KR20020074176A - 도금장치 및 방법 - Google Patents

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KR20020074176A
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가리마타츠토무
나카무라겐지
마츠모토모리지
구니사와준지
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가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 도금액의 사용량을 적게 할 수 있어, 안정된 도금공정을 유지할 수 있고, 장치의 소형화와 저가격화가 도모되고, 막 두께의 면내 균일성이 도모되며, 나아가서는 승온에 의한 도금액의 열화를 방지할 수 있는 무전해도금장치이다.
본 발명은 피도금면을 상향으로 하여 기판을 유지하는 유지장치(11)와, 유지장치(11)에 유지된 기판(W)의 피도금면의 주위를 시일하는 도금액유지기구(31)와, 도금액유지기구(31)로 시일된 기판의 피도금면에 무전해도금처리액을 공급하여 모으는 무전해도금처리액 공급장치(41)와, 기판의 아래쪽에 설치되는 가열장치(15)를 구비하고 있다.

Description

도금장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR PLATING}
종래, 반도체기판상에 배선회로를 형성하는 재료로서 알루미늄 또는 알루미늄합금이 일반적으로 사용되어 왔으나, 집적도의 향상에 따라 더욱 전도율이 높은 재료를 배선재료로 채용하는 것이 요구되고 있다. 이 때문에 배선재료로서 구리 또는 그 합금을 사용하여 이것을 반도체기판에 도금처리함으로써 기판에 형성된 배선패턴용 홈에 충전하는 방법이 제안되고 있다.
배선패턴용의 홈에 구리 또는 그 합금을 충전하는 방법으로서는, CVD(화학적증착)이나 스패터링 등 각종 방법이 알려져 있으나, 금속층의 재질이 구리 또는 그 합금인 경우, 즉 구리배선을 형성하는 경우에는 CVD에서는 가격이 비싸고, 또 스패터링에서는 높은 종횡비(패턴 깊이의 폭에 대한 비가 큼)의 경우에 매립이 불가능 한 등의 단점을 가지고 있다. 이에 대하여 도금에 의한 방법은 이들의 단점이 없고, 배선패턴용 홈에 구리 또는 그 합금을 충전하는 방법으로서 가장 유효하기 때문이다.
한편 무전해도금장치 중에는 도금공정이나 도금에 부대하는 전처리공정이나 세정공정을 행하는 유닛을 복수 설치하여 무전해도금처리를 행하는 무전해도금장치 대신에, 이들 각 처리공정을 하나의 유닛에서 행하는 무전해도금 장치가 제안되고 있다. 도 10은 이 종류의 무전해도금장치의 개략구성을 나타내는 도면이다. 도 10에 나타내는 바와 같이 이 무전해도금장치는 모터(M)에 의해 회전구동되는 유지장치(유지수단)(81) 위에 얹어 놓여져 고정된 반도체기판(W)의 주위에 커버(83)를 설치하고 있다. 이 무전해도금장치에 있어서는 반도체기판(W)을 점선으로 나타내는 위치에서 모터(M)에 의해 회전하면서 도금액을 도금탱크(87)로부터 펌프(P)에 의해 반도체기판(W)의 상부 중앙에 공급하여 회전에 의한 원심력으로 도금액을 반도체기판(W)의 상면 전체로 퍼지게 하여 도금을 행하면서 반도체기판(W)으로부터 떨어진 도금액을 커버 (83)의 도금액회수부(85)로부터 도금탱크(87)로 되돌려 순환시킨다.
한편, 도금종료 후의 반도체기판(W)을 도 10에 실선으로 나타내는 위치까지 하강시켜 회전시키고, 도시 생략한 세정액공급장치(세정수공급수단)로부터 세정수를 공급함으로써 반도체기판(W)의 표면으로부터 도금액을 씻어 내려 세정액 회수부 (86)에 모아서 배수한다.
그러나, 상기 종래의 무전해도금장치에 있어서도, 이하와 같은 각종 문제점이 있었다.
① 반도체기판의 피도금면에 항상 도금액을 적하하고 있기 때문에 도금액을 대량으로 순환 사용하게 되어 버린다. 또 대량의 도금액을 순환 사용하면, 대형펌프가 필요하게 되어 펌프의 발열에 의한 액온상승에 대한 액온 유지장치가 필요하여 장치가격이 상승할 뿐만 아니라, 장치가 대형화하고, 나아가서는 이 장치를 수납하는 청정룸 가격이 상승하여 버린다.
② 도금액을 항상 순환 사용하기 때문에 무전해도금의 원리상, 부생성물이 시스템내에 축적하여 안정된 도금공정을 유지할 수 없다. 또 안정된 도금공정을 얻기 위해서는 도금액의 분석 및 액 조정장치가 필요하게 되어, 장치가격의 상승 및 청정룸 가격의 상승을 초래한다.
③ 도금액을 대량으로 순환 사용하기 때문에, 각 장치 구성부재로부터 파티클이 발생하기 쉬워, 순환경로내에 여과장치(F)를 설치할 필요가 생겨 장치가격의 상승 및 청정룸 가격의 상승을 초래한다.
④ 피도금면상의 1개소에만 항상 도금액을 공급하면서 도금을 행하면, 도금액을 적하하고 있던 부분의 도금막 두께가 다른 부분의 도금막 두께에 비하여 얇아지는 것이 실험으로 확인되고 있어, 막두께의 면내 균일성이 악화된다. 이는 도금액을 적하한 부분과 다른 부분은 도금액의 유속이나 두께 등이 다르기 때문에, 도금 반응상태가 다른 것이 원인이라고 생각된다.
⑤ 무전해도금을 행하게 하기 위해서는, 피도금면과 도금액의 반응면의 온도를 소정의 일정온도로 유지할 필요가 있기 때문에, 대량의 도금액을 도금반응에 최적의 온도까지 항상 승온시켜 두는 수단이 필요하게 되어, 장치가격의 상승 및 청정룸 가격의 상승을 초래하고, 또한 도금액을 항상 승온시켜 두기 때문에 도금액의 열화를 촉진하여 버린다.
⑥ 항상 반도체기판을 회전시키고 있기 때문에, 반도체기판의 주속에 의한 방열로 온도강하가 현저해져 안정된 도금공정이 얻어지지 않는다.
⑦ 도금액을 적하가 아니라 분무에 의해 피도금면에 공급하려고 한 경우는, 도금액의 온도제어가 불확실하게 되어 안정된 도금공정이 얻어지지 않는다.
또 반도체기판의 배선패턴을 무전해구리도금으로 균일두께로 형성하는 경우, 반도체기판의 각 도금 반응부에 있어서의 도금온도를 소정의 고온으로 일정하게 유지하는 것이 필수가 된다. 여기서 도 11은 도금액 온도와 무전해구리도금막 두께의 관계를 실험에 의해 구한 측정결과를 나타내는 도면이다. 이 실험의 도금조건은 이하와 같다.
① 도금액사양
CuSO4·5H2O 2.5g/ℓ
EDTA·2Na 20g/ℓ
NaOH 4g/ℓ
HCHO(37%) 5㎖/ℓ
② 도금에 사용하는 시료
φ8인치 반도체기판으로서 실리콘 위에 TaN(20nm)의 배리어층과 Cu(50nm)의 시드층(베타막)을 형성한 것
(3) 도금시간
60초
상기 도금조건으로 반도체기판의 무전해도금을 행한 결과, 도 11에 나타내는 바와 같이 도금액 온도가 1℃ 변화할 때마다 1분간의 도금시간으로 대략 1.8nm의 막두께 차가 생기고, 또 도금액 온도가 높은 쪽이 더욱 도금막 두께가 두꺼워지는 것을 알 수 있다. 따라서 상기한 바와 같이 반도체기판을 신속하게 소망의 두께로 각부 균일하게 무전해도금하기 위해서는 도금액 온도를 소정의 고온으로 유지하지 않으면 안되고, 또 1매의 반도체기판의 각 부에 있어서의 도금반응시의 온도를 균일하게 되도록 관리하지 않으면 안된다.
이 때문에 종래의 도금장치에 있어서는, 미리 도금처리온도 또는 그 이상으로 승온한 도금액을 반도체기판의 피도금면에 접액하고, 다시 도금반응면을 히터 또는 램프로 보온한다고 하는 기구를 채용하고 있었다.
그러나 상기 종래의 방법으로 반도체기판의 도금반응시의 도금반응면을 항상 정확하게 소정의 온도로 보온하여 두는 것은 곤란하였다. 특히 반도체기판을 1매씩 도금처리하는 매엽식 도금장치의 경우는, 반도체기판을 1매씩 승온하지 않으면 안되어, 반도체기판을 정확 또한 신속하게 소정의 온도로 가열·보온하는 것은 곤란하여, 스루풋도 나빠지고 있었다.
본 발명은 반도체기판의 배선형성(시드층 형성이나, 시드층의 위에 이것을 보강할 목적으로 형성되는 보조 시드층 형성도 포함함)이나 배선보호막 형성이나 확산방지막 형성 등에 사용하기 적합한 도금장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 도금공정의 일례를 나타내는 도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 무전해도금장치의 개략구성도,
도 3은 이면 히터의 평면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 무전해도금장치의 개략구성도,
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 무전해도금장치의 개략구성도,
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 관한 무전해도금장치의 개략구성도,
도 7은 도 2에 나타내는 무전해도금장치를 구비한 도금처리장치의 일례를 나타내는 평면배치도,
도 8은 도 2에 나타내는 무전해도금장치를 구비한 도금처리장치의 다른 예를 나타내는 평면배치도,
도 9는 본 발명에 관한 도금장치의 제 2 실시형태를 나타내는 개략구성도,
도 10은 종래의 무전해도금장치의 개략구성도,
도 11은 도금액온도와 무전해구리도금막 두께의 관계의 측정결과를 나타내는 도면이다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 도금액의 사용량을 적게 할 수 있어 안정된 도금공정을 유지할 수 있어, 장치의 소형화와 저가격화가 도모되고, 막두께의 면내 균일성이 도모되고, 또한 승온에 의한 도금액의 열화를 방지할 수 있는 무전해도금장치를 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또 본 발명은 기판의 도금반응시의 도금반응면을 항상 정확하게 소정 온도로 보온하여 둘 수 있어 안정되고 또한 확실한 도금을 할 수 있고, 또 스루풋의 향상도 도모할 수 있는 도금장치 및 방법을 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.
상기 제 1 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 형태는 피도금면을 상향으로 하여 기판을 유지하는 유지장치와, 상기 유지장치에 유지된 기판의 피도금면의 주위를 시일하는 도금액 유지기구와, 상기 도금액 유지기구로 시일된 기판의 피도금면에 무전해도금처리액을 공급하여 모으는 무전해도금처리액공급장치와, 상기 기판의 아래쪽에 설치되는 가열장치를 구비하고, 상기 가열장치와 기판의 사이에 간극(공간)을 설치한 것을 특징으로 한다. 이 간극(공간)은 기체 또는 액체가 채워짐으로써 균일온도 형성부를 구성한다. 이에 의하여 소량의 무전해도금처리액으로 피도금면의 처리가 행하여져, 무전해도금처리액공급용 펌프로서 소형의 것을 사용할 수 있어, 무전해도금장치의 콤팩트화가 도모되고, 이것을 수납하는 청정룸 가격의 저감화도 도모된다. 또 사용하는 무전해도금처리액이 소량이기 때문에 무전해도금 처리액의 승온·보온을 용이하게 즉시 행할 수 있다. 또한 가열장치와 기판 사이에 기체 또는 액체를 채우는 간극(균일온도 형성부)을 마련하였기 때문에 가열장치로서, 예를 들면 선형상 히터를 링형상(소용돌이형상)으로 배치한 것과 같이 면의 장소에 의해 온도에 불균일이 생기는 가열장치를 사용하였다 하여도 간극(균일 온도형성부)에 있어서 면 전체를 동일온도로 할 수 있어 기판의 각 부의 가열온도를 균일화할 수 있다. 이 무전해도금장치(이하의 청구항 2, 3, 4의 무전해도금장치도 마찬가지)는 무전해도금처리액으로서, 전처리액, 촉매처리액, 무전해도금액등을 바꾸어 사용할 수 있어, 일련의 무전해도금공정을 단일셀로 실시할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 피도금면을 상향로 하여 기판을 유지하는 유지장치와, 상기 유지장치에 유지된 기판의 피도금면의 주위를 시일하는 도금액 유지기구와, 상기 도금액 유지기구로 시일된 기판의 피도금면에 무전해도금처리액을 공급하여 모으는 무전해도금처리액공급장치와, 상기 기판 근방에 설치되어 기판 전체를 가열하는 가열장치와, 상기 가열장치의 온도를 제어하는 온도제어장치를 구비하고, 상기 가열장치는 복수의 영역으로 분할됨과 동시에, 상기 온도제어장치에 의하여 각 영역별로 온도제어되는 것을 특징으로 한다. 유지장치에 유지하여 가열된 기판의 냉각속도는 각 부에서 다른 경우가 많아, 통상 기판의 바깥 둘레부터 냉각되어 간다. 이와 같은 경우에는 본 발명과 같이 가열장치를 복수의 영역으로 분할하여 각 영역별로 온도제어하는 것이 바람직하다. 예를 들면 가열장치를 기판 중앙에 대향하는 영역과 바깥 둘레부에 대향하는 영역으로 분할하여, 바깥 둘레부에 대향하는 영역의 온도를 기판 중앙에 대향하는 영역의 온도보다도 높게 함으로써 기판 전체의 온도를 균일화한다.
본 발명의 일 형태는 피도금면을 상향으로 하여 기판을 유지하는 유지장치와, 상기 유지장치에 유지된 기판의 피도금면의 주위를 시일하는 도금액 유지기구와, 상기 도금액 유지기구로 시일된 기판의 피도금면에 무전해도금처리액을 공급하여 모으는 무전해도금처리액공급장치와, 상기 기판 근방에 설치되는 가열장치와, 상기 무전해도금처리액이 공급된 기판의 위를 덮는 덮개부재를 구비하는 것을 특징으로 한다. 무전해도금처리 중의 기판 위에 덮개부재를 얹음으로써 무전해도금 처리액의 증발, 기류발생에 따른 방열을 억제할 수 있어, 더욱 효과적인 기판의 도금이 행하여진다. 덮개부재는 무전해도금처리액의 액면과 접촉하여도 좋고, 접촉하지 않아도 좋다.
본 발명의 바람직한 형태에서는 상기 무전해도금처리액공급장치가 기판의 피도금면의 상부에 설치되고, 또한 상기 무전해도금처리액이 공급된 기판의 위를 덮는 형상으로 형성함으로써 덮개부재를 겸용하고 있는 것을 특징으로 한다. 무전해도금 처리액공급장치에 덮개부재를 겸용시킴으로써, 장치의 콤팩트화·저가격화가 도모된다.
본 발명의 바람직한 형태에서는 상기 무전해도금장치에 기판의 피도금면에 모인 무전해도금처리액을 흡인회수하는 기구를 설치한 것을 특징으로 한다.
또 상기 제 2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 형태는 기판의 피도금면을 상향으로 유지하는 유지장치와, 상기 유지장치에 유지된 기판의 피도금면의 주위를 시일하는 도금처리액 유지기구와, 상기 도금처리액 유지기구로 시일된 기판의 피도금면에 도금처리액을 공급하는 장치를 구비한 도금처리탱크를 설치하고, 상기 도금처리탱크의 내부공간을 외기보다도 높은 온도로 유지하는 항온실로서 구성한 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 안정되고, 또한 확실한 도금을 할 수 있을 뿐만 아니라, 스루풋의 향상을 도모할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에서는 기판의 피도금면에 도금처리액을 접액하여 도금처리를 실시하는 도금처리탱크를 그 내부공간을 도금처리온도와 대략 동일한 온도로 유지하는 항온실로서 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태에서는 상기 도금처리탱크내로 반입하는 기판과 도금 처리액을 미리 상기 도금처리탱크 내부의 온도와 동일한 정도의 온도로 프리히트하도록 구성한 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 도금처리탱크내로 반입한 반도체기판에 도금처리액을 공급할 뿐으로 즉시 최적의 도금처리반응이 얻어져, 더욱스루풋의 향상을 도모할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에서는 복수매의 미처리 기판을 수납하여 상기 도금 처리탱크에 공급하는 기판수납탱크를 상기 도금처리탱크에 병설하고, 이 기판수납탱크의 내부공간을 상기 도금처리탱크 내부의 온도와 동일한 정도의 온도로 유지하는 기판 프리히트영역으로 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태에서는 상기 도금처리액을 수납하여 두는 도금처리액수납탱크를 상기 도금처리탱크에 병설하고, 이 도금처리액 수납탱크의 내부공간을 상기 도금처리탱크 내부의 온도와 동일한 정도의 온도로 유지하는 도금처리액 프리히트영역으로 한 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 관한 기판의 도금방법은 기판의 피도금면을 유지장치에 의해 상향으로 유지하고, 기판의 피도금면의 주위를 도금액 유지기구에 의해 시일한 다음에 기판의 피도금면에 도금액을 공급하여 도금처리를 행하고, 상기 도금처리를 항온실내에서 행하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 무전해도금장치는 예를 들면 반도체기판(W)의 표면에 무전해구리도금을 실시하여 구리층으로 이루어지는 시드층이나 배선을 형성하는 데 사용된다. 이 도금공정의 일례를 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 설명한다.
반도체기판(W)에는 도 1a에 나타내는 바와 같이 반도체소자가 형성된 기판 (1)의 도전층(1a) 위에 SiO2로 이루어지는 절연막(2)이 퇴적되어 리소그래피·에칭기술에 의하여 콘택트홀(3)과 배선용 홈(4)이 형성되고, 그 위에 TiN 등으로 이루어지는 배리어층(5), 다시 그 위에 무전해구리도금에 의해 시드층(7)이 형성된다. 또 시드층(7)은 스패터 등에 의하여 미리 형성하여 두고, 이 시드층(7)의 위에 이것을 보강하기 위하여 보조 시드층을 무전해구리도금에 의하여 형성하는 경우도 있다. 그리고 도 1(b)에 나타내는 바와 같이 반도체기판(W)의 표면에 구리도금을 실시함으로써 반도체기판(W)의 콘택트홀(3) 및 홈(4)내에 구리를 충전시킴과 동시에, 절연막 (2) 위에 구리층(6)을 퇴적시킨다. 그 후 화학적 기계적 연마(CMP)에 의하여 절연막(2) 위의 구리층(6)을 제거하여 도 1c에 나타내는 바와 같이 콘택트홀(3) 및 배선용 홈(4)에 충전한 구리층(6)의 표면과 절연막(2)의 표면을 대략 동일평면으로 하여 노출하는 금속표면의 위에 배선보호막(8)을 형성한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 무전해도금장치의 개략구성도이다. 도 2에 나타내는 무전해도금장치를 사용하여 구리 또는 구리합금 또는 코발트합금에 의한 도금을 행하여 도 1a에 나타내는 시드층(7)을 형성할 수 있어, 구리도금에 의하여 시드층(7)의 보강을 행할 수 있어 구리도금에 의하여 도 1b에 나타내는 구리층 (6)을 형성할 수 있고, 또한 코발트합금 또는 니켈합금 또는 구리합금에 의한 도금을 행하여 도 1c에 나타내는 배선보호막(8)을 형성할 수 있다. 구리도금을 행할 때에 사용되는 구리도금액은 황산구리액 중에 차아인산나트륨이나 글리옥실산 등의 환원제에 착화제, pH 완충제, pH 조정제 등이 가해진 것이다. 또 니켈합금에 의한 도금을 행할 때에 사용되는 니켈도금액은 염화니켈이나 황산니켈 중에, Ni-P막의 경우에는 환원제로서 차아인산나트륨, Ni-B막의 경우에는 환원제로서 수산화붕소나트륨이 사용되고, 그외 착화제, pH 완충제 등이 가해진 것이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 이 무전해도금장치(10)는 피도금부재인 반도체기판(W)을 그 상면에 유지하는 유지장치(유지수단)(11)와, 유지장치(11)에 유지된 반도체기판(W)의 피도금면(상면)의 둘레 가장자리부에 맞닿아 이 둘레 가장자리부를 시일하는 둑부재(도금액 유지기구)(31)와, 둑부재(31)로 그 둘레 가장자리부가 시일된 반도체기판(W)의 피도금면에 도금액(무전해도금처리액)을 공급하는 샤워헤드(무전해도금처리액(분산)공급수단)(41)을 구비하고 있다. 무전해도금장치(10)는 다시 유지장치(11)의 상부 바깥 둘레 근방에 설치되어 반도체기판(W)의 피도금면에 세정액을 공급하는 세정액공급장치(세정액공급수단)(51)와, 배출된 세정액 등(도금폐액)을 회수하는 회수용기(61)와, 반도체기판(W) 위에 유지한 도금액을 흡인하여 회수하는 도금액 회수노즐(65)과, 상기 유지장치(11)를 회전구동하는 모터(회전구동장치)(M)를 구비하고 있다. 이하, 각 부재에 대하여 설명한다.
유지장치(11)는 모터(M)에 의하여 회전구동됨과 동시에, 도시 생략한 승강장치(승강수단)에 의하여 상하 이동할 수 있도록 구성되어 있다. 그리고 이 유지장치 (11)는 그 상면을 반도체기판(W)을 탑재하여 유지하는 기판 탑재부(13)로 하고 있다. 이 기판 탑재부(13)에는 반도체기판(W)이 탑재되어 고정되도록 구성되어 있으나, 기판 탑재부(13)의 반도체기판(W)을 얹어 놓는 부분에는 원형으로 반도체기판 (W)의 지름보다도 약간 작은 내경의 오목형상의 균일온도형성부(17)가 설치되어 있다. 균일온도형성부(17)의 중앙과 주위의 소정위치에는 각각 온도센서(14)가 매립되어 있다. 이들 온도센서(14)는 대향하는 반도체기판(W)의 이면온도를 검지하는 예를 들면 적외선검지센서에 의하여 구성되어 있다. 한편 유지장치(11) 내부의 균일온도형성부(17)의 아래쪽에는 반도체기판(W)의 피도금면을 하면측으로부터 따뜻하게 하여 보온하는 이면 히터[가열장치(가열수단)](15-1, 15-2)가 설치되어 있다. 이면 히터(15-1, 15-2)는 도 3에 나타내는 바와 같이 중앙에 설치되는 원판형상의 이면 히터(15-1)와, 그 주위를 둘러싸도록 설치되는 링형상의 이면 히터(15-2)에 의하여 구성되어 있다. 이들 이면 히터(15-1, 15-2)는 예를 들면 러버히터에 의하여 구성되어 있고, 도 3에 나타내는 온도제어장치(온도제어수단)(20)에 의하여 각각 소정의 온도가 되도록 제어되고 있다. 온도제어장치(20)에는 상기 각 온도센서(14)로부터의 온도검지신호가 입력된다.
둑부재(31)는 통형상으로서 그 하부에 반도체기판(W)의 바깥 둘레 가장자리를 시일하는 시일부(33)를 설치하여 도시한 위치로부터 상하 움직이지 않도록 설치되어 있다.
샤워헤드[무전해도금처리액(분산)공급장치](41)는 선단에 다수의 노즐을 설치함으로써, 공급된 도금액을 샤워형상으로 분산하여 반도체기판(W)의 피도금면에 대략 균일하게 공급하는 구조의 것이다. 공급되는 도금액은 도금에 적합한 온도(예를 들면 50℃)로 가열되어 있는 것이 바람직하다. 이 때문에 도금액공급원으로부터 샤워헤드(도금액공급장치)(41)까지의 배관은 보온성이 높은 부재를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 배관을 2중관 구조로 하여 중앙의 통로에 도금액을 통과시키고, 바깥쪽의 통로에 보온매체(보온수단)를 충전하는 등이다. 보온매체는 예를 들면 소정온도(예를 들면 50℃)로 승온한 공기 등의 기체나 물, 온수 등의액체 등으로 이루어진다. 승온한 기체나 액체를 충전한 경우는 도금액공급원에서의 도금액온도가 낮아도 배관 중에서 가열되어 샤워헤드(41)에 이르렀을 때는 도금에 적합한 온도까지 상승시킬 수 있다. 한편 세정액공급장치(51)는 노즐(53)로부터 세정액을 분출하는 구조이다.
도금액 회수노즐(65)은 상하 이동 또한 선회할 수 있도록 구성되어 있어, 그 선단이 반도체기판(W)의 상면 둘레 가장자리부에 배치된 둑부재(31)의 안쪽으로 하강하여 반도체기판(W) 위의 도금액을 흡인하도록 구성되어 있다.
다음에 이 무전해도금장치의 동작을 설명한다. 먼저 도시한 상태보다도 유지장치(11)를 하강시켜 둑부재(31) 사이에 소정치수의 간극을 마련하여 기판 탑재부 (13)상에 반도체기판(W)을 얹어 놓고 고정한다. 이 때 균일온도형성부(17)는 폐쇄된다. 반도체기판(W)으로서는 예를 들면 φ8인치 웨이퍼를 사용한다.
다음에 유지장치(11)를 상승시켜 도시한 바와 같이 그 상면을 둑부재(31)의 하면에 맞닿게 하고, 동시에 반도체기판(W)의 바깥 둘레를 둑부재(31)의 시일부 (33)에 의하여 시일한다. 이 때 반도체기판(W)의 표면은 개방된 상태로 되어 있다.
다음에 이면 히터[15(15-1, 15-2)]에 의하여 반도체기판(W)을 공기층으로 이루어지는 균일온도형성부(17)를 거쳐 가열하여 예를 들면 반도체기판(W)의 온도를 70℃로 하고(도금종료까지 유지함), 다음에 샤워헤드(41)로부터 예를 들면 50℃로 가열된 도금액을 분출하여 반도체기판(W) 표면의 대략 전체에 도금액을 쏟아 붓는다. 각 이면 히터(15-1, 15-2)의 가열온도는 각 온도센서(14)가 검출한 반도체기판 (W)의 각 부의 온도에 따라 도 3에 나타내는 온도제어장치(20)가 제어한다. 예를 들면 반도체기판(W)은 통상 중앙부분보다도 바깥 둘레끝쪽이 냉각되기 쉬우나, 그와 같은 경우는 이면 히터(15-2)의 가열온도를 이면 히터(15-1)의 가열온도보다도 약간높아지도록 하여, 이에 의하여 반도체기판(W)의 보온온도를 각 부 균일하게 유지한다.
다음에 반도체기판(W) 표면은 둑부재(31)에 의해 둘러 싸여 있기 때문에, 주입한 도금액은 모두 반도체기판(W) 표면에 유지된다. 공급하는 도금액의 양은 반도체기판(W) 표면에 1mm두께(약 30㎖)가 될 정도의 소량으로 좋다. 또한 피도금면상에 유지하는 도금액의 깊이는 1Omm 이하이면 좋고, 이 실시형태와 같이 1 mm이어도 좋다. 본 실시형태와 같이 공급하는 도금액이 소량으로 되면 이것을 가열하는 가열장치도 소형의 것이어도 된다. 그리고 이 실시형태에 있어서는 반도체기판(W)의 온도를 70℃로, 도금액의 온도를 50℃로 가열하고 있기 때문에, 반도체기판(W)의 피도금면은 예를 들면 60℃가 되어, 본 실시형태에 있어서의 도금반응에 최적의 온도로 할 수 있다. 이와 같이 반도체기판(W) 자체를 가열장치에 의하여 가열하도록 구성하면, 가열하는 데 큰 소비전력이 필요한 도금액의 온도를 그 만큼 높게 승온하지 않아도 좋기 때문에, 소비전력의 저감화나 도금액의 조성변화의 방지가 도모되어 적합하다. 또한 반도체기판(W) 자체의 가열을 위한 소비전력은 작아도 좋고, 또 반도체기판(W)상에 고이는 도금액의 양은 적기 때문에, 이면 히터(15)에 의한 반도체기판(W)의 보온은 용이하게 행할 수 있어, 이면 히터(15)의 용량은 작아도 되어 장치의 콤팩트화가 도모된다. 또 반도체기판(W) 자체를 직접 냉각하는 수단도 사용하면 도금 중에 가열·냉각을 전환하여 도금조건을 변화시키는 것도 가능하다. 반도체기판상에 유지되어 있는 도금액은 소량이기 때문에 감도좋게 온도제어가 행하여진다.
한편, 본 실시형태에 있어서는 이면 히터(15)와 반도체기판(W) 사이에 기체를 채우는 간극(공간)으로 이루어지는 균일온도형성부(17)를 설치하고 있으나, 균일온도형성부(17)의 열용량은 크기 때문에, 가령 이면 히터(15)의 표면온도에 불균일이 있는 경우에도 균일온도형성부(17)의 각 부의 온도는 균일온도가 되어 반도체기판 (W)의 이면을 정밀도 좋게 균일온도로 가열할 수 있다. 또한 이 실시형태에 있어서는 기체로서 공기를 사용하였으나, 불활성 가스 등의 다른 각종 기체이어도 좋다.
그리고 모터(M)에 의하여 반도체기판(W)을 순간 회전시켜 피도금면의 균일한 액젖음을 행하고, 그 후 반도체기판(W)을 정지한 상태에서 피도금면의 도금을 행한다. 구체적으로는 반도체기판(W)을 1sec만큼 1OOrpm(1OOmin-1) 이하로 회전하여 반도체기판(W)의 피도금면상을 도금액으로 균일하게 적시고, 그 후 정지시켜 1min 동안 무전해도금을 행하게 한다. 또한 순간 회전시간은 길어도 1Osec 이하로 한다.
상기 도금처리가 완료된 후, 도금액 회수노즐(65)의 선단을 반도체기판(W)의 표면 둘레 가장자리부에 배치된 둑부재(31) 안쪽 근방으로 하강시켜 도금액을 흡입한다. 이 때 반도체기판(W)을 예를 들면 1OOrpm (1OOmin-1) 이하의 회전속도로 회전시키면 반도체기판(W)상에 남은 도금액을 원심력으로 반도체기판(W)의 둘레 가장자리부의 둑부재(31)의 부분에 모을 수 있어 효율 좋고, 또한 높은 회수율로 도금액을 회수할 수 있다. 그리고 유지장치(11)를 하강시켜 반도체기판(W)을 둑부재(31)로부터 떨어지게 하여 반도체기판(W)의 회전을 개시하여 세정액공급장치(51)의 노즐 (53)로부터 세정액(초순수)을 반도체기판(W)의 피도금면에 분사하여 피도금면을 냉각함과 동시에 도금액을 희석화하여 반도체기판(W)을 세정함으로써 무전해도금반응을 정지시킨다. 이 때 노즐(53)로부터 분사되는 세정액을 둑부재(31)에도 닿게 함으로써 둑부재(31)의 세정을 동시에 행하여도 좋다. 이 때의 도금폐액은 회수용기(61)에 회수되어 폐기된다.
또한 한 번 사용한 도금액은 재이용하지 않고, 1회용으로 한다. 상기한 바와 같이 이 장치에 있어서 사용되는 도금액의 양은 종래에 비하여 매우 적게 할 수 있으므로, 재이용하지 않아도 폐기하는 도금액의 양은 적다. 또한 경우에 따라서는 도금액 회수노즐(65)을 설치하지 않고, 사용 후의 도금액도 세정액과 함께 도금폐액으로서 회수용기(61)에 회수하여도 좋다.
그리고 모터(M)에 의하여 반도체기판(W)을 고속회전하여 스핀 건조한 후, 유지장치(11)로부터 인출한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 무전해도금장치의 개략구성도이다. 또한 설명의 편의상 도 2에 나타낸 세정액공급장치(51)와 도금액 회수노즐(65)의 기재는 생략하고 있다. 이 실시형태에 있어서 도 2에 나타내는 실시형태와 서로 다른 점은 반도체기판(W)의 위를 덮는 덮개부재(25)를 설치한 점뿐이다. 이 덮개부재 (25)는 둑부재(31)의 상면을 폐쇄하는 위치와, 폐쇄하지 않는 위치에서 이동자유롭게 구성되어 있다. 덮개부재(25)는 통상은 둑부재(31)의 상면을 폐쇄하지 않은 위치에 있어, 샤워헤드(41)에 의하여 반도체기판(W) 위에 도금액이 공급된 후에 둑부재(31)의 상면을 폐쇄하는 도시한 위치로 이동한다.
도금액이 공급된 반도체기판(W) 위를 덮개부재(25)로 덮음으로써 도금액의 증발, 기류발생에 따르는 방열을 억제할 수 있어, 무전해도금시의 온도관리를 더욱 용이하고 또한 정밀도 좋게 행할 수 있다. 또 이 실시형태에서는 반도체기판(W) 위의 도금액과 덮개부재(25) 사이에 공간을 마련하고 있으나, 양자는 접촉하여도 좋다(통상은 도금액의 온도변화를 방지하기 위하여 양자는 접촉시키지 않는 쪽이 좋다).
도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 관한 무전해도금장치의 개략구성도이다. 도 5에 있어서도 도 2에 나타내는 세정액공급장치(51)와 도금액 회수노즐(65)의 기재는 생략하고 있다. 이 실시형태에 있어서 도 4에 나타내는 실시형태와 서로 다른 점은 덮개부재(25)를 독립된 부재로서 설치하지 않고, 샤워헤드(41)에 덮개부재(25)를 겸용시킨 점이다. 즉 반도체기판(W)의 피도금면의 상부에 위치하는 샤워헤드(41)를 상하 이동 자유롭게 구성하고, 또 샤워헤드(41)의 바깥 둘레에 판형상의 돌출부(26)를 설치함으로써 샤워헤드(41) 자체를 반도체기판(W)의 위를 덮는 덮개부재(25)로 하였다. 이와 같이 구성하면 따로 덮개부재(25)를 설치하지 않아도 좋으므로 장치의 콤팩트화, 저가격화가 도모된다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 관한 무전해도금장치의 개략구성도이다. 이 도면에 나타내는 실시형태에 있어서 상기 도 2에 나타내는 실시형태와 서로 다른 점은 오목형상의 균일온도형성부(17)를 설치하는 대신에, 유지장치(11)의 내부에 중공의 균일온도형성부(17)를 설치하고, 그 내부에 액체(예를 들면 물)를 충전한 점이다. 이와 같이 구성하여도 이면 히터(15)와 반도체기판(W)의 사이에 열용량이 큰 액체를 채우는 간극(공간)으로 이루어지는 균일온도형성부(17)가 형성되기 때문에 가령 이면 히터(15)의 표면 온도에 불균일이 있는 경우 에도 균일온도형성부 (17)에 있어서 각 부의 온도를 균일온도로 할 수 있어, 반도체기판(W)의 이면을 정밀도 좋게 균일온도로 가열할 수 있다. 또한 이 실시형태에 있어서는 균일온도형성부(17)내에 물 등의 액체를 충전하였으나, 공기 등의 기체를 충전하여도 좋다. 또이 중공의 균일온도형성부(17)내의 액체를 외부로 인출하는 배관과 펌프를 설치함으로써 액체의 교체 등을 행하도록 하여도 좋다. 그 경우 공급하는 액체온도는 소정의 온도로 승온시켜 두는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명의 실시형태를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 특허청구의 범위, 및 명세서와 도면에 기재된 기술적 사상의 범위내에서 여러가지의 변형이 가능하다. 예를 들면 본 발명에 관한 무전해도금장치는 시드층이나 배선용 구리층 형성에 한정되지 않고, 배선보호막 형성이나 확산방지막 형성 등에도 사용할 수 있다.
또한 본 발명에 관한 무전해도금장치는 무전해도금의 전처리공정이나 촉매처리공정에도 사용할 수 있다. 즉 예를 들면 상기 실시형태에서는 샤워헤드(41)로부터 무전해도금액을 반도체기판(W)의 피도금면에 공급하여 무전해도금을 행하게 하였으나, 무전해도금액의 공급공정의 전에 샤워헤드(41)로부터 무전해도금의 전처리공정이나 촉매처리공정에 사용하는 다른 무전해도금처리액을 공급함으로써 이들의 처리공정도 무전해도금공정과 함께 이 무전해도금장치로 행할 수 있다.
상기 실시형태에서는 피도금면상에 도금액을 유지하여 정지시킨 상태에서 도금하였으나, 도금 불균일이 생기지 않을 정도로 천천히 회전시켜도 좋다.
또 피도금면에 도금액을 분산하여 공급 가능하면 샤워헤드에 한정하는 것은 아니고, 예를 들면 요동동작 또는 병진동작을 행하면서 도금액을 공급하는 노즐을 설치하여도 좋다.
상기 실시형태에서는 도금 후의 세정공정에 있어서 유지장치(11)를 둑부재 (31)로부터 떼어 놓은 상태에서 세정액을 공급하여 반도체기판(W)의 세정을 행하였으나, 유지장치(11)를 둑부재(31)로부터 떼어 놓지 않은 상태 그대로 세정액을 공급하여 세정액을 둑부재(31) 상부의 가장자리로부터 흘러넘치게 함으로써 반도체기판 (W)의 세정을 행하여도 좋다. 세정액의 공급에 의하여 내부에 남은 도금액이 희석화되는 동시에 액온이 저하하고, 이에 의하여 무전해도금의 반응은 정지한다. 또한 유지장치 (11)를 하강시키는 대신에 둑부재(31)를 끌어 올림으로써 양자를 떼어 놓아도 좋다.
상기 이면 히터(15)에 의하여 반도체기판(W)을 가열할 때(특히 가열개시로부터 도금액을 접액하기까지의 사이), 반도체기판(W)의 피도금면에 산화방지를 목적으로 불활성가스, 예를 들면 아르곤(Ar)가스를 내뿜도록 하는 것이 바람직하다. 반도체기판 (W) 표면에 예를 들면 스패터 등에 의한 시드층이 노출하고 있는 경우는, 시드층이 가열되면 그 표면이 산화될 염려가 있으므로 시드층의 산화를 방지하여 더욱 막두께가 균질한 도금층을 상기 시드층 위에 형성하고자 하는 경우에 불활성 가스를 내뿜 도록 하면 특히 효과적이다.
상기 실시형태에서는 반도체기판(W)의 가열장치로서 이면 히터(15)를 사용하였으나, 기판 근방의 다른 위치에 히터를 설치하여도 좋다. 또 히터를 사용함과 동시에 무전해도금을 행하는 분위기의 온도를 무전해도금처리온도(반응면인 피도금면의 도금에 적합한 온도)와 거의 동등하게 함으로써 방열을 방지하여 처리온도를 일정하게 유지할 수 있다. 이 경우는 기판의 주위에 가열한 기체를 공급하는 등으로 하면 좋다.
상기 실시형태에서는 기판의 피도금면 위에 공급한 무전해도금처리액을 접액시키는 공정으로서, 기판을 잠깐 회전하는 공정을 사용하였으나, 그 밖에도 중요한 것은 기판을 움직이는 일이나, 공급한 무전해도금처리액을 움직임으로써 무전해도금 처리액을 피도금면 전체에 접액시키는 공정이면 좋다. 즉 기판을 움직이는 공정으로서는 예를 들면 무전해도금처리액이 공급된 기판을 진동시키는 일이나, 요동시키는 것 등이며, 공급한 무전해도금처리액을 움직이는 공정으로서는, 공급한 무전해도금처리액을 고르게 휘젓는 부재를 사용하여 균일하게 휘젓는 일이나, 액면에 송풍하는 것 등이다.
상기 실시형태에서는 반도체기판에 무전해도금하는 예를 나타내었으나, 반도체기판 이외의 각종 기판에 무전해도금하는 경우에도 적용할 수 있음은 물론이다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 이하와 같은 우수한 효과를 가진다.
① 피도금면상에 무전해도금처리액을 소정시간 고이게 하여 유지함으로써 피도금면을 처리하도록 구성하였기 때문에 소량의 무전해도금처리액으로 피도금면의 처리를 행할 수 있어 가격저감이 도모되고, 또 무전해도금처리액 공급용 펌프로서 소형의 것을 사용할 수 있어 무전해도금장치의 콤팩트화가 도모되어, 이것을 수납하는 청정룸 가격의 저감화도 도모할 수 있다. 또 사용하는 무전해도금처리액이 소량이기 때문에 무전해도금처리액의 승온·보온이 용이하여 즉시 행할 수 있고, 또한 대량의 무전해도금처리액을 항상 승온시켜 놓을 필요가 없기 때문에 무전해도금처리액의 열화가 촉진되는 일도 없다.
② 사용하는 무전해도금처리액의 양이 적어도 좋으므로 그대로 폐기하여도 가격증가로는 되지 않고, 항상 신규의 무전해도금처리액을 사용할 수 있어 처리액 조성을 일정하게 할 수 있어, 순환사용하는 경우에 생기는 부생성물 등이 시스템내에 퇴적하지 않아 안정된 도금 등의 처리를 용이하게 행할 수 있어, 도금액의 액분석장치나 액조정장치가 불필요하게 되어 장치가격의 저감화 및 청정룸 가격의 저감화를 도모할 수 있다. 또 무전해도금처리액을 대량으로 순환사용하지 않기 때문에 각 장치구성부재로부터 파티클이 발생하기 어렵고, 여과장치가 불필요하게 된다.
③ 무전해도금처리액을 피도금면상에 유지하여 처리를 행하기 때문에, 무전해도금처리액을 피도금면상에 적하하면서 처리를 행하는 경우에 비하여 피도금면의 각 부의 처리조건을 동일하게 할 수 있어, 형성되는 도금막 두께의 면내 균일화를 도모할 수 있다. 특히 기판을 정지시킨 상태에서 처리를 행하면 기판을 회전하면서 처리를 행하는 경우에 비하여 기판의 주속에 의한 방열이 생기지 않아, 온도강하시키지 않고 반응온도의 균일화가 도모되어 안정된 공정이 얻어진다.
④ 가열장치와 기판 사이에 간극(균일온도 형성부)을 마련하였기 때문에, 가열장치로서 그 표면의 온도에 불균일이 있는 가열장치를 사용하였다 하여도 간극(균일온도 형성부)에 있어서 그 전체를 동일온도로 할 수 있어, 기판 각 부의 가열온도를 균일화할 수 있다.
⑤ 가열장치를 복수의 영역으로 분할하여 각 영역별로 온도제어하도록 구성하였기때문에 기판 전체의 온도의 균일화를 도모할 수 있다.
⑥ 무전해도금처리액을 공급한 기판의 위를 덮개부재로 덮도록 구성하였기 때문에 무전해도금처리액의 증발, 기류발생에 따르는 방열을 억제할 수 있어, 더욱 효과적인 기판의 도금을 행할 수 있다. 특히 무전해도금처리액 공급장치 자체에 덮개부재를 겸용시키면, 장치의 콤팩트화·저가격화가 도모된다.
⑦ 무전해도금처리액으로서, 전처리액, 촉매처리액, 무전해도금액 등을 바꾸어 사용할 수 있고, 따라서 일련의 무전해도금공정을 단일셀에서 실시 가능하게 되어, 장치의 콤팩트화가 도모된다.
도 7은 도 1 내지 도 6에 나타내는 무전해도금장치(10)에 의하여 일련의 도금 처리를 행하는 도금처리장치의 전체구성을 나타낸다. 이 도금처리장치는 각 1쌍의 무전해도금장치(10), 로드·언로드부(70), 예를 들면 Pd 촉매를 부여하는 촉매처리나 노출배선 표면에 부착된 산화막을 제거하는 산화막 제거처리 등의 도금 전처리 를 행하는 도금 전처리장치(72), 초벌세정 가능한 임시 탑재부(74) 및 후 세정장치 (76)를 구비하고 있다. 이 도금처리장치는 다시 로드·언로드부(70), 후세정장치 (76) 및 임시 탑재부(74) 사이에서 기판(W)을 반송하는 제 1 반송장치(78a), 무전해도금장치(10), 도금 전처리장치(72) 및 임시 탑재부(74) 사이에 기판(W)을 반송하는 제 2 반송장치(78b)를 구비하고 있다.
다음에 상기한 바와 같이 구성한 도금처리장치에 의한 일련의 도금처리의 공정에 대하여 설명한다. 먼저 로드·언로드부(70)에 유지된 반도체기판(W)을 제 1 반송장치(78a)에 의하여 인출하고, 임시 탑재부(74)에 놓는다. 제 2 반송장치 (78b)는 반도체기판(W)을 도금 전처리장치(72)로 반송하고, 여기서 PdCl2액 등의 촉매에 의한 촉매부여처리나 노출배선 표면에 부착된 산화막을 제거하는 산화막 제거처리 등의 도금 전처리를 행하고, 그 다음에 세정한다.
제 2 반송장치(78b)는 기판(W)을 다시 무전해도금장치(10)로 운반하고, 여기서 소정의 환원제와 소정의 도금액을 사용하여 무전해도금처리를 행한다. 다음에 제 2 반송장치(78b)에서 도금 후의 기판을 무전해도금장치(10)로부터 인출하여 임시 탑재부(74)로 운반한다. 임시 탑재부(74)에서는 기판의 초벌세정을 행한다. 그리고 제 1 반송장치(78a)는 이 기판을 후세정장치(76)로 운반하고, 이 후세정장치 (76)에서 펜실·스펀지에 의한 마무리의 세정과 스핀드라이에 의한 건조를 행하여 로드·언로드부(70)로 되돌아간다. 기판은 나중에 도금장치나 산화막형성장치로 반송된다.
도 8은 도 1a 내지 도 1c에 나타내는 보호막(8)을 형성하는 일련의 도금 처리(덮개 도금처리)를 행하는 도금처리장치의 전체구성을 나타낸다. 이 도금처리장치는 로드·언로드부(80), 전처리부(82), Pd 부착부(84), 도금 전처리부(86), 무전해도금장치(10) 및 세정·건조처리부(88)를 구비하고 있다. 이 도금처리장치는 다시 반송경로(90)를 따라 주행 자유롭고, 이들 사이에서 기판의 수수를 행하는 반송장치(92)를 구비하고 있다.
다음에 상기한 바와 같이 구성한 도금처리장치에 의한 일련의 도금처리(덮개 도금처리)의 공정에 대하여 설명한다. 먼저 로드·언로드부(80)에 유지된 기판(W)을 반송장치(92)에 의하여 인출하고, 전처리부(82)로 반송하여 여기서 기판에 예를 들면 기판 표면을 다시 세정하는 전처리를 실시한다. 그리고 구리층(6)(도 1a 참조)의 표면에 Pd 부착부(84)에서 Pd를 부착시켜 구리층(6)의 노출 표면을 활성화시키고, 그런 다음에 도금 전처리부(86)에서 도금 전처리, 예를 들면 중화처리를 실시한다. 다음에 반도체기판(W)을 무전해도금장치(10)로 반송하고, 여기서 활성화한 구리층(6)의 표면에 예를 들면 Co-W-P 에 의한 선택적인 무전해도금을 실시하고, 이에 의하여 도 1c에 나타내는 바와 같이 구리층(6)의 노출 표면을 Co-W-P막(보호막) (8)으로 보호한다. 이 무전해도금액으로서는 예를 들면 코발트의 염과 텅스텐의 염에, 환원제, 착화제, pH 완충제 및 pH 조정제를 첨가한 것을 들 수 있다.
또한 연마 후에, 예를 들면 무전해 Ni-B 도금을 실시하여 배선(6) 외부로의 노출 표면에 Ni-B 합금막으로 이루어지는 보호막(도금막)(8)을 선택적으로 형성하여 배선(6)을 보호하도록 하여도 좋다. 이 보호막(8)의 막두께는 0.1 내지 500nm, 바람직하게는 1 내지 200nm, 더욱 바람직하게는 1O 내지 1OOnm 정도이다.
이 보호막(8)을 형성하는 무전해 Ni-B 도금액으로서는, 예를 들면 니켈이온, 니켈이온의 착화제, 니켈이온의 환원제로서의 알킬아민보란 또는 붕소화수소화합물을 함유하고, pH 조정에 TMAH(수산화테트라메틸암모늄)를 사용하여 pH를 5 내지 12로 조정한 것이 사용된다.
다음에 이 덮개 도금처리 후의 기판(W)을 세정·건조처리부(88)로 반송하여 세정·건조처리를 행하고, 이 세정·건조 후의 기판(W)을 반송장치(92)에서 로드·언로드부(80)의 카세트로 되돌아가게 한다.
또한 이 예에서는 덮개 도금처리로서, Co-W-P 무전해도금처리를 실시하기 전에, Pd를 부착함으로써 활성화시킨 구리층(6)의 노출 표면을 Co-W-P 막으로 선택적으로 피복하도록 한 예를 나타내고 있으나, 이것에 한정되지 않음은 물론이다.
도 9는 본 발명에 관한 도금장치(무전해도금장치)의 제 2 실시형태를 나타내는 개략구성도이다. 도 9에 나타내는 무전해도금장치를 사용하여 구리 또는 구리합금 또는 코발트합금에 의한 도금을 행하여 도 1a에 나타내는 시드층(7)을 형성할 수있고, 구리도금에 의해 시드층(7)의 보강을 행할 수 있으며, 구리도금에 의하여 도 1(b)에 나타내는 구리층(6)을 형성할 수 있고, 다시 코발트합금 또는 니켈합금 또는 구리합금에 의한 도금을 행하여 도 1c에 나타내는 배선보호막(8)을 형성할 수 있다. 구리도금을 행할 때에 사용되는 구리도금액은 황산구리액 중에 차아인산 나트륨이나 글리옥실산 등의 환원제에, 착화제, pH 완충제, pH 조정제 등이 가해진 것이다. 또 니켈합금에 의한 도금을 행할 때에 사용되는 니켈도금액은 염화니켈이나 황산니켈 중에, Ni-P 막의 경우에는 환원제로서 차아인산나트륨, Ni-B 막의 경우에는 환원제로서 수산화붕소나트륨이 사용되고, 그외 착화제, pH 완충제 등이 가해진 것이다.
도 9에 나타내는 바와 같이 이 무전해도금장치는 무전해도금처리를 행하는 도금처리탱크(40)와, 미처리 반도체기판(W)을 수납하여 두는 기판수납탱크(30)와, 도금액이나 그 밖의 도금처리액을 수납하여 두는 도금처리액 수납탱크(50)를 일체로 병설하여 구성되어 있다.
여기서 도금처리탱크(40)는 반도체기판(W)을 그 상면에 유지하는 유지장치(유지수단)(11)와, 유지장치(11)가 상승하였을 때에 유지장치(11)에 유지된 반도체기판 (W)의 피도금면(상면)의 둘레 가장자리부에 맞닿아 둘레 가장자리부를 시일하는 둑부재(도금처리액 유지기구)(31)와, 둑부재(31)로 그 둘레 가장자리부가 시일된 반도체기판(W)의 피도금면에 도금액을 공급하는 샤워헤드(도금처리액 공급수단)(41)를 구비하고 있다. 도금처리탱크(40)는 다시 유지장치(11)의 상부 바깥 둘레 근방에 설치되어 반도체기판(W)의 피도금면에 세정액을 공급하는 세정액공급장치(세정액공급수단)(51)와, 배출된 세정액 등(도금폐액)을 회수하는 회수용기(61)와, 반도체기판(W) 위에 유지한 도금액을 흡인하여 회수하는 도금액 회수노즐(65)과, 상기 유지장치(11)를 회전구동하는 모터(M)를 구비하고 있다.
유지장치(11)는 그 상면에 반도체기판(W)을 탑재하여 유지한다. 유지장치 (11)는 구체적으로는 반도체기판(W)을 진공흡착하는 도시 생략한 진공흡착기구를 구비하고 있다. 유지장치(11)는 모터(M)에 의하여 회전구동됨과 동시에, 도시 생략한 승강장치(승강수단)에 의하여 상하 이동할 수 있도록 구성되어 있고, 도시하는 실선의 위치는 반도체기판(W)을 착탈하는 위치, 그 위의 위치(A)는 반도체기판(W)을 세정하는 위치, 그 위의 위치(B)는 둑부재(31)에 맞닿아 반도체기판(W)을 도금 처리하는 위치이다.
둑부재(31)는 통형상으로서 그 하단부가 반도체기판(W)의 바깥 둘레 가장자리를 시일하는 시일부로 되어 있고, 도시한 위치로부터 상하 이동하지 않도록 설치되어 있다. 샤워헤드(도금처리액 공급장치)(41)는 선단에 다수의 노즐을 설치함으로써 공급된 도금액을 샤워형상으로 분산하여 반도체기판(W)의 피도금면에 대략 균일하게 공급하는 구조의 것이다. 또 세정액공급장치(51)는 노즐로부터 세정액을 분출하는 구조이다.
도금액 회수노즐(65)은 상하 이동 또한 선회할 수 있도록 구성되어 있어, 그 선단이 반도체기판(W)의 상면 둘레 가장자리부에 배치된 둑부재(31)의 안쪽으로 하강하여 반도체기판(W) 위의 도금처리액을 흡인하도록 구성되어 있다.
다음에 기판수납탱크(30)는 그 내부에 기판유지장치(기판유지수단)(32)를 설치하고, 이 기판유지장치(32)에 복수매의 반도체기판(W)을 상하에 소정 간격별로 겹쳐지도록 유지시키고 있다. 이 기판유지장치(32)는 유지한 반도체기판(W)을 엘리베이터식으로 승강하도록 구성되어 있고, 도시 생략한 기판반송기구에 의하여 상부에 유지하고 있던 반도체기판(W)이 상기 유지장치(11)상으로 이송되면 다음의 반도체기판 (W)이 반송위치까지 상승하도록 구성되어 있다.
다음에 도금처리액 수납탱크(50)는 그 내부에 도금처리액 수납부(52)를 설치하고, 이 도금처리액 수납부(52)의 내부에 도금액이나 그 밖의 도금처리액을 각각저류하여 두고, 필요에 따라 상기 샤워헤드(41)에 도금액이나 그 밖의 도금처리액을 공급하도록 구성하고 있다.
그리고 상기 도금처리탱크(40)는 그 내부 전체의 기체(불활성 가스, 예를 들면 아르곤 등이 적합하다)가 무전해도금하는 데 최적의 온도(도금처리온도, 예를 들면 60℃)와 동등한 온도를 항상 유지할 수 있는 항온실로서 구성되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 도금처리탱크(40)의 내부는 그 분위기뿐만 아니라, 유지장치 (11) 등의 각종 부재도 도금처리온도와 동등한 온도로 보온 유지된다.
그리고 또한 이 실시형태에서는 기판수납탱크(30)와 도금처리액 수납탱크 (50)도 마찬가지로 그 내부 전체의 기체가 무전해도금하는 데 최적의 도금 처리온도 (예를 들면 60℃)와 동등한 온도로 유지되는 프리히트영역(항온실)으로서 구성되어 있어, 이에 의하여 수납되어 있는 다수매의 반도체기판(W)의 온도나 도금액 등의 온도도 도금처리온도와 동등한 온도로 프리히트되어 유지되고 있다.
도금처리탱크(40)와 기판수납탱크(30)와 도금처리액 수납탱크(50)를 동일온도로 보온하기 위하여 도 9에 점선 화살표로 나타내는 바와 같이 예를 들면 도금처리온도와 동등한 온도로 가열된 불활성 가스 등의 기체(온풍)를 외부로부터 기판수납탱크(30)내로 도입하고, 다시 이 기체를 도금처리탱크(40)와 도금 처리액 수납탱크 (50)로 순환하여 도금처리탱크(40)로부터 배출하도록 구성되어 있다. 도입하는 기체의 온도와 습도와 양은, 예를 들면 도금처리탱크(40)내에 설치한 온도센서 및 습도센서에 의하여 도금처리탱크(40)내의 온도와 습도가 최적이 되도록 제어된다. 또 한 각 탱크(30, 40, 50)내의 온도를 소정온도로 승온유지하는 장치로서는, 상기온풍 대신에 히터나 램프 등을 사용하여도 좋다. 중요한 것은 각 탱크(30, 40, 50)내를 소정온도로 승온유지하는 가열장치(가열수단)이면 좋다.
다음에 이 도금장치의 동작을 설명한다. 먼저 상기한 바와 같이 도금처리탱크(40)와 기판수납탱크(30)와 도금처리액 수납탱크(50)를 동일온도로 보온함으로써 내부의 각 부재온도도 동일온도로 보온하여 둔다. 그리고 먼저 기판유지장치(32)에 유지한 최상부에 위치하는 반도체기판(W)을 도시 생략한 기판반송기구에 의하여 유지장치(11)상으로 이송하여 유지시키고, 유지장치(11)를 상승(위치 B)하여 반도체기판(W)의 바깥 둘레 가장자리를 둑부재(31)의 하단부에 맞닿게 하여 시일한다.
다음에 샤워헤드(41)로부터 도금액을 분출하여 반도체기판(W)의 표면에 도금액을 내리 쏟는다. 반도체기판(W) 표면은 둑부재(31)에 의하여 둘러싸여 있기 때문에 주입한 도금액은 반도체기판(W)상에 유지되어 무전해도금된다. 본 발명에 있어서는 반도체기판(W)과 도금액은 모두 도금처리온도(예를 들면 60℃)로 미리 승온유지되어 있고, 또 도금처리탱크(40) 내부의 분위기와 유지장치(11) 등의 각 부재도 대략 동일온도로 승온 유지되어 있기 때문에, 다시 반도체기판(W) 등을 가열할 필요는 없고, 단지 반도체기판(W) 위에 도금액을 공급하는 것만으로 최적의 도금이 개시된다.
상기 도금처리가 완료된 후, 도금액 회수노즐(65)의 선단을 반도체기판(W)의 표면 근방으로 하강시켜 도금액을 흡입한다. 그리고 유지장치(11)를 하강하여 반도체기판(W)을 둑부재(31)로부터 떨어뜨려(위치 A), 반도체기판(W)의 회전을 개시하여 세정액 공급장치(51)로부터 세정액(초순수)을 반도체기판(W)의 피도금면에 분사하여 피도금면을 냉각함과 동시에 도금액을 희석화하여, 반도체기판(W)을 세정함으로써 무전해도금반응을 정지시킨다. 이 때의 도금폐액은 회수용기(61)에 회수되어 폐기된다.
이 실시형태의 경우, 사용되는 도금액의 양은 종래에 비하여 매우 적기 때문에 한 번 사용한 도금액은 재이용하지 않고 1회용으로 한다. 그리고 모터(M)에 의하여 반도체기판(W)을 고속회전하여 스핀건조한 후, 도시한 실선으로 나타내는 위치까지 하강하고, 유지장치(11)로부터 외부로 인출한다.
이상, 본 발명의 실시형태를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 특허청구의 범위, 및 명세서와 도면에 기재된 기술적 사상의 범위내에서 여러가지의 변형이 가능하다. 또한 직접 명세서 및 도면에 기재가 없는 어떤 형상이나 구조나 재질이더라도 본원 발명의 작용·효과를 나타내는 이상, 본원 발명의 기술적 사상의 범위내이다. 예를 들면 본 발명에 관한 도금장치는 시드층이나 배선용 구리층 형성에 한정되지 않고, 배선보호막형성이나 확산방지막형성 등에도 사용할 수 있다. 또한 본 발명에 관한 도금장치는 무전해도금의 전처리공정이나 촉매처리공정에도 사용할 수 있다. 즉 무전해도금액 대신에 전처리공정이나 촉매처리공정에 사용하는 다른 도금처리액을 사용함으로써 이들의 처리도 이 도금장치로 행할 수 있다. 또 상기 도금처리탱크(40) 내부의 무전해도금을 행하는 기구의 구조나, 기판수납탱크(30) 내부의 반도체기판(W)을 복수매 수납하여 두는 기구의 구조나, 도금처리액 수납탱크(50) 내부의 각종 도금처리액을 수납하여 두는 기구의 구조도 여러가지 변경 가능하다. 또 상기 실시형태에서는 반도체기판(W)에무전해도금하는 예를 나타내었으나, 본 발명은 반도체기판 이외의 각종 기판에 무전해도금하는 경우에도 적용할 수 있다.
또 본 발명은 전해도금장치에 사용할 수도 있다. 전해도금의 하나인 전해흑크롬도금의 경우의 도금처리온도는 20℃이고, 전해 Sn 도금의 경우의 도금처리온도는 20℃이고, Sn-Pb 땜납 범프 도금의 경우의 도금처리온도는 5 내지 10℃ 이다. 또 무전해 Ni 도금의 경우의 도금처리온도는 60 내지 90℃ 이다. 따라서 도금의 종류에 따라 도금처리탱크내의 온도를 여러가지 변경하는 것은 물론이다.
또 상기 실시형태에서는 도금처리탱크 내부의 온도를 도금에 적합한 도금처리온도와 대략 동등한 온도로 유지하였으나, 도금처리온도가 외기온보다도 높은 온도의 경우(무전해도금의 경우에 많음)는, 도금처리탱크 내부의 온도를 외기온보다 높은 온도로 하는 것만으로도 적합한 무전해도금이 얻어진다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 도금처리탱크를 도금처리온도와 대략 동등한 온도(또는 외기보다도 높은 온도)로 유지하는 항온실로서 구성하였기 때문에, 기판의 도금반응시의 도금반응면을 항상 정확하게 소정온도로 보온하여 둘 수 있어 안정되고 또한 확실한 도금을 행할 수 있다. 또한 도금처리탱크내로 반입하는 기판과 도금처리액을 미리 상기 도금처리탱크 내부의 온도와 같은 정도의 온도로 프리히트하도록 구성하여 두면, 도금처리탱크에 있어서 반입한 기판에 도금처리액을 공급할 뿐으로 즉시 최적의 도금처리반응이 얻어져 스루풋의 향상을 더욱 도모할 수 있다.
본 발명은 반도체기판의 배선형성(시드층형성이나, 시드층의 위에 이것을 보강할 목적으로 형성되는 보조 시드층형성도 포함함)이나 배선보호막형성이나 확산방지막형성 등에 사용하기 적합한 도금장치에 이용 가능하다.

Claims (17)

  1. 피도금면을 상향으로 하여 기판을 유지하는 유지장치와;
    상기 유지장치에 유지된 기판의 피도금면의 주위를 시일하는 도금액 유지기구와;
    상기 도금액 유지기구로 시일된 기판의 피도금면에 무전해도금처리액을 공급하여 모으는 무전해도금처리액 공급장치와;
    상기 기판의 아래쪽에 설치되는 가열장치를 구비하고,
    상기 가열장치와 기판의 사이에 간극을 설치한 것을 특징으로 하는 무전해도금장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무전해도금장치에는 기판의 피도금면에 모인 무전해도금처리액을 흡인회수하는 기구를 설치한 것을 특징으로 하는 무전해도금장치.
  3. 피도금면을 상향으로 하여 기판을 유지하는 유지장치와;
    상기 유지장치에 유지된 기판의 피도금면의 주위를 시일하는 도금액 유지기구와;
    상기 도금액 유지기구로 시일된 기판의 피도금면에 무전해도금처리액을 공급하여 모으는 무전해도금처리액 공급장치와;
    상기 기판 근방에 설치되어 기판 전체를 가열하는 가열장치와;
    상기 가열장치의 온도를 제어하는 온도제어장치를 구비하고,
    상기 가열장치는 복수의 영역으로 분할됨과 동시에, 상기 온도제어장치에 의하여 각 영역별로 온도제어되는 것을 특징으로 하는 무전해도금장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 무전해도금장치에는 기판의 피도금면에 모인 무전해도금처리액을 흡인 회수하는 기구를 설치한 것을 특징으로 하는 무전해도금장치.
  5. 피도금면을 상향으로 하여 기판을 유지하는 유지장치와;
    상기 유지장치에 유지된 기판의 피도금면의 주위를 시일하는 도금액 유지기구와;
    상기 도금액 유지기구로 시일된 기판의 피도금면에 무전해도금처리액을 공급하여 모으는 무전해도금처리액 공급장치와;
    상기 기판 근방에 설치되는 가열장치와;
    상기 무전해도금처리액이 공급된 기판의 위를 덮는 덮개부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 무전해도금장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 무전해도금장치에는 기판의 피도금면에 모인 무전해도금처리액을 흡인회수하는 기구를 설치한 것을 특징으로 하는 무전해도금장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 무전해도금처리액 공급장치는 기판의 피도금면의 상부에 설치되고, 또한 상기 무전해도금처리액이 공급된 기판의 위를 덮는 형상으로 형성함으로써 덮개부재를 겸용하고 있는 것을 특징으로 하는 무전해도금장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 무전해도금장치에는 기판의 피도금면에 모인 무전해도금처리액을 흡인회수하는 기구를 설치한 것을 특징으로 하는 무전해도금장치.
  9. 기판의 피도금면을 상향으로 유지하는 유지장치와;
    상기 유지장치에 유지된 기판의 피도금면의 주위를 시일하는 도금처리액 유지기구와;
    상기 도금처리액 유지기구로 시일된 기판의 피도금면에 도금처리액을 공급하는 장치를 구비한 도금처리탱크를 설치하고, 상기 도금처리탱크의 내부 공간을 외기보다도 높은 온도로 유지하는 항온실로서 구성한 것을 특징으로 하는 도금장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 도금처리탱크내에 반입하는 기판과 도금처리액을 미리 상기 도금처리탱크 내부의 온도와 같은 정도의 온도로 프리히트하도록 구성한 것을 특징으로 하는 도금장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    복수매의 미처리 기판을 수납하여 상기 도금처리탱크에 공급하는 기판수납탱크를 상기 도금처리탱크에 병설하고,
    상기 기판수납탱크의 내부 공간을 상기 도금처리탱크 내부의 온도와 같은 정도의 온도로 유지하는 기판 프리히트영역으로 한 것을 특징으로 하는 도금장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 도금처리액을 수납하여 두는 도금처리액 수납탱크를 상기 도금처리탱크에 병설하고, 상기 도금처리액 수납탱크의 내부 공간을 상기 도금처리탱크 내부의 온도와 같은 정도의 온도로 유지하는 도금처리액 프리히트영역으로 한 것을 특징으로 하는 도금장치.
  13. 기판의 피도금면에 도금처리액을 접액하여 도금처리를 실시하는 도금처리탱크를 설치하여, 상기 도금처리탱크의 내부 공간을 도금처리온도와 대략 동등한 온도로 유지하는 항온실로서 구성한 것을 특징으로 하는 도금장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 도금처리탱크내로 반입하는 기판과 도금처리액을 미리 상기 도금처리탱크 내부의 온도와 같은 정도의 온도로 프리히트하도록 구성한 것을 특징으로 하는 도금장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    복수매의 미처리 기판을 수납하여 상기 도금처리탱크에 공급하는 기판수납탱크를 상기 도금처리탱크에 병설하여, 상기 기판수납탱크의 내부 공간을 상기 도금 처리탱크 내부의 온도와 같은 정도의 온도로 유지하는 기판 프리히트영역으로 한 것을 특징으로 하는 도금장치.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 도금처리액을 수납하여 두는 도금처리액 수납탱크를 상기 도금처리탱크에 병설하고, 상기 도금처리액 수납탱크의 내부 공간을 상기 도금처리탱크 내부의 온도와 같은 정도의 온도로 유지하는 도금처리액 프리히트영역으로 한 것을 특징으로 하는 도금장치.
  17. 기판의 피도금면을 유지장치에 의하여 상향으로 유지하고, 기판의 피도금면의 주위를 도금액 유지기구에 의하여 시일한 다음에 기판의 피도금면에 도금액을 공급하여 도금처리를 행하고, 상기 도금처리를 항온실내에서 행하는 것을 특징으로 하는 기판의 도금방법.
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