KR20070061337A - 무전해 도금 장치 및 무전해 도금 방법 - Google Patents

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도쿄 엘렉트론 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 반도체 디바이스 등의 기판의 품질을 저하시키지 않고, 기판 상의 배선부에 환원력이 약한 환원제를 이용한 도금액에 의해 무전해 도금을 실시하는 것이 가능한 무전해 도금 장치를 제공하는 것이다.
웨이퍼(W) 상에 형성된 배선부에 환원력이 약한 환원제를 이용한 도금액에 의해 무전해 도금을 실시하기 위한 무전해 도금 장치를, 웨이퍼(W)를 지지하고 도전성을 갖는 압박 핀(64)과, 도금액에 접촉하도록 압박 핀(64)에 설치되고, 도금액에 접촉하였을 때에 용해하여 전자를 발생시키는 금속 부재(64b)로 구성하고, 금속 부재(64b)가 용해하여 발생한 전자를 압박 핀(64)을 거쳐서 웨이퍼(W) 상의 배선부에 공급하는 전자 공급로로 구성한다.
웨이퍼, 압박 핀, 무전해 도금 장치, 통전 라인, 스위치부, 무전해 도금 유닛

Description

무전해 도금 장치 및 무전해 도금 방법{ELECTROLESS PLATING APPARATUS AND ELECTROLESS PLATING METHOD}
도1은 본 발명에 관한 무전해 도금 장치를 구비한 무전해 도금 시스템의 개략적 구조를 도시하는 평면도.
도2는 무전해 도금 시스템의 개략적 구조를 도시하는 측면도.
도3은 무전해 도금 시스템의 개략적 구조를 도시하는 단면도.
도4는 무전해 도금 장치의 개략 평면도.
도5는 무전해 도금 장치의 개략 단면도.
도6은 무전해 도금 장치에 설치된 압박 핀의 주요부를 도시하는 단면도.
도7은 무전해 도금 장치에 설치된 노즐부 및 처리액 공급 시스템의 개략 구성을 도시하는 도면.
도8은 노즐부의 동작 태양(이동 태양)을 설명하기 위한 도면.
도9는 무전해 도금 시스템에 있어서의 웨이퍼의 처리 공정의 개략을 도시하는 흐름도.
도10은 무전해 도금 장치에 있어서의 웨이퍼의 처리 공정의 개략을 도시하는 흐름도.
도11은 톱 플레이트를 갖는 무전해 도금 장치의 개략 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
12 : 무전해 도금 유닛(PW)(무전해 도금 장치)
64 : 압박 핀(지지 부재)
64a : 접촉부(도전부)
64b : 금속 부재
64c : 통전 라인
64d : 스위치부
W : 웨이퍼(기판)
[문헌 1] 일본 특허 공개 평8-83796호 공보
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판 상에 형성된 배선부에 환원력이 약한 환원제를 이용한 도금액에 의해 무전해 도금을 실시하기 위한 무전해 도금 장치 및 무전해 도금 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서 반도체 웨이퍼(이하「기판」이라 함) 상에 형성되는 배선에는 반도체 디바이스의 동작 속도를 향상시키기 위해 Cu(구리)가 많이 이용되고 있다. 이와 같은 Cu 배선의 기판 상에의 형성은 통상 절연막에 배선을 매립하기 위한 구멍[비아(via)] 및/또는 오목부(트렌치)를 에칭에 의해 형성하고, 이 구멍 및/또는 오목부 내에 메탈라이제이션 프로세스에 의해 구리 배선을 매립하는 다마신법에 의해 행해진다.
이와 같은 Cu 배선이 설치된 반도체 디바이스는 최근 미세화 및 고집적화되고 있으므로, 전류 밀도가 증가하여 일렉트로 마이그레이션(전류에 의한 Cu 원자의 수송)이 증대하고, 배선의 단선을 일으켜 신뢰성의 저하를 초래하는 등의 문제점을 갖고 있다.
이로 인해, 캡 메탈이라 하는 CoWB(코발트텅스텐붕소)나 CoWP(코발트텅스텐인) 등의 금속막을 무전해 도금에 의해 Cu 배선의 표면에 피복하여 반도체 디바이스의 일렉트로 마이그레이션 내성을 향상시키는 시도가 행해지고 있다.
그런데, 도금액에 CoWP를 이용한 경우에는 CoWP에 포함되는 P(인)계 환원제의 환원 작용이 약하므로, CoWP 도금액을 그대로 Cu 배선에 공급한 것만으로는 CoWP가 Cu 배선의 표면에 석출되지 않는다. 그래서, CoWP를 Cu 배선의 표면에 석출시키기 위해, Pd(팔라듐) 등의 촉매를 Cu 배선의 표면에 부여하는 등의 것이 행해지고 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조). 그러나 Pd가 Cu 배선의 표면에 부여하면, 그 후의 열처리에 의해 Pd가 Cu 배선 중에 확산되어 배선 저항이 상승하게 되고 반도체 디바이스의 동작 속도를 저하시키게 된다.
이와 같은 사태를 회피하기 위해서는, Zn(아연)이나 Fe(철) 등의 금속을 Cu 배선에의 CoWP 도금액의 공급 전에 미리 Cu 배선에 부착시키거나 CoWP 도금액에 침지된 기판 상의 Cu 배선에 접촉시키고, CoWP 도금액 중에 용해시켜 전자가 Cu 배선에 공급되도록 하는 등의 것을 고안할 수 있다. 그런데, 이 경우에는 Zn 등의 금 속이 불순물로서 반도체 디바이스 내에 취입되거나 Cu 배선과의 접촉시에 Cu 배선을 손상시켜, 결과적으로 반도체 디바이스의 품질 저하로 이어질 우려가 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평8-83796호 공보
본 발명은 이와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 반도체 디바이스 등의 기판의 품질을 저하시키지 않고, 기판 상의 배선부에 환원력이 약한 환원제를 이용한 도금액에 의해 무전해 도금을 실시하는 것이 가능한 무전해 도금 장치 및 무전해 도금 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 기판 상에 형성된 배선부에 환원력이 약한 환원제를 이용한 도금액에 의해 무전해 도금을 실시하기 위한 무전해 도금 장치이며, 기판을 지지하고 도전부를 갖는 지지 부재와, 상기 도금액에 접촉 가능하게 상기 지지 부재에 설치되고 상기 도금액에 접촉하였을 때에 용해하여 전자를 발생시키는 금속 부재와, 상기 금속 부재가 용해하여 발생한 전자를, 상기 지지 부재의 상기 도전부를 거쳐서 기판 상의 배선부에 공급하는 전자 공급로를 구비하는 것을 특징으로 하는 무전해 도금 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 전자 공급로는 상기 금속 부재가 용해하여 발생한 전자를 상기 지지 부재의 상기 도전부 및 기판을 거쳐서 기판 상의 배선부에 공급하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우에, 상기 금속 부재는 기판 상으로부터 흘러나온 도금액과 접촉하도록 상기 지지 부재에 설치되어 있는 것이 바람 직하다.
이상의 본 발명에 있어서, 상기 지지 부재는 기판을 수평 회전 가능하게 지지하는 것이 바람직하고, 상기 금속 부재는 상기 지지 부재에 지지된 기판과 이격하여 상기 지지 부재에 설치되어 있는 것이 바람직하고, 상기 지지 부재의 상기 도전부는 도전성 PEEK(폴리에테르에테르케톤)로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 전자 공급로는 상기 지지 부재에 지지된 기판의 접지를 선택적으로 행할 수 있도록 구성되어 있는 것이 바람직하고, 상기 금속 부재는 기판 상의 배선부에 이용되는 금속보다도 비금속(卑金屬)으로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 지지 부재 및/또는 상기 금속 부재는 교환 가능한 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 기판 상에 형성된 배선부에 환원력이 약한 환원제를 이용한 도금액에 의해 무전해 도금을 실시하기 위한 무전해 도금 방법이며, 기판을 지지하고 도전부를 갖는 지지 부재에 상기 도금액에 접촉하였을 때에 용해하여 전자를 발생시키는 금속 부재를 설치하는 동시에, 상기 금속 부재가 용해하여 발생한 전자를 상기 지지 부재의 상기 도전부를 거쳐서 기판 상의 배선부에 공급 가능하게 전자 공급로를 구성하고, 상기 금속 부재에 상기 도금액이 접촉하도록 상기 지지 부재에 의해 지지한 기판 상에 상기 도금액을 공급하고, 상기 금속 부재가 상기 도금액에 용해하여 발생한 전자를 상기 전자 공급로에 의해 기판 상의 배선부에 공급시키는 것을 특징으로 하는 무전해 도금 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 금속 부재가 용해하여 발생한 전자를, 상기 지지 부재의 상기 도전부 및 도전성 재료로 이루어지는 기판을 거쳐서 기판 상의 배선부에 공급하도록 상기 전자 공급로를 구성하는 것이 바람직하고, 기판 상의 배선부는 Cu(구리)로 이루어지고, 상기 무전해 도금에 의해 형성되는 금속 재료는 CoWP(코발트텅스텐인), CoMoP(코발트몰리브덴인), CoTaP(코발트탄탈인), CoMnP(코발트망간인) 및 CoZrP(코발트지르코늄인) 중 어느 하나로 이루어지는 것이 적합하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 구체적으로 설명한다.
도1은 본 발명에 관한 무전해 도금 장치를 구비한 무전해 도금 시스템의 개략 구조를 도시하는 평면도이며, 도2는 그 측면도이고, 도3은 그 단면도이다.
무전해 도금 시스템(1)은 도전성 재료, 예를 들어 실리콘(Si) 재료로 형성된 웨이퍼(W)(반도체 기판)에 무전해 도금 처리 및 무전해 도금 처리 전후의 열적 처리를 실시하는 처리부(2)와, 웨이퍼(W)의 처리부(2)에의 반입 및 처리부(2)로부터의 반출을 행하는 반입출부(3)를 구비하고 있다. 또, 웨이퍼(W) 상에는 금속, 예를 들어 Cu(구리)로 이루어지는 도시하지 않은 배선부가 형성되어 있는 동시에, 이 배선부의 부식 방지 목적으로 도시하지 않은 유기계막이 설치되어 있고, 처리부(2)는 배선부에 무전해 도금 처리를 실시하기 위한 것이다.
반입출부(3)는 복수매, 예를 들어 25매의 웨이퍼(W)를 대략 수평 자세로 연직 방향으로 소정의 간격으로 수용 가능한 포프(FOUP ; front opening unified pod)(F)를 적재하기 위한 적재대(6)가 설치된 인 아웃 포트(4)와, 적재대(6)에 적재된 포프(F)와 처리부(2) 사이에서 웨이퍼(W)의 운반을 행하는 웨이퍼 반송 기구(7)가 설치된 웨이퍼 반송부(5)로 구성되어 있다.
포프(F)는 일측면에 웨이퍼(W)를 반입출하기 위한 반입출구를 갖고, 이 측면에 반입출구를 개폐 가능한 덮개체가 설치되어 구성되어 있다. 포프(F) 내에는 웨이퍼(W)를 수용하는 슬롯이 상하 방향으로 복수 군데, 예를 들어 25군데 형성되어 있고, 각 슬롯은 표면(배선부가 형성된 면)을 상측으로 하여 웨이퍼(W)를 1매씩 수용한다.
인 아웃 포트(4)의 적재대(6)는 포프(F)가 무전해 도금 시스템(1)의 폭 방향(Y 방향)에 복수개, 예를 들어 3개 병렬로 적재되도록 되어 있고, 포프(F)가 반입출구를 갖는 측면을 인 아웃 포트(4)와 웨이퍼 반송부(5)와의 경계벽(8)측을 향해 적재된다. 경계벽(8)에는 포프(F)의 적재 장소에 대응하는 위치에 창부(9)가 형성되고, 웨이퍼 반송부(5)측에 창부(9)를 개폐하는 셔터(10)가 설치되어 있다.
셔터(10)는 창부(9)의 개폐와 동시에, 포프(F)에 설치된 덮개체도 개폐할 수 있도록 되어 있다. 셔터(10)는 포프(F)가 적재대(6)의 소정 위치에 적재되어 있지 않을 때에 동작하지 않도록 인터로크를 갖고 구성되는 것이 바람직하다. 셔터(10)가 창부(9)를 개방하여 포프(F)의 반입출구와 웨이퍼 반송부(5)가 연통하면, 웨이퍼 반송부(5)에 설치된 웨이퍼 반송 기구(7)의 포프(F)로의 억세스가 가능해진다. 또, 창부(9)의 상부에는 도시하지 않은 웨이퍼 검사 기구가 설치되어 있고, 포프(F) 내에 수납된 웨이퍼(W)의 매수 및 상태를 슬롯마다 검출할 수 있도록 되어 있다. 이와 같은 웨이퍼 검사 기구는 셔터(10)에 장착시키는 것도 가능하다.
웨이퍼 반송부(5)에 설치된 웨이퍼 반송 기구(7)는 웨이퍼(W)를 유지하는 반송 픽(11)을 갖고 Y 방향으로 이동 가능하다. 반송 픽(11)은 무전해 도금 시스 템(1)의 길이 방향(X 방향)으로 진퇴 가능하고, 또한 무전해 도금 시스템(1)의 높이 방향(Z 방향)으로 승강 가능하고, 또한 X-Y 평면 내(θ 방향)에서 회전 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 웨이퍼 반송 기구(7)는 적재대(6)에 적재된 임의의 포프(F)와 대향한 위치로 이동하여 반송 픽(11)을 대향하고 있는 포프(F)의 임의의 높이의 슬롯에 억세스시킬 수 있는 동시에, 처리부(2)에 설치된 후술하는 웨이퍼 운반 유닛(TRS)(16)과 대칭하는 위치로 이동하여 반송 픽(11)을 웨이퍼 운반 유닛(TRS)(16)에 억세스시킬 수 있다. 즉, 웨이퍼 반송 기구(7)는 포프(F)와 처리부(2) 사이에서 웨이퍼(W)를 반송하도록 구성되어 있다.
처리부(2)는 웨이퍼 반송부(5)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 운반을 행하기 위해 웨이퍼(W)를 일시적으로 적재하는 웨이퍼 운반 유닛(TRS)(16)과, 웨이퍼(W)에 도금 처리를 실시하는 무전해 도금 유닛(PW : 무전해 도금 장치)(12)과, 무전해 도금 유닛(PW)(12)에서의 도금 처리 전후의 웨이퍼(W)를 가열 처리하는 핫 플레이트 유닛(HP)(19)과, 핫 플레이트 유닛(HP)(19)에서 가열된 웨이퍼(W)를 냉각하는 냉각 유닛(COL)(22)과, 이들 전체의 유닛에 억세스 가능하고, 이들 유닛 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 행하는 주웨이퍼 반송 기구(18)를 구비하고 있다. 또한, 처리부(2)에는 무전해 도금 유닛(PW)(12)에 송액하는 도금액 등의 소정의 액체를 저장하는 액체 저장 유닛(CTU)(25)이 무전해 도금 유닛(PW)(12)의 하측에 설치되어 있다.
웨이퍼 운반 유닛(TRS)(16)은 처리부(2)의 대략 중앙부에 설치된 주웨이퍼 반송 기구(18)와 웨이퍼 반송부(5) 사이에 예를 들어 상하 2단으로 적층되어 설치 되어 있고, 하단의 웨이퍼 운반 유닛(TRS)(16)은 반입출부(3)로부터 처리부(2)에 반송되는 웨이퍼(W)를 적재하기 위해 이용되고, 상단의 웨이퍼 운반 유닛(TRS)(16)은 처리부(2)로부터 반입출부(3)에 반송되는 웨이퍼(W)를 적재하기 위해 이용된다.
핫 플레이트 유닛(HP)(19)은 예를 들어 웨이퍼 운반 유닛(TRS)(16)의 Y 방향 양측에 각각 상하 4단으로 적층되어 설치되어 있다. 냉각 유닛(COL)(22)은 예를 들면 핫 플레이트 유닛(HP)(19)과 인접하도록 주웨이퍼 반송 기구(18)의 Y 방향 양측에 각각 상하 4단으로 중첩되어 설치되어 있다.
무전해 도금 유닛(PW)(12)은 냉각 유닛(COL)(22) 및 주웨이퍼 반송 기구(18)에 인접하도록 Y 방향으로 2열로 배열되고, 또한 상하 2단으로 적층되어 설치되어 있고, Y 방향으로 병렬하는 무전해 도금 유닛(PW)(12)끼리는 그 경계를 이루고 있는 벽면(41)에 대해 대략 대칭인 구조를 갖고 있다. 무전해 도금 유닛(PW)(12)의 상세에 대해서는 이후에 설명한다.
주웨이퍼 반송 기구(18)는 Z 방향으로 연장되는 수직벽(27, 28) 및 이들 사이의 측면 개구부(29)를 갖는 통 형상 지지체(30)와, 그 내측에 통 형상 지지체(30)를 따라 Z 방향으로 승강 가능하게 설치된 웨이퍼 반송체(31)를 갖고 있다. 통 형상 지지체(30)는 모터(32)의 회전 구동력에 의해 회전 가능하고, 그에 수반하여 웨이퍼 반송체(31)도 일체로 회전하도록 구성되어 있다.
웨이퍼 반송체(31)는 반송 기대(基臺)(33)와, 반송 기대(33)를 따라 전후로 이동 가능한 3개의 반송 아암(34, 35, 36)을 구비하고 있고, 반송 아암(34, 35, 36)은 통 형상 지지체(30)의 측면 개구부(29)를 통과 가능한 크기를 갖고 있다. 이들 반송 아암(34, 35, 36)은 반송 기대(33) 내에 내장된 모터 및 벨트 기구에 의해 각각 독립하여 진퇴 이동하는 것이 가능하게 되어 있다. 웨이퍼 반송체(31)는 모터(37)에 의해 벨트(38)를 구동시킴으로써 승강한다. 또, 부호 39는 구동 풀리, 40은 종동 풀리이다.
처리부(2)의 천정에는 각 유닛 및 주웨이퍼, 반송 기구(18)에 청정한 공기를 다운플로우하기 위한 필터 팬 유닛(FFU)(26)이 설치되어 있다.
무전해 도금 시스템(1)은 CPU를 구비한 프로세스 제어기(111)에 접속되어 제어되도록 구성되어 있다. 프로세스 제어기(111)에는 공정 관리자가 무전해 도금 시스템(1)의 각 부 또는 각 유닛을 관리하기 위한 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 각 부 또는 각 유닛의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스(112)와, 무전해 도금 시스템(1)에서 실행되는 각 처리를 프로세스 제어기(111)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나 처리 조건 데이터 등을 기록한 레시피가 격납된 기억부(113)가 접속되어 있다.
그리고, 필요에 따라서, 유저 인터페이스(112)로부터의 지시 등을 받아 임의의 레시피를 기억부(113)로부터 호출하여 프로세스 제어기(111)에 실행시킴으로써, 프로세스 제어기(111)의 제어하에서 무전해 도금 시스템(1)에 있어서 원하는 각 처리가 행해진다. 또한, 상기 레시피는 CD-ROM, 하드디스크, 플렉시블 디스크, 불휘발성 메모리 등의 판독 가능한 기억 매체에 격납된 것을 이용하거나, 혹은 무전해 도금 시스템(1)의 각 부 또는 각 유닛 사이 혹은 외부의 장치로부터 예를 들어 전용 회선을 거쳐서 수시 전송시켜 온라인에서 이용하는 것도 가능하다.
다음에, 무전해 도금 유닛(PW)(12)의 상세에 대해 설명한다.
도4는 본 발명에 관한 무전해 도금 장치(무전해 도금 유닛)(12)의 개략 평면도이고, 도5는 그 개략 단면도이다.
무전해 도금 유닛(PW)(12)은 하우징(42)과, 하우징(42) 내에 설치된 아우터 챔버(43)와, 아우터 챔버(43) 내에 설치된 이너 컵(47)과, 이너 컵(47) 내에 설치된 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 스핀척(46)과, 스핀척(46)에 지지된 웨이퍼(W)의 하면에 대향하도록 승강 가능하게 설치된 웨이퍼(W)의 온도를 조절하기 위한 언더 플레이트(48)와, 스핀척(46)에 지지된 웨이퍼(W) 상에 도금액이나 세정액 등의 액체 및 기체를 공급하는 노즐부(51)를 구비하고 있다.
하우징(42)은 측벽에 창부(44a)가 형성되어 있고, 창부(44a)는 제1 셔터(44)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 반송 아암(34)(또는 35, 36)은 창부(44a)를 통해 웨이퍼(W)의 무전해 도금 유닛(PW)(12)으로의 반입 및 무전해 도금 유닛(PW)(12)으로부터의 반출을 행하고, 창부(44a)는 웨이퍼(W)의 반입출시 이외에는 제1 셔터(44)에 의해 폐색된 상태로 유지된다. 제1 셔터(44)는 하우징(42)의 내부로부터 창부(44a)를 개폐하도록 되어 있다.
아우터 챔버(43)는 스핀척(46)에 지지된 웨이퍼(W)를 둘러싸는 높이 위치에 내벽이 하방으로부터 상방을 향해 테이퍼 형상으로 형성된 테이퍼부(43c)를 갖고 있다. 아우터 챔버(43)의 테이퍼부(43c)에는 하우징(42)의 창부(44a)에 대향하도록 창부(45a)가 형성되고, 창부(45a)는 제2 셔터(45)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 반송 아암(34)(또는 35, 36)은 창부(44a) 및 창부(45a)를 통해 아우터 챔 버(43) 내외로 진퇴하여 스핀척(46)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 운반을 행한다. 창부(45a)는 웨이퍼(W)의 운반시 이외에는 제2 셔터(45)에 의해 폐색된 상태로 유지된다. 제2 셔터(45)는 아우터 챔버(43)의 내부로부터 창부(45a)를 개폐하도록 되어 있다.
아우터 챔버(43)의 상부벽에는 아우터 챔버(43) 내에 질소 가스(N2)를 공급하여 다운플로우를 형성하기 위한 가스 공급 구멍(89)이 마련되어 있다. 아우터 챔버(43)의 바닥벽에는 배기 및 배액을 행하는 드레인(85)이 설치되어 있다.
이너 컵(47)은 아우터 챔버(43)의 테이퍼부(43c)와 대응하도록 하방으로부터 상방을 향해 테이퍼 형상으로 형성된 테이퍼부(47a)를 상단부에 갖고, 바닥벽에 드레인(88)을 갖고 있다. 이너 컵(47)은 가스 실린더 등의 승강 기구에 의해 상단부가 스핀척(46)에 지지된 웨이퍼(W)보다도 상측이 되고, 또한 테이퍼부(47a)가 웨이퍼(W)를 둘러싸는 처리 위치(도5에 있어서 실선으로 나타내는 위치)와, 상단부가 스핀척(46)에 지지된 웨이퍼(W)보다도 하측이 되는 후퇴 위치(도5에 있어서 가상선으로 나타내는 위치) 사이에서 승강 가능하게 되어 있다.
이너 컵(47)은 반송 아암(34)(또는 35, 36)과 스핀척(46) 사이에서 웨이퍼(W)의 운반이 행해질 때에 반송 아암(34)의 진퇴를 방해하지 않도록 후퇴 위치로 유지되고, 스핀척(46)에 지지된 웨이퍼(W)에 무전해 도금 처리가 실시될 때에 처리 위치로 유지된다. 따라서, 이너 컵(47)에 의해 웨이퍼(W)에 공급된 도금액의 주위로의 비산이 방지된다. 또한, 웨이퍼(W) 상으로부터 직접 낙하한 도금액, 혹은 웨 이퍼(W) 상을 튀어올라 이너 컵(47) 또는 이너 컵(47)의 테이퍼부(47a)에 접촉된 도금액은 하방의 드레인(88)으로 유도된다. 드레인(88)에는 도시하지 않은 도금액 회수 라인이 접속되어 있고, 이 도금액 회수 라인에 의해 도금액이 회수 또는 폐기(배액)되도록 되어 있다.
스핀척(46)은 수평 방향으로 회전 가능한 회전통체(62)와, 회전통체(62)의 상단부로부터 수평으로 확대되는 환형의 회전 플레이트(61)와, 회전 플레이트(61)의 외연부에 설치되고 웨이퍼(W)를 적재하여 지지하는 적재 핀(63)과, 회전 플레이트(61)의 외연부에 설치되고 적재 핀(63)에 지지된 웨이퍼(W)의 모서리부에 압박되도록 접촉하여 웨이퍼(W)를 지지하는 압박 핀(지지 부재)(64)을 갖고 있다. 반송 아암(34)(또는 35, 36)과 스핀척(46) 사이의 웨이퍼(W)의 운반은 적재 핀(63)을 이용하여 행해진다. 적재 핀(63)은 웨이퍼(W)를 확실하게 지지하는 관점에서, 적어도 둘레 방향으로 간격을 두고 3군데 설치하는 것이 바람직하다.
압박 핀(64)은 반송 아암(34)(또는 35, 36)과 스핀척(46) 사이에서의 웨이퍼(W)의 운반을 방해하지 않도록 도시하지 않은 압박 기구에 의해 회전 플레이트(61)의 하부에 위치하는 부분을 회전 플레이트(61)측으로 압박함으로써, 상단부(선단부)가 회전 플레이트(61)의 외측으로 이동하여 경사질 수 있도록 되어 있다. 압박 핀(64)도 웨이퍼(W)를 확실하게 지지하는 관점에서, 적어도 둘레 방향으로 간격을 두고 3군데 설치하는 것이 바람직하다.
압박 핀(64)에는 도6에 도시한 바와 같이[도6은 압박 핀(64)의 주요부를 도시하는 단면도] 노즐부(51)로부터 공급되는 도금액에 접촉하였을 때에 용해하여 전 자를 발생시키는 금속 부재(64b)가 설치되어 있다. 금속 부재(64b)는 웨이퍼(W)의 배선부에 이용되는 Cu보다도 비금속, 예를 들어 Zn(아연)으로 형성되어 있다. 압박 핀(64)은 그 상단부면이 지지한 웨이퍼(W)의 상면과 대략 동일 평면 상에 위치하도록 형성되어 있고, 금속 부재(64b)는 웨이퍼(W) 상으로부터 유출된 도금액과 접촉하도록 압박 핀(64)의 상단부면으로부터 노출되어 압박 핀(64)을 관통하고, 압박 핀(64)에 지지된 웨이퍼(W)와 이격된 위치에 설치되어 있다. 또한, 금속 부재(64b)는 용이하게 교환할 수 있도록 제거 가능하게 압박 핀(64)에 설치되어 있다. 또, 금속 부재(64b)가 설치된 압박 핀(64)마다 교환할 수 있도록 압박 핀(64)을 제거 가능하게 회전 플레이트(61)에 형성해도 좋다.
또한, 압박 핀(64)은 도전성을 갖는 동시에, 내산성 및 내알칼리성이 우수하고, 기계적 강도가 높은 도전성 PEEK(폴리에테르에테르케톤) 재료, 예를 들어 카본 PEEK로 형성되어 있다. 여기서는, 압박 핀(64) 전체가 도전부를 구성하고 있다. 이에 의해, 압박 핀(64)은 지지한 웨이퍼(W)와 금속 부재(64b)를 전기적으로 도통하는 전자 공급로의 일부의 역할을 하고, 금속 부재(64b)가 도금액에 용해하여 발생한 전자를, 웨이퍼(W)를 거쳐서 웨이퍼(W) 상의 배선부에 공급하도록 구성되어 있다. 여기서는, 금속 부재(64b), 압박 핀(64) 및 웨이퍼(W)가 웨이퍼(W) 상의 배선부에 전자를 공급하기 위한 전자 공급로를 구성한다. 압박 핀(64)에는 지지한 웨이퍼(W)를 접지 가능한 통전 라인(64c)이 접속되어 있다. 통전 라인(64c)은 스위치부(64d)를 갖고, 스위치부(64d)의 온/오프(ON//OFF)에 의해 웨이퍼(W)의 접지가 선택적으로 행해지도록 구성되어 있다[도6의 (a)에 도시한 것이 웨이퍼(W)를 접 지한 상태].
또, 압박 핀(64)은 도6의 (c)에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)의 모서리부와의 접촉부(도전부)(64a)만을 도전성 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 예를 들어 카본 PEEK제로 해도 좋다. 이 경우에는, 통전 라인(64c)을 예를 들어 접촉부(64a) 및 금속 부재(64b) 사이의 통전을 가능하게 설치하고, 스위치부(64d)에 의해 접촉부(64a)와 금속 부재(64b)와의 전기적 도통 및 접촉부(64a)에 접촉한 웨이퍼(W)의 접지를 선택적으로 행할 수 있도록 구성할 수 있다. 여기서는, 금속 부재(64b), 통전 라인(64c), 접촉부(64a) 및 웨이퍼(W)가 웨이퍼(W) 상의 배선부에 전자를 공급하기 위한 전자 공급로를 구성한다.
회전통체(62)의 외주면에는 모터(66)의 구동에 의해 회전하는 벨트(65)가 권취되어 있고, 이에 의해 회전통체(62)가 회전하여 적재 핀(63) 및 압박 핀(64)에 지지된 웨이퍼(W)가 수평 또는 대략 수평으로 회전하도록 되어 있다. 압박 핀(64)은 무게 중심의 위치가 조정됨으로써, 웨이퍼(W)의 회전시에 웨이퍼(W)를 압박하는 힘이 조정되도록 되어 있고, 예를 들어 무게 중심이 회전 플레이트(61)보다도 하측에 설치되면, 회전 플레이트(61)보다도 하측 부분에 원심력이 가해져 상단부가 내측으로 이동하고자 하므로 웨이퍼(W)를 압박하는 힘이 높아진다.
언더 플레이트(48)는 내장된 도시하지 않은 히터에 의해 소정의 온도로 유지되고, 회전 플레이트(61)의 상측, 또는 적재 핀(63) 및 압박 핀(64)으로 둘러싸인 공간 내에 배치되고, 회전통체(62) 내를 관통하여 설치된 샤프트(67)에 접속되어 있다. 샤프트(67)는 회전통체(62)의 하측에 설치된 수평판(68)을 거쳐서 에어 실 린더 등을 갖는 승강 기구(69)에 접속되어 있고, 이 승강 기구(69)에 의해 승강 가능하게 되어 있다. 언더 플레이트(48)의 상면에는 웨이퍼(W)의 이면을 향해 순수나 건조 가스 등의 처리 유체를 공급하는 처리 유체 공급구(81)가 예를 들어 복수 마련되고, 언더 플레이트(48) 내부 및 샤프트(67) 내부에는 온도 조절 유체로서의 순수나 건조 가스로서의 질소 가스 등의 처리 유체를 처리 유체 공급구(81)에 유통시키는 처리 유체 공급로(87)가 설치되어 있다. 샤프트(67) 내의 처리 유체 공급로(87) 상에는 열교환기(84)가 설치되어 있고, 처리 유체 공급로(87)를 흐르는 처리 유체가 열교환기(84)에 의해 소정의 온도로 가열되어 처리 유체 공급구(81)로부터 웨이퍼(W)의 이면을 향해 공급되도록 구성되어 있다.
언더 플레이트(48)는 스핀척(46)과 반송 아암(34)(또는 35, 36) 사이에서 웨이퍼(W)의 운반이 행해질 때에 반송 아암(34)과 충돌하지 않도록 회전 플레이트(61)에 근접하도록 하강하고, 스핀척(46)에 지지된 웨이퍼(W)에 도금 처리가 실시될 때에 웨이퍼(W)에 근접할 때까지 상승하고(도5의 가상선 참조), 소정의 온도로 가열 조절된 순수를 처리 유체 공급구(81)로부터 웨이퍼(W)의 이면에 공급하여 웨이퍼(W)를 소정 온도로 가열 조절한다.
또, 언더 플레이트(48)를 소정 높이로 고정해 두고 회전통체(62)를 승강시킴으로써, 스핀척(46)에 지지된 웨이퍼(W)와 언더 플레이트(48)와의 간격을 도금 처리의 진행에 맞추어 조정하도록 구성해도 좋다. 즉, 언더 플레이트(48)와 스핀척(46)에 지지된 웨이퍼(W)는 한쪽이 다른 쪽에 대해 상대적으로 승강 가능하면 된다.
노즐부(51)는 수평 또는 대략 수평 방향으로 연장되고, 아우터 챔버(43)와 연통하도록 설치된 노즐부 격납실(50) 내에 선단부측[도금액 등을 웨이퍼(W) 상에 토출하는 측]의 소정 부분이 격납되어 있다. 노즐부(51)는 약액과 순수와 질소 가스를 웨이퍼(W) 상에 공급 가능한 약액 노즐(51a)과, 건조 가스로서의 질소 가스를 웨이퍼(W) 상에 공급 가능한 건조 노즐(51b)과, 도금액을 웨이퍼(W) 상에 공급 가능한 도금액 노즐(51c)을 일체적으로 갖고 있다. 약액 노즐(51a), 건조 노즐(51b) 및 도금액 노즐(51c)은 수평 또는 대략 수평 방향으로 병렬로 배치되어 있다. 또한, 약액 노즐(51a), 건조 노즐(51b) 및 도금액 노즐(51c)은 각각 하방을 향해 굴곡되는 노즐 칩(52a, 52b, 52c)을 선단부에 갖고 있다.
도7은 노즐부(51) 및 노즐부(51)에 도금액 등의 처리 유체를 보내기 위한 처리 유체 공급 시스템의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
도7에 도시한 바와 같이 처리 유체 공급 시스템(60)은 약액 노즐(51a)에 약액 등을 보내기 위한 약액 공급 시스템(70)과, 도금액 노즐(51c)에 도금액을 보내기 위한 도금액 공급 시스템(90)을 갖고 있다.
약액 공급 시스템(70)은 액체 저장 유닛(CTU)(25)에 배치되고, 약액을 소정의 온도로 가열 조절하여 저류하는 약액 저류 탱크(71)와, 약액 저류 탱크(71) 내의 약액을 퍼 올리는 펌프(73)와, 펌프(73)에 의해 퍼 올려진 약액을 약액 노즐(51a)에의 송액으로 절환하는 밸브(74a)를 갖고 있다. 약액 노즐(51a)에는 약액 공급 시스템(70)에 의한 약액 외에, 소정의 온도로 가열 조절된 순수 및 질소 가스가 보내지도록 되어 있고, 밸브(74a, 74b, 74c)의 개폐를 절환함으로써 약액, 순 수, 질소 가스 중 어느 하나가 선택되어 보내지도록 구성되어 있다. 약액 노즐(51a) 및 건조 노즐(51b)에 보내지는 질소 가스 공급원은 예를 들어 동일한 것으로 할 수 있고, 건조 노즐(51b)로의 질소 가스의 공급은 별도 설치한 밸브(74d)의 개폐에 의해 제어할 수 있다.
도금액 공급 시스템(90)은 액체 저장 유닛(CTU)(25)에 배치된 도금액을 저류하는 도금액 저류 탱크(91)와, 도금액 저류 탱크(91) 내의 도금액을 퍼 올리는 펌프(92)와, 펌프(92)에 의해 퍼 올려진 도금액을 도금액 노즐(51c)로의 송액으로 절환하는 밸브(93)와, 밸브(93)를 통과하여 도금액 노즐(51c)로 보내지는 도금액을 소정의 온도로 가열하는 가열원(94)을 갖고 있다. 도금액 저류 탱크(91)에는 환원력이 약한 환원제를 갖는 도금액, 예를 들어 CoWP, CoMoP, CoTaP, CoMnP 및 CoZrP 중 어느 하나로 이루어지는 도금액이 저류되어 있다. 가열원(94)은 히터나 열교환기 등으로 구성된다.
노즐부(51)는 노즐 격납실(50)의 외벽을 구성하는 벽부(50a)에 설치된 대략 환형 또는 통 형상 노즐 보유 지지 부재(54)에 보유 지지되어 있다. 노즐 보유 지지 부재(54)는 벽부(50a)에 형성된 삽입 관통 구멍(57)을 폐색하도록, 또한 상하 방향으로 슬라이드 가능하게 설치되어 있고, 외주에 3매의 판 형상 부재(54a, 54b, 54c)를 소정의 간격을 두고 갖고 있다. 한편, 벽부(50a)의 삽입 관통 구멍(57)의 모서리부에는 판 형상 부재(54a, 54b, 54c)와 두께 방향에 밀봉적으로 결합하는 결합부(50b)가 형성되어 있고, 판 형상 부재(54a, 54b, 54c)와 결합부(50b)가 밀봉적으로 결합함으로써, 노즐 격납실(50) 내의 분위기가 외부로 누출되기 어렵게 되어 있다.
노즐 보유 지지 부재(54)에는 노즐 격납실(50)의 외측에 대략 L자형의 아암(55)을 거쳐서 노즐 승강 기구(56a)가 접속되어 있고, 이 노즐 승강 기구(56a)에 의해 노즐 보유 지지 부재(54)가 승강 가능하고, 즉 노즐 보유 지지 부재(54)에 보유 지지된 노즐부(51)가 승강 가능하다. 또한, 노즐 보유 지지 부재(54)에는 노즐 격납실(50)의 내측에 노즐부(51)를 둘러싸는 벨로우즈 형상의 신축부(54d)가 설치되어 있다. 노즐부(51)는 노즐 격납실(50)의 외측에 설치된 노즐 슬라이드 기구(56b)에 의해 길이 방향으로 슬라이드 가능하고, 노즐부(51)의 슬라이드에 수반하여 신축부(54d)가 신축한다.
노즐 격납실(50)과 아우터 챔버(43)의 경계 벽부에는 노즐부(51)를 출입시키기 위한 창부(43a)가 설치되어 있고, 이 창부(43a)는 도어 기구(43b)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 노즐부(51)는 창부(43a)가 개방되고, 노즐 승강 기구(56a)에 의해 창부(43a)와 대응하는 높이로 조정된 상태가 되면, 노즐 슬라이드 기구(56b)에 의해 선단부측부가 아우터 챔버(43)의 내외로 진퇴 가능해진다.
노즐부(51)는 도8에 도시한 바와 같이[도8은 노즐부(51)의 이동 태양을 설명하기 위한 도면) 최대한 후퇴하면, 선단부측부가 노즐 격납실(50) 내에 격납된 상태가 되고(실선 참조), 최대한 진출하면, 노즐 칩(52a, 52b, 52c)이 웨이퍼(W)의 대략 중심에 배치된 상태가 된다(가상선 참조). 또한, 노즐부(51)는 노즐 칩(52a, 52b, 52c)이 이너 컵(47) 내에 배치된 상태에서 노즐 승강 기구(56a)에 의해 승강함으로써 노즐 칩(52a, 52b, 52c)의 선단부와 웨이퍼(W)와의 거리가 조정되어 노즐 슬라이드 기구(56b)에 의해 노즐 칩(52a, 52b, 52c)이 웨이퍼(W)의 대략 중심과 주연부 사이에서 직선적으로 슬라이드함으로써, 웨이퍼(W)의 원하는 직경 방향 위치에 도금액 등을 공급할 수 있다.
또, 노즐부(51)의 표면에는 웨이퍼(W)의 세정 처리에 사용되는 산성의 약액 및 알카리성의 도금액에 대한 내식성이 우수한 수지, 예를 들어 불소 수지에 의한 코팅을 실시해 두는 것이 바람직하고, 노즐 격납실(50)의 내벽이나 아우터 챔버(43)의 내벽, 아우터 챔버(43) 내에 배치되는 하부 테이블 등 48의 다양한 부품에 대해서도 이와 같은 코팅을 실시해 두는 것이 바람직하다. 또한, 노즐 격납실(50)에는 노즐부(51)의 선단부를 세정하는 세정 기구를 설치해 두는 것도 바람직하다.
다음에, 무전해 도금 시스템(1)에 있어서의 웨이퍼(W)의 처리 공정에 대해 설명한다.
도9는 무전해 도금 시스템(1)에 있어서의 웨이퍼(W)의 처리 공정의 개략을 도시하는 흐름도이며, 도10은 무전해 도금 장치(12)에 있어서의 웨이퍼(W)의 처리 공정의 개략을 도시하는 흐름도이다.
무전해 도금 시스템(1)에 있어서의 웨이퍼(W)의 처리 공정에서는, 최초로 반송 로봇이나 작업자 등에 의해 처리 전의 웨이퍼(W)가 수납된 포프(F)가 인 아웃 포트(4)의 적재대(6) 상의 소정 위치에 적재된다(단계 1). 다음에, 반송 픽(11)이 포프(F)로부터 1매씩 웨이퍼(W)를 취출하고, 취출한 웨이퍼(W)를 웨이퍼 운반 유닛(TRS)(16)(복수 중 어느 하나)으로 반송한다(단계 2).
반송 픽(11)이 웨이퍼(W)를 웨이퍼 운반 유닛(TRS)(16)으로 반송하면, 주웨이퍼 반송 장치(18)가 반송 아암(34 내지 36) 중 어느 하나, 예를 들어 반송 아암(34)에 의해 웨이퍼 운반 유닛(TRS)(16) 상의 웨이퍼(W)를 핫 플레이트 유닛(HP)(19)(복수 중 어느 하나)으로 반송하고, 핫 플레이트 유닛(HP)(19)에서 웨이퍼(W)를 프리베이크(pre-bake) 처리하여(단계 3), 웨이퍼(W) 상에 설치되고 Cu 배선을 부식 방지하기 위한 유기계막을 승화시킨다. 그리고, 주웨이퍼 반송 장치(18)가 핫 플레이트 유닛(HP)(19) 내의 웨이퍼(W)를 냉각 유닛(COL)(22)(복수 중 어느 하나)으로 반송하여 냉각 유닛(COL)(22)에서 웨이퍼(W)를 냉각 처리한다(단계 4).
냉각 유닛(COL)(22)에서의 웨이퍼(W)의 냉각 처리가 종료되면, 주웨이퍼 반송 장치(18)가 냉각 유닛(COL)(22) 내의 웨이퍼(W)를 무전해 도금 유닛(PW)(12)(복수 중 어느 하나)으로 반송하여 무전해 도금 유닛(PW)(12)에서 웨이퍼(W)를 도금 처리한다(단계 5).
무전해 도금 유닛(PW)(12)에서의 웨이퍼(W)의 도금 처리(단계 5)는 다음 순서로 행해진다. 처음에, 하우징(42)에 설치된 제1 셔터(44) 및 아우터 챔버(43)에 설치된 제2 셔터(45)가 창부(44a) 및 창부(45a)를 개방하는 동시에, 이너 컵(47)은 후퇴 위치에 하강하고, 언더 플레이트(48)는 회전 플레이트(61)에 근접한 위치에 하강한다. 그리고, 주웨이퍼 반송 장치(18)의 반송 아암(34)은 아우터 챔버(43) 내에 진입하여 스핀척(46)에 설치된 적재 핀(63)에 웨이퍼(W)를 운반하고, 압박 핀(64)은 이 웨이퍼(W)를 지지한다. 웨이퍼(W)를 적재 핀(63)으로 지지하면, 반송 아암(34)이 아우터 챔버(43)로부터 후퇴하고, 제1 셔터(44) 및 제2 셔터(45)가 창부(44a) 및 창부(45a)를 폐색한다.
다음에, 창부(43a)가 개방되고, 노즐부(51)의 선단부측부가 아우터 챔버(43) 내에 진입하여 웨이퍼(W) 상에 배치된다. 그리고, 약액 노즐(51a)에 의해 웨이퍼(W) 상에 순수가 공급되어 웨이퍼(W)의 프리웨트(pre-wet) 처리가 행해지고, 웨이퍼(W)를 친수화시킨다(단계 5-1). 웨이퍼(W)의 프리웨트 처리는 예를 들어 웨이퍼(W)를 정지 또는 천천히 한 회전수로 회전시킨 상태에서 웨이퍼(W) 상에 처리액, 여기서는 순수의 패들을 형성하고, 소정 시간 유지하거나, 웨이퍼(W)를 소정의 회전수로 회전시킨 상태에서 노즐부(51), 여기서는 약액 노즐(51a)로부터 소정량의 순수를 웨이퍼(W)에 토출하면서, 약액 노즐(51a)의 노즐 칩(52a)을 웨이퍼(W)의 중심부와 주연부 사이에서 직선적으로 스캔시키도록 노즐부(51)를 이동시켜 행해진다. 후술하는 웨이퍼(W)의 세정 처리, 린스 처리, 무전해 도금 처리 및 건조 처리도 마찬가지로, 이와 같은 방법으로 행할 수 있다. 웨이퍼(W)의 회전수는 세정 처리나 무전해 도금 처리 등의 처리 조건에 의해 적절하게 선정된다.
웨이퍼(W)의 프리웨트 처리가 종료되어 스핀척(46)의 회전에 의해 웨이퍼(W)에 부착된 순수가 어느 정도 떨어지거나, 약액 노즐(51a)에 의해 웨이퍼(W) 상에 약액 저류 탱크(71)로부터의 약액이 공급되어 웨이퍼(W)의 전세정 처리가 행해진다(단계 5-2). 이에 의해, 웨이퍼(W)의 배선부에 부착되어 있던 산화막이 제거된다. 웨이퍼(W)로부터 떨어지거나 흘러내린 약액은 드레인(85)으로부터 배액되어 재이용되거나 또는 폐기된다.
웨이퍼(W)의 전세정 처리에 이용되는 약액으로서는, 1 내지 80 g/l 농도의 사과산 또는 말론산 용액을 이용하는 것이 바람직하다. 다양한 산성의 약액으로 세정 처리를 행한 후, 후술하는 도금 처리시에 있어서 인큐베이션 타임[웨이퍼(W)가 도금액에 침지되고 나서 웨이퍼(W)에의 도금이 개시될 때까지의 시간]을 측정한 결과, 약액에 사과산 또는 말론산 용액을 이용하면, 다른 산성 용액을 이용한 경우와 비교하여 인큐베이션 타임이 짧은 것이 확인되었기 때문이다(표1 참조).
[표1]
전세정액 인큐베이션 타임(초)
사과산(pH2) 1.1
사과산(pH5) 1.2
사과산(pH7) 3.2
말론산(pH7) 1.1
수산(pH1) 3.4
글리옥실산(pH1) 2.2
아스코르빈산(pH1) 1.9
포름산(pH1) 2.1
구연산(pH1) 2.1
5% 황산(pH1) 1.8
웨이퍼(W) 전세정 처리가 종료되면, 약액 노즐(51a)에 의해 웨이퍼(W) 상에 순수가 공급되어 웨이퍼(W)의 린스 처리가 행해진다(단계 5-3). 웨이퍼(W)의 린스 처리시에는, 압박 핀(64)에 설치된 통전 라인(64c)의 스위치부(64d)가 절환되어 웨이퍼(W)가 접지된다[도6의 (a) 참조]. 따라서, 순수의 공급에 의해 웨이퍼(W) 상에 발생하는 정전기가 사라져 웨이퍼(W) 상에 설치된 1ow-k막 등의 각종 막의 정전 파괴가 방지된다. 또, 웨이퍼(W)의 린스 처리 중 또는 린스 처리 후에는, 언더 플레이트(48)가 상승하여 웨이퍼(W)에 근접하고, 처리 유체 공급구(81)로부터 소정의 온도로 가열된 순수를 공급하여 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다.
웨이퍼(W)의 린스 처리가 종료되고, 스핀척(46)의 회전에 의해 웨이퍼(W)에 부착된 순수가 어느 정도 떨어지면, 이너 컵(47)이 처리 위치로 상승한다. 그리고, 압박 핀(64)에 설치된 통전 라인(64c)의 스위치부(64d)가 절환되어 웨이퍼(W)와 금속 부재(64b)가 전기적으로 도통하고[도6의 (b) 참조], 소정의 온도로 가열된 웨이퍼(W) 상에 도금액 저류 탱크(91)로부터의 도금액이 가열원(94)을 통해 도금액 노즐(51c)로부터 공급되어 웨이퍼(W)의 무전해 도금 처리가 개시된다(단계 5-4). 또, 무전해 도금 처리시에는 웨이퍼(W)의 온도와 웨이퍼(W) 상에 공급되는 도금액의 온도가 일치하고 있는 것이 바람직하다. 이들 온도가 다르면, 도금 성장 속도가 변화되어 면내 균일성을 잃을 우려가 있기 때문이다.
웨이퍼(W)의 무전해 도금 처리의 구조를 구체적으로 설명하면, 우선 도금액 노즐(51c)로부터 웨이퍼(W) 상에 공급된 도금액을 웨이퍼(W) 상으로부터 흘러나와 압박 핀(64)에 설치된 금속 부재(64b)에 접촉시킨다. 도금액의 금속 부재(64b)에의 접촉은 스핀척(46)에 의한 웨이퍼(W)의 회전의 원심력을 이용하여 행할 수 있다. 웨이퍼(W)로부터 떨어지거나 흘러내린 도금액은 드레인(88)으로부터 배액되어 재이용 또는 폐기된다. 금속 부재(64b)는 도금액에 접촉하면, 도금액에 용해하여 전자를 발생한다(예를 들어 Zn → Zn2 + + 2e-). 금속 부재(64b)는 웨이퍼(W) 상으로부터 흘러나와 웨이퍼(W) 상으로 복귀되지 않는 도금액에 용해하기 때문에 배선부를 피복하는 도금액에 취입하게 될 우려가 거의 없다. 이 전자는 금속 부재(64b)로부터 압박 핀(64) 및 웨이퍼(W)를 통해 웨이퍼(W) 상의 배선부에 공급된 다. 즉, 금속 부재(64b)와 웨이퍼(W) 상의 배선부가 비접촉 상태에서 전자의 운반을 행할 수 있기 때문에 금속 부재(64b)에 의해 배선부가 손상되어 버리는 등의 일이 없다. 이에 의해 배선부의 전위가 상승하여 웨이퍼(W) 상의 배선부와 도금액 계면과의 전위가 비평형 상태가 되고, 배선부에의 도금액에 의한 금속막의 석출을 촉진하여 도금을 개시시키게 된다. 따라서, 웨이퍼(W) 또는 반도체 디바이스의 품질을 손상시키지 않고, Cu로 이루어지는 배선부에 환원 작용이 약한 환원제(P)를 포함하는 도금을 확실하게 피복할 수 있다.
또, 압박 핀(64)을 도6의 (c)에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)의 모서리부의 접촉부(64a)만 도전성 PEEK제로 한 경우에는, 무전해 도금 처리시에 통전 라인(64c)의 스위치부(64d)를 절환하여 접촉부(64a)와 금속 부재(64b)를 전기적으로 도통 가능하게 한다. 이에 의해, 금속 부재(64b)가 도금액에 용해하여 발생한 전자는, 금속 부재(64b)로부터 통전 라인(64c), 접촉부(64a), 웨이퍼(W)를 통해 웨이퍼(W) 상의 배선부에 공급되고, 배선부에의 도금액에 의한 금속막의 석출을 촉진하게 된다.
웨이퍼(W)의 무전해 도금 처리가 종료되면, 언더 플레이트(48)의 처리 유체 공급구(81)로부터의 순수의 공급이 정지되는 동시에, 이너 컵(47)이 후퇴 위치로 하강한다. 그리고, 약액 노즐(51a)에 의해 웨이퍼(W) 상에 약액 저류 탱크(71)로부터의 약액이 공급되어 웨이퍼(W)의 후세정 처리가 행해진다(단계 5-5). 이에 의해, 웨이퍼(W) 상에 부착되어 있던 도금액의 잔사가 제거되어 오염이 방지된다. 웨이퍼(W)로부터 떨어지거나 흘러내린 약액은 드레인(85)으로부터 배액되어 재이용 또는 폐기된다.
웨이퍼(W)의 후세정 처리가 종료되면, 압박 핀(64)에 설치된 통전 라인(64c)의 스위치부(64d)가 절환되어 웨이퍼(W)가 접지되고[도6의 (a) 참조], 약액 노즐(51a)에 의해 웨이퍼(W) 상에 순수가 공급되어 웨이퍼(W)의 린스 처리가 행해진다(단계 5-6). 린스 처리시에는, 최초로 약액 노즐(51a) 내에 잔류하고 있던 약액이 토출되어 약액 노즐(51a) 내의 세정이 동시에 행해진다.
또, 린스 처리에 있어서는, 약액 노즐(51a)로부터의 순수의 공급을 일시적으로 정지하여 웨이퍼(W)를 고속 회전시키고 웨이퍼(W) 상의 순수를 일단 제거한 후에, 웨이퍼(W)의 회전수를 복귀시켜 다시 웨이퍼(W) 상에 순수를 공급하는 순서를 반복하여 행해도 된다.
린스 처리시 또는 린스 처리 후에는 언더 플레이트(48)가 하강하여 웨이퍼(W)와 이격된다. 그리고, 린스 처리가 완전히 종료되면, 스핀척(46)에 의해 웨이퍼(W)를 회전시키는 동시에, 약액 노즐(51a)로부터 웨이퍼(W) 상에 질소 가스를 공급하여 웨이퍼(W)의 건조 처리를 행한다(단계 5-7).
건조 처리시에는, 하강한 언더 플레이트(48)의 처리 유체 공급구(81)로부터 웨이퍼(W)의 이면에 질소 가스를 공급하는 동시에, 언더 플레이트(48)가 다시 상승하여 웨이퍼(W)에 근접하여 웨이퍼(W)의 이면을 건조한다. 웨이퍼(W)의 건조 처리는 예를 들어 웨이퍼(W)를 소정 시간 저속 회전한 후 소정 시간 고속 회전시킴으로써 행할 수 있다.
웨이퍼(W)의 건조 처리가 종료되면, 필요에 따라서 노즐 승강 기구(56a)에 의해 노즐부(51)가 소정의 높이로 이동하고, 노즐 슬라이드 기구(56b)에 의해 노즐부(51)의 선단부 부분이 노즐 격납실(50) 내에 격납되어 창부(43a)가 폐색된다. 다음에, 언더 플레이트(48)가 하강하여 웨이퍼(W)와 이격되고, 웨이퍼(W)가 압박 핀(64)에 의한 압박으로부터 개방되어 적재 핀(63)으로만 지지되는 상태가 된다. 계속해서, 창부(44a) 및 창부(45a)가 개방되고, 반송 아암(34)이 아우터 챔버(43) 내에 진입하여 적재 핀(63)에 지지된 웨이퍼(W)를 수취한다. 그 후, 웨이퍼(W)를 수취한 반송 아암(34)이 무전해 도금 유닛(PW)(12)으로부터 퇴출하여 창부(44a) 및 창부(45a)가 폐색된다.
무전해 도금 유닛(PW)(12)에서의 웨이퍼(W)의 무전해 도금 처리가 종료되면, 주웨이퍼 반송 장치(18)는 반송 아암(34)에 의해 수취한 웨이퍼(W)를 핫 플레이트 유닛(HP)(19)에 반송하고, 핫 플레이트 유닛(HP)(19)에서 웨이퍼(W)를 포스트베이크(post-bake) 처리하여(단계 6), 웨이퍼(W) 상의 배선부에 피복된 도금막에 함유하는 유기물을 승화시키는 동시에, 웨이퍼(W) 상의 배선부와 도금막과의 부착성을 높인다. 그리고, 주웨이퍼 반송 장치(18)가 핫 플레이트 유닛(HP)(19) 내의 웨이퍼(W)를 냉각 유닛(COL)(22)에 반송하여 냉각 유닛(COL)(22)에서 웨이퍼(W)를 냉각 처리한다(단계 7).
냉각 유닛(COL)(22)에서의 웨이퍼(W)의 냉각 처리가 종료되면, 주웨이퍼 반송 장치(18)는 반송 아암(34)에 의해 웨이퍼 운반 유닛(TRS)(16)으로 반송하여 적재하고(단계8), 다음에 반송 픽(11)이 웨이퍼 운반 유닛(TRS)(16)에 적재된 웨이퍼(W)를 취출하여 그 웨이퍼(W)가 수납되어 있던 포프(F)의 원래의 슬롯에 수납하 게 된다(단계 9).
무전해 도금 시스템(1)에서는, 필터 팬 유닛(FFU)(26)에 의해 무전해 도금 유닛(PW)(12) 내의 분위기가 웨이퍼 운반 유닛(TRS)(16) 및 주웨이퍼 반송 기구(18)가 설치된 반송실 내로 유입하지 않도록 무전해 도금 유닛(PW)(12) 내부보다도 반송실 내부가 양압으로 유지되고, 반송실 내의 분위기가 핫 플레이트 유닛(HP)(19) 및 냉각 유닛(COL)(22) 내에 유입하지 않도록 반송실 내부보다도 핫 플레이트 유닛(HP)(19) 및 냉각 유닛(COL)(22) 내부가 양압으로 유지되어 있다. 따라서, 무전해 도금 유닛(PW)(12) 내부로부터 반송실 내로의 파티클 등의 침입이 방지되어, 반송실 내로부터 핫 플레이트 유닛(HP)(19) 및 냉각 유닛(COL)(22) 내로의 파티클 등의 침입이 방지된다. 즉, 무전해 도금 유닛(PW)(12) 내부로부터 핫 플레이트 유닛(HP)(19) 및 냉각 유닛(COL)(22) 내로의 파티클 등의 침입이 방지되므로, 가열 처리에 의해 청정해진 웨이퍼(W)의 표면의 산화 및 오염을 확실하게 방지할 수 있고, 웨이퍼(W) 상의 배선부에의 양호한 도금 피막을 얻을 수 있다. 또, 반송실 내의 분위기가, 무전해 도금 시스템(1) 자체가 설치된 예를 들어 클린룸 내로 유입하지 않도록 클린룸 내부가 반송실 내부보다도 양압으로 유지되어 있다.
또, 무전해 도금 유닛(PW)(12)은 도11에 도시한 바와 같이[도11은 톱 플레이트를 갖는 무전해 도금 장치(12)의 개략 단면도], 아우터 챔버(43) 내에 스핀척(46)에 지지된 웨이퍼(W) 상부와 대향하는 톱 플레이트(49)를 설치한 구성으로 할 수도 있다. 톱 플레이트(49)는 피봇축(100)의 하단부에 접속되어 있고, 모터(102)에 의해 회전 가능하게 되어 있다. 피봇축(100)은 수평판(101)의 하면에 회전 가능하게 지지되고, 수평판(101)은 아우터 챔버(43)의 상부벽에 고정된 에어 실린더 등으로 이루어지는 승강 기구(103)에 의해 승강 가능하다. 피봇축(100) 및 톱 플레이트(49)에는 스핀척(46)에 지지된 웨이퍼(W) 상에 순수를 공급할 수 있는 순수 공급 구멍(105)이 마련되어 있다.
스핀척(46)과 반송 아암(34) 사이에서 웨이퍼(W)의 운반이 행해질 때에는, 톱 플레이트(49)는 반송 아암(34)과 충돌하지 않도록 아우터 챔버(43)의 상부벽에 가까운 위치에 유지된다. 웨이퍼(W) 상의 세정 처리 또는 무전해 도금 처리를 행할 때는, 약액 노즐(51a) 또는 도금액 노즐(51c)에 의해 웨이퍼(W) 상에 약액 또는 도금액이 공급되어 패들이 형성된 후에, 톱 플레이트(49)를 하강시켜 패들에 접촉시키고 웨이퍼(W) 상부와 톱 플레이트(49) 사이에 약액층 또는 도금액층을 형성한다. 이 때, 약액 또는 도금액의 온도가 저하되지 않도록 톱 플레이트(49)에는 도시하지 않은 히터를 내장시키는 것이 바람직하다. 또한, 웨이퍼(W)의 린스 처리는, 예를 들어 순수 공급 구멍(105)으로부터 웨이퍼(W)에 순수를 공급하면서, 톱 플레이트(49)와 웨이퍼(W)를 소정의 회전수로 회전시킴으로써 행할 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어 도금액에 용해하여 전자를 발생하는 금속 부재는 기판을 지지하는 지지 부재의 기판과의 접촉부에 형성해도 좋다. 이 경우에는, 금속 부재가 도전부를 겸하게 된다. 또한, 기판, 기판 상의 배선부, 도금액, 지지 부재 및 금속 부재는 각각 상기 실시 형태의 재료에 한정되지 않고, 다른 재료를 이용하여 형성해도 좋다. 또한, 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 그 밖의 LCD용 유리 기판이 나 세라믹 기판 등이라도 좋다.
본 발명에 따르면, 기판을 지지하고 도전부를 갖는 지지 부재에 도금액에 접촉하였을 때에 용해하여 전자를 발생시키는 금속 부재를 설치하는 동시에, 금속 부재가 용해하여 발생한 전자를 지지 부재의 도전부를 거쳐서 기판 상의 배선부에 공급 가능하게 전자 공급로를 구성하고, 금속 부재에 도금액이 접촉하도록 지지 부재에 의해 지지한 기판 상에 도금액을 공급하고, 금속 부재가 도금액에 용해하여 발생한 전자를 전자 공급로에 의해 기판 상의 배선부에 공급시키도록 구성하였으므로, 금속 부재가 배선부에 직접 접촉하거나 금속 부재 중 금속이 배선부를 피복하는 도금액에 대량으로 취입되지 않고 도금액을 배선부에 석출시킬 수 있다. 따라서, 기판의 품질을 저하시키지 않고, 환원력이 약한 환원제를 이용한 도금액에 의해 기판 상의 배선부에 무전해 도금을 개시시키는 것이 가능해진다.

Claims (12)

  1. 기판 상에 형성된 배선부에 환원력이 약한 환원제를 이용한 도금액에 의해 무전해 도금을 실시하기 위한 무전해 도금 장치이며,
    기판을 지지하고 도전부를 갖는 지지 부재와,
    상기 도금액에 접촉 가능하게 상기 지지 부재에 설치되고 상기 도금액에 접촉하였을 때에 용해하여 전자를 발생시키는 금속 부재와,
    상기 금속 부재가 용해하여 발생한 전자를, 상기 지지 부재의 상기 도전부를 거쳐서 기판 상의 배선부에 공급하는 전자 공급로를 구비하는 것을 특징으로 하는 무전해 도금 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자 공급로는 상기 금속 부재가 용해하여 발생한 전자를 상기 지지 부재의 상기 도전부 및 기판을 거쳐서 기판 상의 배선부에 공급하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 무전해 도금 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 금속 부재는 기판 상으로부터 유출된 도금액과 접촉하도록 상기 지지 부재에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 무전해 도금 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 부재는 기판을 수평 회전 가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 무전해 도금 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 부재는 상기 지지 부재에 지지된 기판과 이격하여 상기 지지 부재에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 무전해 도금 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 부재의 상기 도전부는 도전성 PEEK(폴리에테르에테르케톤)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무전해 도금 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 공급로는 상기 지지 부재에 지지된 기판의 접지를 선택적으로 행할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 무전해 도금 장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 부재는 기판 상의 배선부에 이용되는 금속보다도 비금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무전해 도금 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 부재 및/또는 상기 금속 부재는 교환 가능한 것을 특징으로 하는 무전해 도금 장치.
  10. 기판 상에 형성된 배선부에 환원력이 약한 환원제를 이용한 도금액에 의해 무전해 도금을 실시하기 위한 무전해 도금 방법이며,
    기판을 지지하고 도전부를 갖는 지지 부재에 상기 도금액에 접촉하였을 때에 용해하여 전자를 발생시키는 금속 부재를 설치하는 동시에, 상기 금속 부재가 용해하여 발생한 전자를 상기 지지 부재의 상기 도전부를 거쳐서 기판 상의 배선부에 공급 가능하게 전자 공급로를 구성하고,
    상기 금속 부재에 상기 도금액이 접촉하도록 상기 지지 부재에 의해 지지한 기판 상에 상기 도금액을 공급하고, 상기 금속 부재가 상기 도금액에 용해하여 발생한 전자를 상기 전자 공급로에 의해 기판 상의 배선부에 공급시키는 것을 특징으로 하는 무전해 도금 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 금속 부재가 용해하여 발생한 전자를, 상기 지지 부재의 상기 도전부 및 도전성 재료로 이루어지는 기판을 거쳐서 기판 상의 배선부에 공급하도록 상기 전자 공급로를 구성하는 것을 특징으로 하는 무전해 도금 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 기판 상의 배선부는 Cu(구리)로 이루어지고,
    상기 무전해 도금에 의해 형성되는 금속 재료는 CoWP(코발트텅스텐인), CoMoP(코발트몰리브덴인), CoTaP(코발트탄탈인), CoMnP(코발트망간인) 및 CoZrP(코발트지르코늄인) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무전해 도금 방법.
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