또는 배액 배관(73)에는 전도도계(74)가 마련되어 있고, 회수된 세정액(순수)의 전도도가 전도도계(74)에 의해 측정된다. 전도도계(74)로 측정된 전도도는, 제어 모듈(800)에 제공된다. 제어 모듈(800)은, 측정된 세정액의 전도도가 역치 미만인지의 여부를 판별한다. 제어 모듈(800)은, 세정액의 전도도가 역치 이상이라고 판정하는 경우에는, 세정 처리를 계속한다. 한편, 제어 모듈(800)은, 세정액의 전도도가 역치 미만이라고 판정하는 경우에는, 스텝 S13으로 복귀하여, 다음 기판 Wf가 도금 모듈(400)에 반입되는 것을 대기하고, 다음 기판 Wf를 기판 홀더(30)에 설치한다.
이상의 처리를 반복하여, 복수매의 기판 Wf에 순차 도금 처리를 실시한다. 또한, 최초의 기판 Wf를 도금 처리할 때, 또는, 전에 도금 처리된 기판 Wf가 도금 모듈(400)로부터 꺼내어진 시점부터 일정 시간 경과하고 있는 경우에는, 기판 홀더(30)의 콘택트(50)의 접촉부(51)가 건조되어 있을 또는 어중간하게 건조되어 있을 가능성이 있다. 또한, 세정 완료 시부터 시간이 경과하고 있으면, 기판 홀더 상의 세정액에 대기 중의 이산화탄소가 서서히 용해되어 전기 전도도가 증대하고, 역치를 초과할 우려도 있다. 이러한 경우에는, 기판 Wf를 도금 처리하기 전에, 스텝 S17의 처리를 실시하여 기판 홀더(30)의 콘택트(50)의 접촉부(51)를 액체(60)로 덮고, 그 후, 스텝 S13에서 기판 홀더(30)에 젖은 기판 Wf를 설치하도록 한다.
본 실시 형태에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 기판 받침부(32B)에, 콘택트(50)의 기판 Wf와 접촉하는 접촉 부분을 피복하기 위한 액체(60)를 보유 지지할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 시일 부재(55)(립부(55A))가, 액체(60)가 직경 방향 내측으로 늘어지는 것을 억제 또는 방지하는 역할을 한다. 또한, 기판 받침부(32B)의 외주측에서는, 외주벽(32A)이 액체(60)의 이동을 규제하는 역할을 한다. 따라서, 기판 홀더(30)의 기판 받침부(32B), 시일 부재(55) 및 외주벽(32A)이 액체(60)를 보유 지지하는 용기부/저류부를 구성한다고 할 수도 있다(단, 액체(60)가 외주벽(23A)에 접촉하지 않아도 된다). 즉, 시일 공간(내부 공간)(33)은, 액체(60)를 보유 지지하는 용기부/저류부를 구비한다. 바꿔 말하면, 홀더 본체(제1 보유 지지 부재(31), 제2 보유 지지 부재(32))는, 액체(60)를 보유 지지하는 용기부/저류부, 또는, 시일 공간(내부 공간)(33)을 구비한다.
(보호 전극)
기판 홀더(30)의 시일 공간(33) 내에서, 적어도 콘택트(50)과 시드층 Sd의 접촉 개소를 액체에 침지한 상태에서, 기판 Wf의 도금을 실시하는 (웨트 콘택트법)에서는, 전술한 바와 같이, 액체(예를 들어, 순수)의 전도도를 50μS/cm 이하로 관리하면, 국부 전지 작용 및 션트 전류를 억제하여, 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지할 수 있는 것이, 실험에 의해 알 수 있다. 본 실시 형태의 구성에서는, 또한, 후술하는 보호 전극(방식 전극이라고도 칭함)을 마련함으로써, 콘택트(50)를 덮는 액체의 전도도를 1000μS/cm 이하의 범위까지 확장해도, 기판 Wf의 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지할 수 있는 것을 알 수 있었다. 즉, 웨트 콘택트법에 있어서, 시드층 Sd의 근방에 보호 전극(238A, 238B)(도 7, 도 9)을 액체에 침지하여 배치함으로써, 액체의 전도도가 보다 높은 경우(도금액이 시일 공간에 소량 침입한 경우를 포함함)에도, 시드층 Sd의 부식을 효과적으로 억제할 수 있다.
(외부 전원형)
도 7은, 일 예에 관한 보호 전극(238A)을 갖는 기판 홀더(30)의 일부를 확대하여 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 8은, 일 예에 관한 보호 전극(238A)을 갖는 기판 홀더(30)의 제2 보유 지지 부재(32)의 평면도이다. 이 예에서는, 보호 전극(238A)을 시드층 Sd에 대하여 고전위측에 바이어스함으로써, 보호 전극(238A)을 애노드, 시드층 Sd를 캐소드로서 기능시켜서, 시드층 Sd의 부식을 억제한다. 동 도면에서는, 콘택트(50)는, 기판 홀더(30) 내에 배치된 버스 바(49)를 통해 급전되는 구성으로 도시한다.
본 실시 형태에서는, 보호 전극(238A)은, 콘택트(50) 사이에 절연용의 스페이서(239)를 통해 배치된다. 스페이서(239)는, 보호 전극(238A)과 콘택트(50) 사이를 전기적으로 절연하기 위한 구성이다. 보호 전극(238A)과 콘택트(50) 사이의 전기적 절연을 확보할 수 있도록 양자를 이격하여 배치하면, 스페이서(239)를 생략 해도 되고, 그 밖의 임의의 수단으로 양자의 전기적 절연을 확보해도 된다. 또한, 기판 홀더(30)의 내부 공간(33)이라고 하는 제한된 스페이스로 보호 전극(238A)과 콘택트(50) 사이의 전기적 절연을 확보하기 위해서, 스페이서(239)에 의한 분리는 유효하다.
(외부 전원형, 불용해성의 보호 전극)
보호 전극(238A)은, 예를 들어 시드층 Sd의 재료보다도 자연 전위(표준 전극 전위)가 귀한 재료로 형성되는 또는 그러한 재료로 코팅된 불용해성의 전극이다. 시드층 Sd의 재료보다도 자연 전위가 귀한 재료란, 액체(60) 중에 시드층 Sd 및 보호 전극(238A)이 침지된 상태에서, 시드층 Sd보다도 애노드가 되기 어려운(캐소드가 되기 쉬운) 재료인 것을 의미한다. 또한, 보호 전극(238A)의 재료는, 고전위측에 바이어스된 때에, 전극 반응에 의해 산소가 발생할 때의 산소 과전압이 너무 크지 않고, 재료 성분이 용출되거나 부식되거나 하는 일이 없는, 안정된 재료인 것이 바람직하다. 보호 전극(238A)의 재료는, 산소 발생용의 불용해성 전극으로서 일반적으로 사용되는 재료를 사용할 수 있고, 예를 들어 Pt, Pt/Ti, Pt/SUS, IrO2/Ti로 할 수 있다.
보호 전극(238A)은, 시드층 Sd의 부식 억제의 관점에서, 부식의 가능성이 높은 기판 Wf의 외주부(에지부)의 시드층 Sd(콘택트 영역)의 근방에 배치되는 것이 바람직하고, 도 8에 도시하는 바와 같이, 실질적으로 기판 Wf의 에지 전체 둘레에 대향하는 위치에 마련된다. 보호 전극(238A)과 기판 Wf의 에지 사이의 거리는, 예를 들어 10mm 이하인 것이 바람직하다. 동 도면에서는, 보호 전극(238A)은, 기판 Wf의 에지 전체 둘레(기판 홀더(30)의 전체 둘레)에 걸쳐서 연속하여 형성되어 있지만, 콘택트(50)의 각 블록에 대응하도록, 분할되어서 마련되어도 된다. 또한, 기판 Wf의 외주부(에지부)란, 예를 들어 기판 Wf가 기판 홀더(30)로 보유 지지된 때에, 시일 공간(33) 내에 배치되는 기판의 부분이다.
보호 전극(238A)은, 도 7에 도시하는 바와 같이, 그 적어도 일부가 액체(60)에 접촉 또는 침지되게 배치되어 있다. 또한, 보호 전극(238A)은, 직류 전원(236)의 정극에 접속되고, 콘택트(50)(시드층 Sd)는 버스 바(49)를 통해 직류 전원(236)의 부극에 접속된다. 이에 의해, 보호 전극(238A)을 시드층 Sd에 대하여 고전위측에 바이어스하고, 보호 전극(238A)을 애노드, 시드층 Sd를 캐소드로서 기능시킴으로써, 시드층 Sd에 있어서 Cu의 산화 반응을 억제하고, 시드층 Sd의 부식(용해)을 억제한다. 직류 전원(236)은, 정전압 구동 또는 정전류 구동되는 바이어스용의 전원이고, 2V 정도의 전압을 보호 전극(238A)과 시드층 Sd 사이에 인가할 수 있으면 된다. 일 예에서는, 직류 전원(236)은, 1.5V의 건전지를 사용할 수 있다. 직류 전원으로서, 전해 도금 장치 등에 일반적으로 사용되는 안정화 전원을 사용할 수도 있다. 안정화 전원에 미리 상한 전압 값 및 상한 전류값을 설정해 두고, 상한 전류값 이하에서는 정전압 구동을 하고, 상한 전류값에 달한 때에 정전류 구동으로 전환할 수 있다. 이에 의해, 도금액의 누설 등에 의해, 액체(60)의 전도도가 급격하게 상승한 때에, 필요 이상의 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 시드층 Sd에 대한 보호 전극(238A)의 전압은, 시드층 Sd와 보호 전극(238A)의 자연 전위의 차보다 충분히 큰 전압인 것이 바람직하다. 예를 들어, 황산구리 도금액(구리 50g/L, 황산 100g/L, 염소 50mg/L)의 0.1％ 희석액(전도도 약 1000μS/cm) 중의 구리와 백금의 자연 전위의 차는, 약 0.5V인 점에서, 시드층 Sd의 재질이 구리이고, 보호 전극(238A)의 재질이 백금인 경우, 0.5V보다도 충분히 큰 전압을 인가하는 것이 바람직하다.
도 11은, 보호 전극에 의한 시드층의 부식 방지의 원리를 설명하는 설명도이다. 불용해성의 보호 전극(238A)에 의한 부식 방지의 메커니즘은, 이하와 같다. 액체(60) 중에 있어서, 보호 전극(238A)의 근방에서는, 2H2O→O2+4H++4e(물의 분해)의 산화 반응이 발생한다. 한편, 액체(60) 중에 있어서, 시드층 Sd의 근방에서는, O2+4H++4e→2H2O(물의 생성), 2H++2e→H2(수소의 생성), Cu2++2e→Cu(액체(60) 중에 도금액이 혼입된 경우)의 환원 반응이 발생한다. 이와 같이 하여, 보호 전극(238A)에 의해 시드층 Sd의 부식이 억제 또는 방지된다.
즉, 액체(60)에 용존 산소 농도의 구배(도 20)가 발생했다고 해도, 보호 전극(238A)을 애노드, 시드층 Sd를 캐소드로서 기능시킴으로써, 시드층 Sd에 있어서 Cu의 산화 반응을 억제하고, 국부 전지 작용에 의한 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지하고, 도금막 두께의 균일성 저하를 억제 내지 방지할 수 있다.
또한, 내부 공간(33)에 대한 도금액의 누설에 의해 액체(60) 중에 도금액이 혼입했다고 해도, 보호 전극(238A)을 애노드, 시드층 Sd를 캐소드로서 기능시킴으로써, 시드층 Sd에 있어서 Cu의 산화 반응을 억제하고, 국부 전지 작용(도 20) 및 션트 전류(도 21)에 기인하는 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지하고, 도금막 두께의 균일성 저하를 억제 내지 방지할 수 있다. 또한, 시드층 Sd 표면에 산화막이 존재하는 경우, 충분히 큰 전압(예를 들어 4V 이상)을 보호 전극(238A)- 콘택트(50) 사이에 인가함으로써, 산화막을 금속으로 환원할 수도 있다. 이에 의해, 시드층 표면이 두꺼운 산화막(예를 들어 두께 50nm)으로 덮인 특정한 기판을 사용한 경우에도, 콘택트 저항을 안정화할 수 있음과 함께, 콘택트 근방에 시드층의 부식이 집중하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 시드층의 부식을 또한 효과적으로 억제할 수 있다. 예를 들어, 이러한 기판을 사용하는 경우에, 도금 전, 혹은 도금 개시 초기에 큰 전압을 인가하여 시드층 표면의 산화막을 환원하고, 그 후, 시드층의 부식을 방지하기에 충분한 전압으로 낮추어서 도금 처리할 수도 있다. 또한, 시드층 표면의 산화막과 마찬가지로, 콘택트 선단에 산화막이 존재하는 경우에도 금속으로 환원할 수 있다. 예를 들어, 장기간의 사용에 의해 콘택트 선단에 시드층 유래의 금속이 부착되고, 산화한 경우에 유효하다. 이 조작은 기판 Wf가 존재하지 않는 경우라도 실행할 수 있기 때문에, 도금 처리를 하고 있지 않은 아이들링 시 등에 실시할 수 있다. 콘택트 선단의 산화막을 환원함으로써, 산화막 형성에 의해 커진 콘택트 저항을 개선시킬 수 있다.
(외부 전원형, 용해성의 보호 전극)
보호 전극(238A)의 재료로서, 시드층 Sd의 재료와 자연 전위(표준 전극 전위)가 동일 정도의 재료를 사용해도 된다. 이 경우, 직류 전원(236)에 의해 보호 전극(238A)을 시드층 Sd에 대하여 고전위측에 바이어스함으로써, 보호 전극(238A)을 시드층 Sd보다 우선하여 용해시켜, 보호 전극(238A)을 희생 전극(용해성의 전극)으로서 기능시킨다. 보호 전극(238A)의 재료는, 예를 들어 시드층 Sd와 동일한 재료로 할 수 있다. 보호 전극(238A)의 재료는, 도금 금속과 동일한 재료의 도전체를 사용할 수 있고, 예를 들어 용해성 애노드와 마찬가지로, 인 함유 구리로 이루어지는 전극을 사용할 수 있다. 또한, 보호 전극(238A)의 재료로서, 시드층 Sd보다도 비(卑)한(낮은) 자연 전위를 갖는 재료를 사용해도 된다. 이 경우, 보호 전극(238A)이 보다 용해되기 쉬워지고, 희생 전극으로서의 기능이 향상된다고 생각된다.
용해성의 보호 전극(238A)에 의한 부식 방지의 메커니즘은, 이하와 같다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 액체(60) 중에 있어서, 용해성의 보호 전극(238A)의 근방에서는, M→Mn++ne(예를 들어, Cu→Cun++ne)의 산화 반응이 발생한다. 한편, 액체(60) 중에 있어서, 시드층 Sd의 근방에서는, O2+4H++4e→2H2O(물의 생성), 2H++2e→H2(수소의 생성), Cu2++2e→Cu의 환원 반응이 발생한다. 이와 같이 하여, 용해성의 보호 전극(238A)이 시드층 Sd의 Cu에 우선하여 용해되고, 시드층 Sd의 부식이 억제 또는 방지된다.
즉, 액체(60)에 용존 산소 농도의 구배(도 20)가 발생했다고 해도, 용해성의 보호 전극(238A)이 시드층 Sd에 우선하여 용해함으로써, 국부 전지 작용에 의한 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지하고, 도금막 두께의 균일성의 저하를 억제 내지 방지할 수 있다.
또한, 내부 공간(33)에 대한 도금액의 누설에 의해 액체(60) 중에 도금액이 혼입했다고 해도, 용해성의 보호 전극(238A)이 시드층 Sd에 우선하여 용해됨으로써, 국부 전지 작용(도 20) 및 션트 전류(도 21)에 기인하는 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지하고, 도금막 두께의 균일성의 저하를 억제 내지 방지할 수 있다.
(누설 검지)
불용해성 및 용해성의 보호 전극(238A)의 어느 것에 있어서도, 직류 전원(236A) 내 또는 직류 전원(236A)으로부터의 배선 상에 전류 검출기(237)를 마련해도 된다. 이 상태에서, 제어 모듈(800)이, 보호 전극(238A)과, 콘택트(50)(또는 버스 바(49)) 사이에 흐르는 전류 또는 그것들 사이의 전기 저항을 모니터한다. 보호 전극(238A)과 콘택트(50)(또는 버스 바(49)) 사이에 흐르는 전류는, 내부 공간(33) 내의 액체(60)를 흐르는 전류에 상당한다. 보호 전극(238A)과 콘택트(50)(버스 바(49)) 사이의 전기 저항은, 내부 공간(33) 내의 액체(60)의 전기 저항에 상당한다.
보호 전극(238A)에 대한 직류 전압의 인가 및 전류(전기 저항)의 검출은, 제어 모듈(800)에 의해 제어된다. 제어 모듈(800)은, 전류 검출기(237)를 통해 보호 전극(238A)에 흐르는 전류(내부 공간(33)의 액체(60)에 흐르는 전류)를 취득하고, 이 전류에 기초하여 내부 공간(33)에 대한 도금액의 누설을 검출한다. 이것 대신에 또는 추가하여, 제어 모듈(800)은, 보호 전극(238A)에 흐르는 전류를 취득하고, 보호 전극(238A)과 콘택트(50)(버스 바(49)) 사이의 전압과, 검출한 전류로부터, 액체(60)의 전기 저항값을 산출하고, 전기 저항값에 기초하여 누설을 검출한다.
내부 공간(33)에 대한 도금액의 누설이 발생하고 있지 않은 경우, 내부 공간(33) 내의 액체(60)의 전기 저항이 극히 높으므로, 보호 전극(238A)과 콘택트(50)(버스 바(49)) 사이에 전류는 흐르지 않거나, 또는, 보호 전극(238A)으로부터 콘택트(50)(버스 바(49))로 물의 분해·생성 반응, 수소의 생성 반응에 수반하는 방식 전류가 흐르지만, 도금액 누설 시에 흐르는 전류와 비교하면 매우 작다. 한편, 누설이 발생하면, 액체(60)에 도금액이 혼입되어서 액체(60)의 전기 저항이 낮아지고, 보호 전극(238A)과 콘택트(50)(버스 바(49)) 사이에 전류가 흐른다(또는 전류가 증가한다). 이와 같이 하여, 보호 전극(238A)에 의해, 내부 공간(33) 내에 대한 도금액의 누설을 검출할 수 있다.
이 구성에서는, 보호 전극(238A)과 콘택트(50)(버스 바(49)) 사이의 전류(전기 저항)을 모니터함으로써, 내부 공간(33)에 대한 도금액의 누설의 유무를 조기에 검출할 수 있다. 따라서, 도금액의 누설이 발생했다고 해도, 보호 전극(238A)에 의해 도금액의 누설을 조기에 검출하고, 기판 홀더(30)의 이상 및 시일의 교환 시기를 조기에 검지하는 것이 가능하다. 또한, 만일 시드층 Sd가 부식될 수 있는 양의 도금액 누설이 발생해도, 상술한 바와 같이 보호 전극(238A)에 의해 Cu의 용해가 억제되므로, 시드층의 부식이 억제 또는 방지된다. 따라서, 도금액의 누설을 조기에 검출하고, 도금막 두께의 균일성의 저하를 억제 내지 방지할 수 있다. 보호 전극(238A)을 콘택트(50)의 각 블록에 대응하도록 복수로 분할하여 배치하고, 각각을 개별의 직류 전원(236) 및 전류 검출기(237)에 접속하고, 직류 전압의 인가와 도금액의 누설 검출을 행할 수도 있다. 이에 의해, 도금액의 누설이 발생한 때의 발생 개소를 어느 정도 특정 가능함과 함께, 각 블록에 흐르는 방식 전류를 개별로 제어함으로써, 도금액의 누설이 발생한 경우에도, 보다 효과적으로 시드층 Sd의 부식을 억제할 수 있다.
또한, 도 7에서는, 보호 전극(238A)과 콘택트(50)(버스 바(49)) 사이에 직류 전원(236)에 의한 직류 전압을 인가하여, 전류 검출기(237)에 의해 직류 전류를 검출하는 구성으로 하고 있지만, 직류 전원(236) 대신에 교류 전원을 사용하고, 전류 검출기로 보호 전극(238A)과 콘택트(50)(버스 바(49)) 사이의 교류 전류 또는 임피던스를 모니터하여, 누설을 검출하도록 해도 된다.
또한, 전류 검출기(237)(누설 검출)을 생략하여, 보호 전극(238A)을 시드층의 부식 방지용의 전극으로서만 사용해도 된다.
(직접 접속형, 용해성의 보호 전극)
도 9는, 다른 예에 관한 보호 전극(238B)을 갖는 기판 홀더(30)의 일부를 확대하여 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 10은, 다른 예에 관한 보호 전극(238B)을 갖는 기판 홀더(30)의 제2 보유 지지 부재(32)의 평면도이다. 이 예에서는, 보호 전극(238B)으로서, 시드층 Sd의 재료보다도, 애노드가 되기 쉬운 재료(비한(낮은) 자연 전위를 갖는 재료)의 전극을 희생 전극으로서 사용한다. 이 예에서는, 보호 전극(238B)과 시드층 Sd의 자연 전위의 차를 이용하여, 보호 전극(238A)을 애노드, 시드층 Sd를 캐소드로서 기능시킴으로써, 시드층 Sd에 있어서 Cu의 산화 반응을 억제하고, 시드층의 부식(용해)을 억제한다. 동 도면에서는, 콘택트(50)는, 기판 홀더(30) 내에 배치된 버스 바(49)를 통해 급전되는 구성으로 도시한다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 보호 전극(238B)은, 콘택트(50)에 고정됨으로써 전기적으로 접속되고, 콘택트(50)를 통해 시드층 Sd에 전기적으로 접속된다. 보호 전극(238B)은, 시드층 Sd의 재료보다도 자연 전위(표준 전극 전위)가 비한 재료로 형성되는 용해성의 전극이다. 시드층 Sd의 재료보다도 자연 전위가 비(卑)한 재료란, 시드층 Sd의 재료보다도 자연 전위가 낮은 재료이고, 시드층 Sd보다도 애노드가 되기 쉬운 재료인 것을 의미한다. 시드층 Sd가 Cu인 경우에는, 보호 전극(238B)의 재료는, 예를 들어 Al, Zn, Fe 등에서 선택할 수 있다. 이들 중에서도, 황산구리 도금액(구리 50g/L, 황산 100g/L, 염소 50mg/L)의 0.1％ 희석액(전도도 약 1000μS/cm) 중의 자연 전위는 Zn이 가장 낮고(Cu에 대하여 약-1.1V), 시드층의 부식 억제 효과가 높다. 또한, 보호 전극(238B)은, 콘택트(50) 이외의 도전체를 통해 시드층 Sd에 전기적으로 접속되어도 되고, 콘택트(50) 이외의 도전체를 통해 콘택트(50)에 전기적으로 접속되어도 된다. 또한, 기판 홀더(30)로 기판 Wf를 보유 지지한 때에, 보호 전극(238B)이 직접 시드층 Sd에 접촉하여 전기적으로 접속되는 구성으로 해도 된다. 본 실시 형태와 같이, 보호 전극(238B)을 직접 콘택트(50)에 고정하는 경우에는, 보호 전극(238B)을 시일 공간(33) 내에 설치하기 위한 구성을 간이하게 할 수 있다.
보호 전극(238B)은, 시드층 Sd의 부식 억제의 관점에서, 부식의 가능성이 높은 기판 Wf의 외주부(에지부)의 시드층 Sd(콘택트 영역)의 근방에 배치되는 것이 바람직하고, 도 10에 도시하는 바와 같이, 실질적으로 기판 Wf의 에지 전체 둘레에 대향하는 위치에 마련된다. 보호 전극(238B)과 기판 Wf의 에지 사이의 거리는, 예를 들어 10mm 이하인 것이 바람직하다. 동 도면에서는, 보호 전극(238B)은, 콘택트(50)의 각 블록에 대응하도록 분할하여 마련되어 있지만, 기판 Wf의 에지 전체 둘레(기판 홀더(30)의 전체 둘레)에 걸쳐서 연속하여 마련해도 된다.
보호 전극(238B)은, 도 9에 도시하는 바와 같이, 그 적어도 일부가 액체(60)(순수 등)에 접촉 또는 침지되게 배치되어 있다. 보호 전극(238B)은, 시드층보다도 비한 자연 전위를 갖고, 또한, 콘택트(50)를 통해 시드층 Sd에 전기적으로 접속되어 있기 때문에, 시드층 Sd보다도 우선하여 용해되는 희생 전극으로서 기능하고, 시드층 Sd가 부식되는 것을 억제하는 부식 방지용의 전극(방식 전극)으로서 기능한다.
시드층 Sd보다 비한 자연 전위를 갖는 보호 전극(238B)에 의한 부식 방지의 메커니즘은, 도 11에 있어서, 직류 전원(236)을 생략하여, 보호 전극(238A)을 콘택트(50)에 단락시킨 경우에 상당한다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 액체(60) 중에 있어서, 보호 전극(238B)의 근방에서는, M→Mn++ne(예를 들어, Al→Al3++3e)의 산화 반응이 발생하고, 보호 전극(238B)의 재료 M이 액체(60) 중에 용해한다. 한편, 액체(60) 중에 있어서, 시드층 근방에서는, O2+4H++4e→2H2O(물의 생성), 2H+2e→H2(수소의 생성), Cu2++2e→Cu(액체(60) 중에 도금액이 혼입된 경우)의 환원 반응이 발생한다. 이와 같이, 보호 전극(238B)이 시드층 Sd에 우선하여 용해됨으로써, 시드층 Sd의 부식이 억제 또는 방지된다.
즉, 액체(60)에 용존 산소 농도의 구배(도 20)가 발생했다고 해도, 용해성의 보호 전극(238B)이 시드층 Sd에 우선하여 용해됨으로써, 국부 전지 작용에 의한 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지하고, 도금막 두께의 균일성의 저하를 억제 내지 방지할 수 있다.
또한, 내부 공간(33)에 대한 도금액의 누설에 의해 액체(60) 중에 도금액이 혼입했다고 해도, 용해성의 보호 전극(238B)이 시드층 Sd에 우선하여 용해함으로써, 국부 전지 작용(도 20) 및 션트 전류(도 21)에 기인하는 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지하고, 도금막 두께의 균일성 저하를 억제 내지 방지할 수 있다.
이 예에 관한 보호 전극(238B)에 의하면, 보호 전극(238B)을 바이어스하기 위한 외부 전원이 불필요하기 때문에, 도금 모듈의 구조를 간략화할 수 있다. 또한, 보호 전극(238B)의 표면은, 애노드 백이나 격막 등으로 덮는 것이 바람직하다. 이에 의해, 보호 전극(238B)이 부식될 때에 표면에 생성된 산화물이나 수산화물이 전극 표면으로부터 탈락하고, 기판 홀더(30) 내가 오염되는 것을 방지할 수 있다.
(통전 시험 모델)
도 12는, 보호 전극의 효과를 시험하기 위한 통전 시험 모델의 모식도를 도시한다. 도 13은, 통전 시험 모델의 구성을 도시하는 사진이고, 도 14는, 통전 시험 모델의 일부를 확대한 사진이다. 이 통전 시험 모델에서는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 불용해성의 보호 전극(238A)을 사용하고, 직류 전원(236)에 의해 보호 전극(238A)을 콘택트(50)(시드층 Sd)에 대하여 고전위측에 바이어스한다. 또한, 통전 시험에서는, 보호 전극(238A)으로서, Pt의 와이어(직경 0.4mm)를 사용하였다. 또한, 직류 전원(90)에 의해 콘택트(50)와 시드층 Sd의 콘택트(50)로부터 이격된 부분 사이에, 도금 전류에 대응하는 전류를 흐르게 하여 통전 시험을 실시한다. 즉, 기판 Wf의 시드층 Sd와 애노드(16)(도 3) 사이에 도금 전류를 흐르게 하는 대신, 시드층 Sd의 콘택트(50)와의 접속부와, 콘택트(50)로부터 이격된 부분 사이에, 도금 전류에 모방한 전류를 흐르게 함으로써, 도금 처리를 모델화한 통전 시험을 실시하는 것이다. 또한, 기판 Wf는, 레지스트 패턴 등의 패턴이 형성되어 있지 않은 블랭킷 웨이퍼(Blanket Wafer)를 사용하였다. 콘택트(50)와 시드층 Sd의 접촉부 및 보호 전극(238A)의 일부를 액체(60)로 피복하여 통전 시험을 실시하였다.
실제의 통전 시험 모델의 사진을 도 13 및 도 14에 도시한다. 이들 도면에 도시하는 바와 같이, 기판 Wf로서의 블랭킷 웨이퍼가, 지그(901)에 의해 상하로부터 끼워져서 고정되어 있고, 기판 Wf의 일단이 콘택트(50)에 접촉되어 있다. 콘택트(50)는, 지그(902)에 의해 보유 지지되어 있다. 기판 Wf의 타단과, 콘택트(50)는, 각각, 직류 전원(90)의 정극 및 부극에 접속되어 있다. 또한, 도 14에 도시하는 바와 같이, 콘택트(50)의 하방에는, Pt 와이어로 이루어지는 보호 전극(238A)이 배치되고, Pt 와이어의 일단은, L자형으로 절곡되고, 콘택트(50)의 간극으로부터 상방으로 인출되어 있다. 도 13에 도시하는 바와 같이, 보호 전극(238A)이 인출된 부분과, 콘택트(50)는, 각각, 직류 전원(236)의 정극 및 부극에 접속되어 있다. 지그(901)와 지그(902) 사이의 간극(903)이 액체(60)(이 예에서는, 순수)로 채워진다.
또한, 비교로서, 도 12로부터 도 14에 도시하는 통전 시험 모델의 구성으로, 보호 전극(238A)을 생략한 구성으로도, 통전 시험을 실시하였다. 도 15는, 보호 전극을 마련한 경우의 통전 시험의 결과를 나타내는 사진이고, 도 16은, 보호 전극을 마련하지 않은 경우의 통전 시험의 결과를 나타내는 사진이다. 이들의 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 보호 전극을 마련하지 않는 경우에는, 시드층 Sd에 부식이 발생하지만(도 16), 보호 전극(238A)을 마련함으로써, 시드층 Sd의 부식을 억제할 수 있는(도 15) 것을 알 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 17은, 제2 실시 형태에 관한 도금 장치의 도금 모듈의 구성을 설명하기 위한 모식도이다. 본 실시 형태의 도금 모듈은, 기판을 연직 방향의 자세에서 도금하는 종형(딥식, 패널식이라고도 칭함)의 도금 모듈이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 도금 모듈(400)은, 내부에 도금액을 보유 지지하는 도금조(10)와, 도금조(10) 내에서 기판 홀더(30)에 대향하여 배치된 애노드(16)를 구비하고 있다. 애노드(16)는, 애노드 홀더(60)에 보유 지지되어서 도금조(10) 내에 배치되어 있다. 기판 홀더(30)는, 웨이퍼 등의 기판 Wf를 착탈 가능하게 보유 지지하고, 또한 기판 Wf를 도금조(10) 내의 도금액 Ps에 침지시키게 구성되어 있다. 애노드(16)는 애노드 홀더(60)를 통해 직류 전원(90)의 정극에 접속되고, 기판 Wf는 기판 홀더(30)를 통해 직류 전원(90)의 부극에 접속된다. 애노드(16)와 기판 Wf 사이에 전압을 인가하면, 전류는 기판 Wf에 흘러, 도금액의 존재 하에서 기판 Wf의 표면에 금속막이 형성된다. 기판 Wf는, 원형, 사각형 기타 다각형, 그 밖의 임의의 형상이면 된다.
도금 모듈(400)은, 도금조(10)에 인접하는 오버플로조(20)를 더 구비하고 있다. 도금조(10) 내의 도금액은 도금조(10)의 측벽을 초류하여 오버플로조(20) 내에 유입하게 되어 있다. 도금액 Ps는, 도금조(10)의 측벽을 오버플로하여 오버플로조(20)에 유입하고, 또한 오버플로조(20)로부터 순환 라인(58a)을 통해 도금조(10)로 복귀된다. 순환 라인(58a)에는, 예를 들어 순환 펌프(58b), 항온 유닛(58c) 및 필터(58d)가 설치되어 있다. 도금 모듈(400)은, 기판 Wf 상의 전위 분포를 조정하는 개구(14a)를 갖는 조정판(레귤레이션 플레이트)(14)과, 기판 Wf의 도금 중에 충분한 금속 이온이 기판 Wf의 표면에 균일하게 공급되도록 도금액 Ps를 교반하는 퍼들(15)을 더 구비하고 있다. 또한, 상술한 구성은 일 예이고, 도금 모듈(400) 등의 구성은, 다른 구성을 채용하는 것이 가능하다.
종형 도금 모듈에서는, 기판 홀더(30)에 보유 지지된 기판 Wf가, 프리웨트 모듈(200), 프리소크 모듈(300)에서 처리된 후에, 도금 모듈(400)에 반입된다. 기판 홀더(30)는, 도 18에 도시하는 바와 같이, 프런트 플레이트(210) 및 백 플레이트(220)를 구비하고, 프런트 플레이트(210) 및 백 플레이트(220)에 의해 기판 Wf를 끼워서 보유 지지하는 것이다. 기판 홀더(30)의 프런트 플레이트(210)와 백 플레이트(220) 사이에는, 내측 시일(215, 225) 및 외측 시일(216)로 밀폐되는 시일 공간(내부 공간)(33)이 형성된다.
도 18에 도시하는 바와 같이, 백 플레이트(220)에는, 기판 홀더(30)의 내부 공간(33)과 기판 홀더(30)의 외부를 연락하는 도입 통로(231) 및 배출 통로(232)가 마련되어 있다. 도 18에서는, 도입 통로(231) 및 배출 통로(232)를 편의상, 하나의 구성으로 도시하고 있지만, 서로 별개의 구성이다. 도입 통로(231) 및 배출 통로(232)에는, 각각, 각 통로의 도통 및 차단을 제어하기 위한 밸브(231A) 및 밸브(232A)가 마련되어 있다. 밸브(231A) 및 밸브(232A)는, 제어 모듈(800)에 의해 제어된다. 기판 홀더(30)의 내부 공간(33)에 대한 액체의 도입은, 예를 들어 도금 처리에 앞장서는 프리웨트 처리에 있어서, 기판 Wf를 보유 지지한 기판 홀더(30)를 프리웨트 모듈(200)의 처리조 내의 액체(처리액, 예를 들어 순수)에 침지하고, 도입 통로(231)의 밸브(231A)를 개방하여, 도입 통로(231)을 통해 순수를 기판 홀더(30)의 내부 공간(33)에 도입하고, 내부 공간(33)을 순수로 채움으로써 실시할 수 있다. 또한, 기판 Wf를 보유 지지한 기판 홀더(30)를 처리조 내의 액체에 침지하고, 밸브(231A), 밸브(232A)를 개방하고, 내부 공간(33)에 순수를 도입하면서, 내부 공간(33)으로부터 공기 및 순수를 배출하여, 내부 공간(33)을 순수로 채우게 해도 된다. 내부 공간(33)은, 공기가 남지 않도록 완전히 순수로 채워지는 것이 바람직하지만, 후술하는 작용 효과를 어느 정도 원하는지에 따라서 약간의 공기 또는 기포가 잔존하는 것이 허용되는 경우가 있다. 또한, 프리웨트 모듈에 있어서 기판 홀더의 내부 공간에 순수를 도입하는 예를 설명했지만, 다른 모듈에서 기판 홀더의 내부 공간에 순수를 도입해도 되고, 기판 홀더의 내부 공간에 순수 등의 액체를 도입하기 위한 다른 모듈을 마련해도 된다.
(외부 전원형, 불용해성의 보호 전극)
도 18은, 종형 도금 모듈(400)의 기판 홀더(30)의 내부 공간(33)에 있어서, 불용해성의 보호 전극(235A)을 콘택트(50)(시드층 Sd)에 대하여 고전위측에 바이어스한 구성을 도시한다. 내부 공간(33) 내는, 상술한 바와 같이, 예를 들어 프리웨트 모듈(200) 등의 처리액으로 이루어지는 액체(예를 들어, 순수)로 채워져 있는 것으로 한다. 이 구성은, 도 7 및 도 8의 실시 형태에서 불용해성의 보호 전극(238A)을 사용한 예를 종형 도금 모듈에 적용한 것에 상당한다. 이 구성에 의하면, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한 바와 마찬가지로, 보호 전극(238A)을 애노드, 시드층 Sd를 캐소드로서 기능시킴으로써, 시드층 Sd에 있어서 Cu의 산화 반응을 억제하고, 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지하고, 도금막 두께의 균일성 저하를 억제 내지 방지할 수 있다.
(외부 전원형, 용해성의 보호 전극)
도 18에 도시하는 실시 형태에 있어서도, 도 7 및 도 8의 실시 형태와 마찬가지로, 보호 전극(235A)의 재료로서, 시드층 Sd의 재료와 자연 전위(표준 전극 전위)가 동일 정도의 재료, 또는, 시드층 Sd의 재료보다 낮은 자연 전위(표준 전극 전위)를 갖는 재료를 사용해도 된다. 이 경우, 직류 전원(236A)에 의해 보호 전극(235A)를 시드층 Sd에 대하여 고전위측에 바이어스함으로써, 보호 전극(235A)을 시드층 Sd보다 우선하여 용해시켜, 보호 전극(235A)을 희생 전극(용해성의 전극)으로서 기능시킨다. 보호 전극(235A)의 재료는, 예를 들어 시드층 Sd와 동일한 재료(도금 금속과 동일한 재료)로 할 수 있다. 이 구성에 의하면, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한 바와 마찬가지로, 용해성의 보호 전극(235A)이 시드층 Sd에 우선하여 용해됨으로써, 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지하고, 도금막 두께의 균일성 저하를 억제 내지 방지할 수 있다.
도 18에 도시하는 실시 형태에 있어서도, 도 7 및 도 8의 실시 형태에서 설명한 바와 마찬가지로, 전류 검출기(237A)에 의해, 보호 전극(235A)과, 콘택트(50)(버스 바(49)) 사이에 액체(60)를 통해 흐르는 전류 또는 그것들 사이의 전기 저항을 모니터하여, 도금액 Ps의 내부 공간(33)에 대한 누설을 검출해도 된다. 또한, 도 18의 예에 있어서, 보호 전극(235A)에 의한 누설 검출을 행하지 않고, 보호 전극(235A)을 시드층 Sd의 부식 방지용의 전극으로서만 사용해도 된다. 또한, 도 18에서는, 보호 전극(235A)과 콘택트(50)(버스 바(49)) 사이에 직류 전원(DC 전원)(236A)에 의한 직류 전압을 인가하여, 전류 검출기(237A)에 의해 직류 전류를 검출하는 구성으로 하고 있지만, 직류 전원(236A) 대신에 교류 전원(AC 전원)을 사용하고, 전류 검출기로 보호 전극(235A)과 콘택트(50)(버스 바(49)) 사이의 교류 전류 또는 임피던스를 모니터하여, 누설을 검출하도록 해도 된다.
(직접 접속형, 용해성의 보호 전극)
도 19는, 종형 도금 모듈의 기판 홀더의 내부 공간에 있어서, 용해성의 보호 전극(235B)을 콘택트(50)에 접속한 구성, 즉, 보호 전극(235B)을 콘택트(50)에 고정하고 콘택트(50)를 통해 시드층 Sd에 전기적으로 접속한 구성을 도시한다. 또한, 보호 전극(235B)을 콘택트(50) 이외의 도전체를 통해 시드층 Sd에 전기적으로 접속해도 되고, 콘택트(50) 이외의 도전체를 통해 콘택트(50)에 전기적으로 접속해도 된다. 또한, 기판 홀더(30)로 기판 Wf를 보유 지지한 때에, 보호 전극(235B)이 직접 시드층 Sd에 접촉하여 전기적으로 접속되는 구성으로 해도 된다. 이 구성은, 도 9 및 도 10의 실시 형태를 종형 도금 모듈에 적용한 것에 상당한다. 이 구성에 의하면, 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한 바와 마찬가지로, 용해성의 보호 전극(235B)이 시드층 Sd에 우선하여 용해됨으로서, 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 시드층 Sd의 부식을 억제 또는 방지하고, 도금막 두께의 균일성 저하를 억제 내지 방지할 수 있다.
또한, 도 18 및 도 19에서는, 기판 Wf의 양면이 도금액에 노출되는 편면 도금용의 기판 홀더(30)의 구성을 도시하지만, 편면 도금용의 기판 홀더에 한정되지 않고, 양면 도금용의 기판 홀더여도 되고, 기판 Wf의 편면만이 노출되는 편면 도금용의 기판 홀더여도 된다.
상기 실시 형태에 의하면, 기판 홀더(30)의 내부 공간(33)이 액체(예를 들어, 순수)로 채워져 있기 때문에, 내부 공간(33)이 공동인 경우와 비교하여, 내부 공간(33)의 내부와 외부 사이의 압력차가 저감되어, 내부 공간(33)에 대한 도금액의 누설을 억제 또는 방지할 수 있다. 이에 의해, 도금액의 누설에 의한 도금막 두께의 균일성의 저하를 억제 내지 방지할 수 있다.
상기 실시 형태에 따르면, 도금액의 누설이 발생해도, 내부 공간(33) 내가 액체(예를 들어, 순수)로 채워져 있기 때문에, 도금액의 내부 공간(33) 내에 대한 침입은, 확산된 부분에 한정되고, 지극히 소량으로 억제되므로, 용존 산소 농도에 기인하는 국부 전지 작용 및/또는 션트 전류에 의한 시드층 Sd의 용해(부식)를 억제할 수 있다. 또한, 내부 공간(33)에 침입한 도금액이 액체(예를 들어, 순수)로 희석되기 때문에, 시드층 Sd의 부식을 더욱 억제할 수 있다. 이에 의해, 도금막 두께의 균일성의 저하를 억제 내지 방지할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 따르면, 내부 공간(33) 내가 액체(예를 들어, 순수)로 채워진 산소 농도가 낮기 때문에, 용존 산소에 기인하는 국부 전지 작용에 의한 시드층 Sd의 용해를 억제할 수 있다. 이에 의해, 도금막 두께의 균일성의 저하를 억제 내지 방지할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 따르면, 만일, 부식될 수 있는 양의 도금액의 누설이 발생해도, 보호 전극(235A, 235B)에 의해 시드층 Sd의 용해를 억제 또는 방지할 수 있다. 이에 의해, 도금액의 누설에 의한 도금막 두께의 균일성의 저하를 억제 내지 방지할 수 있다.
[다른 실시 형태]
(1) 상기 실시 형태에서는, 기판 상의 패턴으로서 레지스트 패턴을 예로 들었지만, 패턴은, 배선을 형성하기 위한 비아 또는 트렌치의 패턴, 혹은, 범프, 재배선, 전극 패드를 형성하기 위한 레지스트 또는 절연막의 패턴, 그 밖의 도금막의 형상을 정의하는 임의의 패턴으로 할 수 있다.
(2) 기판 홀더의 내부 공간에 도입되는 액체는, 기판 홀더의 내부 공간에 노출되는 구성 부품을 부식시키지 않는 액체라면, 물 이외의 액체여도 된다. 액체는, 예를 들어 금속염을 포함하고 있지 않은 액체(금속염의 농도가 소정 농도(예를 들어 5g/L) 미만의 액체)를 사용할 수 있다. 이러한 액체는, 예를 들어 수돗물, 천연수, 순수를 포함한다. 순수는, 예를 들어 탈이온수(DIW), 증류수, 정제수, 또는 RO수를 포함한다.
(3) 기판 홀더의 구성은, 상술한 예에 한정되지 않고, 콘택트가 시일된 내부 공간을 갖는 기판 홀더라면, 임의의 구성의 기판 홀더에 상기 실시 형태를 적용할 수 있다.
상술한 실시 형태에서 적어도 이하의 형태가 파악된다.
[1] 일 형태에 의하면, 기판을 보유 지지하고, 기판을 도금액에 접촉시켜서 도금하기 위한 기판 홀더이며, 상기 기판의 표면에 형성된 시드층에 접촉하여 급전하기 위한 콘택트와, 상기 콘택트에 대하여 고전위측에 바이어스되거나, 또는, 상기 시드층보다도 낮은 자연 전위를 갖는 재료를 갖고 상기 콘택트에 상기 시드층에 직접 또는 도전체를 통해 전기적으로 접속되는 보호 전극과, 상기 기판 홀더로 상기 기판이 보유 지지된 상태에 있어서, 상기 기판의 외주부, 상기 콘택트 및 상기 보호 전극을, 상기 기판 홀더의 외부에서 시일한 상태에서 수용함과 함께, 상기 보호 전극의 일부, 그리고 상기 시드층과 상기 콘택트의 접촉 개소를 적어도 덮는 액체를 보유 지지하는 내부 공간을 갖는 홀더 본체를 구비하는, 기판 홀더가 제공된다.
「상기 보호 전극의 일부, 그리고 상기 시드층과 상기 콘택트의 접촉 개소를 적어도 덮는 액체」란, 상기 보호 전극의 전체가 상기 액체에 의해 덮이는 것, 상기 내부 공간 내에 배치되는 상기 시드층의 전체가 상기 액체에 의해 덮이는 것, 상기 콘택트 전체가 상기 액체에 의해 덮이는 것, 및/또는, 상기 내부 공간 전체가 상기 액체로 채워지는 것을 포함한다.
이 형태에 의하면, 보호 전극 근방의 액체 또는 보호 전극의 재료가 시드층의 재료에 우선하여 산화하고, 시드층의 재료가 액체 중에 용해되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 시드층의 부식(열화)을 억제 또는 방지할 수 있다. 콘택트 등을 덮는 액체 중의 용존 산소 농도 구배에 의한 시드층 표면의 국부 전지의 작용을 억제할 수 있고, 시드층의 부식을 억제 또는 방지할 수 있다. 또한, 기판 홀더의 내부 공간에 도금액이 침입한 경우에도, 국부 전지 효과 및/또는 션트 전류에 의한 시드층의 부식을 억제 또는 방지할 수 있다. 보호 전극에 의해 시드층의 열화를 억제할 수 있으므로, 도금막 두께의 균일성이 저하되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
[2] 일 형태에 의하면, 상기 보호 전극은, 불용해성의 전극이고, 또한, 상기 콘택트에 대하여 고전위측에 바이어스된다.
이 형태에 의하면, 정기적인 보호 전극의 교환을 불필요로 할 수 있는, 또는, 보호 전극의 교환 빈도를 적게 할 수 있으므로, 보호 전극의 메인터넌스가 용이하다. 또한, 보호 전극으로부터 용해된 전극 재료(금속)이 도금액에 갖고 들어오게 하여 도금액을 오염시킬 가능성을 저감할 수 있다. 또한, 보호 전극으로부터 용해된 전극 재료의 산화물이 콘택트나 시일에 석출하여 이들을 오염시킬 가능성을 저감할 수 있다.
[3] 일 형태에 의하면, 상기 보호 전극과 상기 시드층 사이에는, 상기 보호 전극과 상기 시드층의 자연 전위의 차보다도 충분히 큰 전압이 인가된다.
이 형태에 의하면, 보호 전극 및 시드층을 각각 애노드, 캐소드로서 확실하게 기능시킬 수 있고, 시드층의 용해를 확실하게 억제 또는 방지할 수 있다.
[4] 일 실시 형태에 의하면, 상기 보호 전극은, 스페이서를 통해 상기 콘택트에 고정된다.
이 형태에 의하면, 기판 홀더 중의 좁은 시일 공간 내에서 보호 전극을 용이하고 또한 적절하게 설치할 수 있다.
[5] 일 형태에 의하면, 상기 보호 전극은, 상기 시드층보다도 낮은 자연 전위를 갖고 상기 시드층에 직접 또는 도전체를 통해 전기적으로 접속되고, 용해성의 희생 전극으로서 기능한다.
이 형태에 의하면, 보호 전극을 바이어스하기 위한 외부 전원이 불필요하고, 기판 홀더 및/또는 도금 모듈의 구성을 간략화할 수 있다.
[6] 일 형태에 의하면, 상기 보호 전극은, 상기 콘택트에 고정되고, 상기 콘택트를 통해 상기 시드층에 전기적으로 접속된다.
이 형태에 의하면, 보호 전극을 콘택트에 직접 고정함으로써, 보호 전극을 콘택트를 통해 시드층에 전기적으로 접속하기 위해서, 보호 전극을 접속하기 위한 구성을 간이하게 할 수 있다.
[7] 일 형태에 의하면, 상기 보호 전극은, 용해성의 전극이고, 또한, 상기 콘택트에 대하여 고전위측에 바이어스된다.
이 형태에서는, 보호 전극의 재료로서 시드층의 재료와 동일한 재료를 사용하면, 보호 전극을 시드층을 위한 희생 전극으로서 기능시킬 수 있다. 이 경우, 보호 전극으로부터 용해된 금속이 도금액에 갖고 들어오게 했다고 해도, 도금액을 오염시킬 가능성을 저감할 수 있다.
[8] 일 실시 형태에 의하면, 상기 보호 전극은, 스페이서를 통해 상기 콘택트에 고정된다.
이 형태에 의하면, 기판 홀더 중의 제한된 좁은 시일 공간 내에서 보호 전극을 용이하고 또한 적절하게 설치할 수 있다.
[9] 일 형태에 의하면, 상기 보호 전극은, 상기 기판 홀더가 상기 기판을 보유 지지한 때에 상기 기판의 외주를 둘러싸는 장소에 연속하여 또는 불연속으로 마련되어 있다.
이 형태에 의하면, 부식의 가능성이 높은 기판의 외주부(에지부)의 전체 둘레에 걸쳐 보호 전극을 근방에 배치할 수 있고, 시드층의 부식을 효과적으로 억제할 수 있다.
[10] 일 형태에 의하면, 상기 보호 전극은, 상기 기판 홀더가 상기 기판을 보유 지지한 때에, 상기 기판의 에지로부터의 거리가 소정의 거리 이하로 되도록 주(周)상으로 배치되어 있다.
이 형태에 의하면, 기판의 에지 근방에 보호 전극을 배치하므로, 부식의 가능성이 높은 기판의 외주부(에지부)의 시드층을 효과적으로 부식으로부터 보호할 수 있다.
[11] 일 형태에 의하면, 상기 액체는, 1000μS/cm 이하의 전도도를 갖는 액체이다.
이 형태에 의하면, 콘택트 등을 덮는 액체의 전도도를 1000μS/cm까지 허용할 수 있다. 기판 홀더의 콘택트를 액체로 덮은 상태에서 기판을 도금하는 웨트 콘택트법에서는, 보호 전극을 사용하지 않는 경우, 액체의 전도도를 50μS/cm 이하로 관리할 필요가 있는 것을 알 수 있다. 한편, 보호 전극을 사용하는 경우에는, 보호 전극에 의해 시드층의 부식을 억제할 수 있으므로, 콘택트 등을 덮는 액체의 전도도 관리를 대폭으로 완화할 수 있다.
[12] 일 형태에 의하면, 상기 액체는 순수, 혹은 탈기 또는 불활성 가스 치환된 순수이다.
이 형태에 의하면, 콘택트 등을 덮는 액체로서, 도금 장치에서 일반적으로 사용되는 DIW 등의 순수를 사용할 수 있고, 별도, 콘택트 등을 덮는 액체를 준비할 필요가 없다.
[13] 일 형태에 의하면, 상기 보호 전극이 검출기로서 기능하고, 상기 검출기는, 상기 내부 공간에 상기 액체가 도입된 상태에서, 상기 콘택트 또는 상기 콘택트에 전기적으로 도통된 배선과 상기 전극 사이에 흐르는 전류를 감시함으로써, 상기 내부 공간에 대한 도금액의 누설을 검출 가능하게 구성되어 있다. 「상기 콘택트에 전기적으로 도통된 배선」은, 예를 들어 버스 바이다.
이 형태에 의하면, 보호 전극과 콘택트 등의 사이에 흐르는 전류를 감시함으로써 도금액의 누설 유무를 검지할 수 있으므로, 별도, 누설 검지용의 전극을 마련할 필요가 없다.
[14] 일 형태에 의하면, 상기 기판 홀더는, 상기 기판을 수평 방향의 자세로 보유 지지하는 가로형 도금 모듈용, 또는, 상기 기판을 연직 방향의 자세로 보유 지지하는 세로형 도금 모듈용이다.
이 형태에 의하면, 가로형 및 세로형 도금 모듈용의 기판 홀더에 상기 구성을 적용하고, 상술한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
[15] 일 형태에 의하면, 도금 장치이며, 형태 1로부터 14의 어느 것의 기판 홀더와, 상기 기판 홀더의 상기 내부 공간에 액체를 공급하는 액체 공급 모듈과, 상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판을 도금액에 접촉시켜서 상기 기판을 도금하는 도금 모듈을 구비하는 도금 장치가 제공된다. 액체 공급 모듈은, 세정 노즐, 액체를 사용하는 처리 모듈(예를 들어, 프리웨트 모듈) 등으로 구성할 수 있다.
이 형태에 의하면, 도금 장치 내의 액체 공급 모듈에 의해 기판 홀더의 내부 공간에 자동적으로 액체를 공급할 수 있다.
[16] 일 형태에 의하면, 상기 액체 공급 모듈은, 상기 기판 홀더의 상기 내부 공간을 세정하고, 상기 내부 공간 내의 상기 액체를 치환하는 세정 노즐을 갖는다.
이 형태에 의하면, 각 기판의 도금에 앞서, 기판 홀더의 내부 공간을 세정함으로써, 내부 공간에 액체를 보유 지지시킬 수 있다. 이에 의해, 기판 홀더의 내부 공간 내의 콘택트 등을 항상 깨끗한 액체로 피복하여 기판 도금을 실시할 수 있다.
[17] 일 형태에 의하면, 상기 기판을 프리웨트 처리하는 프리웨트 모듈을 더 구비하고, 상기 도금 모듈은, 젖은 상태의 상기 기판을 상기 기판 홀더에 보유 지지시킨다.
이 형태에 의하면, 프리웨트 처리 후의 기판을 젖은 상태 그대로 도금 모듈에 반입하여 기판 홀더에 보유 지지시킬 수 있고, 기판 에지의 건조 공정이 불필요하다.
[18] 일 형태에 의하면, 기판을 도금하기 위한 방법이며, 상기 기판의 표면에 형성된 시드층에 접촉하여 급전하기 위한 콘택트에 대하여 고전위측에 바이어스되거나, 또는, 상기 기판의 시드층보다도 낮은 자연 전위를 갖는 재료를 갖고 상기 시드층에 직접 또는 도전체를 통해 전기적으로 접속되는 보호 전극을 구비하는 기판 홀더를 준비하는 것, 상기 기판의 외주부를 외부로부터 시일한 상태에서 수용하는 상기 기판 홀더의 내부 공간에 액체를 도입하고, 상기 내부 공간에 있어서, 상기 액체에서, 상기 보호 전극의 일부, 그리고, 상기 기판 홀더의 콘택트와 상기 기판의 시드층의 접촉 개소를 적어도 덮는 것, 상기 기판 홀더의 상기 내부 공간에 액체가 도입된 상태에서, 상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판을 도금하는 것을 포함하는, 방법이 제공된다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명해 왔지만, 상기한 발명의 실시 형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이고, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않고, 변경, 개량될 수 잇음과 함께, 본 발명에는 그 균등물이 포함되는 것은 물론이다. 또한, 상술한 과제의 적어도 일부를 해결할 수 있는 범위, 또는, 효과의 적어도 일부를 발휘하는 범위에 있어서, 실시 형태 및 변형예의 임의의 조합이 가능하고, 특허 청구 범위 및 명세서에 기재된 각 구성 요소의 임의의 조합, 또는, 생략이 가능하다.
미국 특허 제7727366호 명세서(특허문헌 1), 미국 특허 제8168057호 명세서(특허문헌 2), 일본 특허 공개 제2020-117763호 공보(특허문헌 3), 일본 특허 공개 제2020-117765호 공보(특허문헌 4)의 명세서, 특허 청구 범위, 도면 및 요약서를 포함하는 모든 개시는, 참조에 의해 전체로서 본원에 포함된다.
국제 특허 출원 번호 2021/038404, 국제 특허 출원 번호 2021/000460의 명세서, 특허 청구 범위, 도면 및 요약서를 포함하는 모든 개시는, 참조에 의해 전체로서 본원에 포함된다.
10: 도금조
20: 오버플로조
14: 조정판
15: 퍼들
16: 애노드
17: 저항체
30: 기판 홀더
31: 제1 보유 지지 부재
32: 제2 보유 지지 부재
33: 시일 공간(내부 공간)
40: 회전 기구
41: 회전축
45: 경사 기구
46: 승강 기구
47: 지지축
49: 버스 바
50: 콘택트
55: 시일 부재
55A: 립부
60: 세정액(순수)
90: 직류 전원
215, 225: 내측 시일
216: 외측 시일
100: 로드 포트
110: 반송 로봇
120: 얼라이너
200: 프리웨트 모듈
210: 프런트 플레이트
220: 백 플레이트
231: 도입 통로
231A: 밸브
232: 배출 통로
232A: 밸브
235A, 235B: 보호 전극
236A: 직류 전원
238A, 238B: 보호 전극
300: 프리소크 모듈
400: 도금 모듈
500: 세정 모듈
600: 스핀 린스 드라이어
700: 반송 장치
800: 제어 모듈
801: CPU
802: 기억부
1000: 도금 장치
Wf: 기판
Sd: 시드층
Ps: 도금액
Rp: 레지스트

Claims (18)

  1. 기판을 보유 지지하고, 기판을 도금액에 접촉시켜서 도금하기 위한 기판 홀더이며,
    상기 기판의 표면에 형성된 시드층에 접촉하여 급전하기 위한 콘택트와,
    상기 콘택트에 대하여 고전위측에 바이어스되거나, 또는, 상기 시드층보다도 낮은 자연 전위를 갖는 재료를 갖고 상기 시드층에 직접 또는 도전체를 통해 전기적으로 접속되는 보호 전극과,
    상기 기판 홀더로 상기 기판이 보유 지지된 상태에 있어서, 상기 기판의 외주부, 상기 콘택트 및 상기 보호 전극을, 상기 기판 홀더의 외부에서 시일한 상태에서 수용함과 함께, 상기 보호 전극의 일부, 그리고 상기 시드층과 상기 콘택트의 접촉 개소를 적어도 덮는 액체를 보유 지지하는 내부 공간을 갖는 홀더 본체를 구비하는, 기판 홀더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호 전극은, 불용해성의 전극이고, 또한, 상기 콘택트에 대하여 고전위측에 바이어스되는, 기판 홀더.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보호 전극과 상기 시드층 사이에는, 상기 보호 전극과 상기 시드층의 자연 전위의 차보다도 큰 전압이 인가되는, 기판 홀더.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 보호 전극은, 스페이서를 통해 상기 콘택트에 고정되는, 기판 홀더.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호 전극은, 상기 시드층보다도 낮은 자연 전위를 갖고 상기 시드층에 직접 또는 도전체를 통해 전기적으로 접속되고, 용해성의 희생 전극으로서 기능하는, 기판 홀더.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보호 전극은, 상기 콘택트에 고정되고, 상기 콘택트를 통해 상기 시드층에 전기적으로 접속되는, 기판 홀더.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보호 전극은, 용해성의 전극이고, 또한, 상기 콘택트에 대하여 고전위측에 바이어스되는, 기판 홀더.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보호 전극은, 스페이서를 통해 상기 콘택트에 고정되는, 기판 홀더.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호 전극은, 상기 기판 홀더가 상기 기판을 보유 지지한 때에 상기 기판의 외주를 둘러싸는 장소에 연속하여 또는 불연속으로 마련되어 있는, 기판 홀더.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호 전극은, 상기 기판 홀더가 상기 기판을 보유 지지한 때에, 상기 기판의 에지로부터의 거리가 소정의 거리 이하로 되도록 주(周)상으로 배치되어 있는, 기판 홀더.
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체는, 1000μS/cm 이하의 전도도를 갖는 액체인, 기판 홀더.
  12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체는 순수, 혹은 탈기 또는 불활성 가스 치환된 순수인, 기판 홀더.
  13. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호 전극이 검출기로서 기능하고,
    상기 검출기는, 상기 내부 공간에 상기 액체가 도입된 상태에서, 상기 콘택트 또는 상기 콘택트에 전기적으로 도통된 배선과 상기 전극 사이에 흐르는 전류를 감시함으로써, 상기 내부 공간에 대한 도금액의 누설을 검출 가능하게 구성되어 있는, 기판 홀더.
  14. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 홀더는, 상기 기판을 수평 방향의 자세로 보유 지지하는 가로형 도금 모듈용, 또는, 상기 기판을 연직 방향의 자세로 보유 지지하는 세로형 도금 모듈용인, 기판 홀더.
  15. 도금 장치이며,
    제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 기판 홀더와,
    상기 기판 홀더의 상기 내부 공간에 액체를 공급하는 액체 공급 모듈과,
    상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판을 도금액에 접촉시켜서 상기 기판을 도금하는 도금 모듈을
    구비하는, 도금 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 액체 공급 모듈은, 상기 기판 홀더의 상기 내부 공간을 세정하고, 상기 내부 공간 내의 상기 액체를 치환하는 세정 노즐을 갖는, 도금 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 기판을 프리웨트 처리하는 프리웨트 모듈을 더 구비하고,
    상기 도금 모듈은, 젖은 상태의 상기 기판을 상기 기판 홀더에 보유 지지시키는, 도금 장치.
  18. 기판을 도금하기 위한 방법이며,
    상기 기판의 표면에 형성된 시드층에 접촉하여 급전하기 위한 콘택트에 대하여 고전위측에 바이어스되거나, 또는, 상기 기판의 시드층보다도 낮은 자연 전위를 갖는 재료를 갖고 상기 시드층에 직접 또는 도전체를 통해 전기적으로 접속되는 보호 전극을 구비하는 기판 홀더를 준비하는 것,
    상기 기판의 외주부를 외부로부터 시일한 상태에서 수용하는 상기 기판 홀더의 내부 공간에 액체를 도입하고, 상기 내부 공간에 있어서, 상기 액체에서, 상기 보호 전극의 일부, 그리고, 상기 기판 홀더의 콘택트와 상기 기판의 시드층의 접촉 개소를 적어도 덮는 것,
    상기 기판 홀더의 상기 내부 공간에 액체가 도입된 상태에서, 상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판을 도금하는 것을
    포함하는, 방법.
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