KR20190060985A - 전해 처리 지그 및 전해 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

피처리 기판에 전해 처리를 행하는 전해 처리 지그는, 평판 형상의 기체와, 당해 기체에 마련된 전극과, 당해 기체에 3 개 이상 마련된 탄성을 가지며, 또한 피처리 기판의 외주부에 접촉하는 단자와, 이들 단자 중 적어도 1 개의 단자가, 피처리 기판에 접촉한 것을 전기적으로 검지하는 검지부를 가지고 있다.

Description

전해 처리 지그 및 전해 처리 방법
(관련 출원의 상호 참조)
본원은 2016년 10월 7일에 일본국에 출원된 특허출원 2016-198729호에 기초하여, 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
본 발명은, 피처리 기판에 전해 처리를 행하는 전해 처리 지그, 및 당해 전해 처리 지그를 이용한 전해 처리 방법에 관한 것이다.
전해 프로세스(전해 처리)는 도금 처리 또는 에칭 처리 등의 각종 처리에 이용되는 기술이다. 예를 들면 반도체 장치의 제조 공정에 있어서도 전해 처리는 행해진다.
상술한 도금 처리는, 종래, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재된 도금 장치로 행해진다. 도금 장치에서는, 애노드 전극에 대면 배치된 반도체 웨이퍼가, 그 도금 처리면이 하방을 향하도록 배치된다. 또한, 반도체 웨이퍼를 지지하는 지지부는 당해 반도체 웨이퍼에 접속되는 캐소드 전극을 구성하고 있다. 그리고, 반도체 웨이퍼의 도금 처리면을 향해, 상기 애노드 전극을 통하여 도금액을 분류(噴流)시킴으로써 반도체 웨이퍼의 도금 처리를 행한다.
또한, 특허 문헌 1에 기재된 도금 장치에는 초음파 진동자가 마련되어 있으며, 이러한 초음파 진동자로부터 발진되는 초음파를 도금액에 전달함으로써, 도금액을 교반하고 있다. 이로부터, 도금 처리의 균일성의 향상을 도모하고 있다.
일본특허공개공보 2004-250747호
그러나, 특허 문헌 1에 기재된 도금 장치를 이용한 경우, 도금 처리의 균일성 향상을 실현하기 위해서는, 도금액을 교반하기 위한 초음파 진동자가 필요하게 되어, 대규모의 교반 수단이 필요하게 된다. 그리고 장치 구성 상, 이러한 교반 수단을 마련할 수 없는 경우도 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 피처리 기판에 대한 전해 처리를 효율적으로 또한 적절히 행하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일태양은, 피처리 기판에 전해 처리를 행하는 전해 처리 지그로서, 평판 형상의 기체와, 상기 기체에 마련된 전극과, 상기 기체에 3 개 이상 마련되며, 또한 탄성을 가지고, 상기 피처리 기판의 외주부에 접촉하는 단자와, 상기 단자 중 적어도 1 개가 상기 피처리 기판에 접촉한 것을 전기적으로 검지하는 검지부를 가지고 있다.
상기한 본 발명의 일태양에 따르면, 먼저, 전해 처리 지그와 피처리 기판을 상대적으로 근접하도록 이동시켜, 단자를 피처리 기판에 접촉시킨다. 이 때, 검지부에 의해 단자와 피처리 기판의 접촉을 검지할 수 있어, 이러한 접촉을 확실히 행할 수 있다. 이 후, 전극과 피처리 기판의 사이에 처리액이 공급된 상태로, 전극과 피처리 기판의 사이에 전압을 인가하여, 상기 피처리 기판에 전해 처리를 행한다. 단자는 피처리 기판의 외주부에 접촉하고, 또한 상술한 바와 같이 단자와 피처리 기판은 확실히 접촉하고 있으므로, 균일하게 전해 처리를 행할 수 있다. 게다가, 전해 처리의 균일성을 향상시키기 위하여, 종래와 같이 처리액을 교반시키기 위한 대규모의 수단이 필요없어, 장치 구성을 간이화할 수 있다. 따라서, 전해 처리를 효율적으로 또한 적절히 제조할 수 있다.
다른 관점에 따른 본 발명의 일태양은, 전해 처리 지그를 이용하여 피처리 기판에 전해 처리를 행하는 전해 처리 방법으로서, 상기 전해 처리 지그는, 평판 형상의 기체와, 상기 기체에 마련된 전극과, 상기 기체에 3 개 이상 마련되며, 또한 탄성을 가지고, 상기 피처리 기판의 외주부에 접촉하는 단자와, 상기 단자 중 적어도 1 개가 상기 피처리 기판에 접촉한 것을 전기적으로 검지하는 검지부를 가지고 있다. 그리고 상기 전해 처리 방법은, 상기 전해 처리 지그와 상기 피처리 기판을 상대적으로 근접하도록 이동시켜, 상기 단자를 상기 피처리 기판에 접촉시키는 제 1 공정과, 이 후, 상기 전극과 상기 피처리 기판의 사이에 처리액이 공급된 상태로, 상기 전극과 상기 피처리 기판의 사이에 전압을 인가하여, 상기 피처리 기판에 전해 처리를 행하는 제 2 공정을 가지고, 상기 제 1 공정에 있어서, 상기 검지부에 의해 상기 단자와 상기 피처리 기판의 접촉을 검지한다.
본 발명에 따르면, 피처리 기판에 대한 전해 처리를 효율적으로 또한 적절히 행할 수 있다.
도 1은 본 실시의 형태에 따른 전해 처리 지그를 구비한, 반도체 장치의 제조 장치의 구성의 개략을 나타내는 설명도이다.
도 2는 이동 기구의 구성의 개략을 나타내는 설명도이다.
도 3은 웨이퍼 상에 도금액의 액 퍼들을 형성하는 모습을 나타내는 설명도이다.
도 4는 웨이퍼 상에 도금액의 액 퍼들을 형성한 모습을 나타내는 설명도이다.
도 5는 1 개째의 단자를 웨이퍼에 접촉시키는 모습을 나타내는 설명도이다.
도 6은 1 개째의 단자를 웨이퍼에 접촉시킬 시의 이동 기구의 모습을 나타내는 설명도이다.
도 7은 2 개째의 단자를 웨이퍼에 접촉시키는 모습을 나타내는 설명도이다.
도 8은 3 개째 ~ 8 개째의 단자를 웨이퍼에 접촉시키는 모습을 나타내는 설명도이다.
도 9는 모든 단자를 웨이퍼에 접촉시킨 후, 전해 처리 지그를 정해진 거리 이동시키는 모습을 나타내는 설명도이다.
도 10은 간접 전극과 웨이퍼와의 사이에 전압을 인가한 모습을 나타내는 설명도이다.
도 11은 직접 전극과 웨이퍼와의 사이에 전압을 인가한 모습을 나타내는 설명도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시의 형태에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 실시의 형태에 따른 전해 처리 지그를 구비한, 반도체 장치의 제조 장치의 구성의 개략을 나타내는 설명도이다. 제조 장치(1)에서는, 피처리 기판으로서의 반도체 웨이퍼(W)(이하, '웨이퍼(W)'라고 함)에 대하여, 전해 처리로서 도금 처리를 행한다. 이 웨이퍼(W)의 표면에는, 전극으로서 이용되는 시드층(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 또한 이하의 설명에서 이용하는 도면에 있어서, 각 구성 요소의 치수는 기술의 이해의 용이함을 우선시키기 위하여, 반드시 실제의 치수에 대응하고 있지 않다.
제조 장치(1)는 웨이퍼 유지부(10)를 가지고 있다. 웨이퍼 유지부(10)는 웨이퍼(W)를 유지하여 회전시키는 스핀 척이다. 웨이퍼 유지부(10)는 평면에서 봤을 때 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 직경을 가지는 상면(10a)을 가지며, 당해 상면(10a)에는, 예를 들면 웨이퍼(W)를 흡인하는 흡인구(도시하지 않음)가 마련되어 있다. 이 흡인구로부터의 흡인에 의해, 웨이퍼(W)를 웨이퍼 유지부(10) 상에 흡착 유지할 수 있다.
웨이퍼 유지부(10)에는, 예를 들면 모터 등을 구비한 구동 기구(11)가 마련되고, 그 구동 기구(11)에 의해 정해진 속도로 회전할 수 있다. 또한, 구동 기구(11)에는 실린더 등의 승강 구동부(도시하지 않음)가 마련되어 있으며, 웨이퍼 유지부(10)는 연직 방향으로 이동 가능하다.
웨이퍼 유지부(10)의 상방에는, 당해 웨이퍼 유지부(10)에 대향하여, 전해 처리 지그(20)가 마련되어 있다. 전해 처리 지그(20)는 절연체로 이루어지는 기체(21)를 가지고 있다. 기체(21)는 평판 형상이며, 평면에서 봤을 때 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 직경을 가지는 하면(21a)을 가지고 있다. 기체(21)에는 단자(22), 직접 전극(23) 및 간접 전극(24)이 마련되어 있다.
단자(22)는 기체(21)의 외주부에 있어서, 하면(21a)으로부터 돌출되어 마련되어 있다. 단자(22)는 예를 들면 8 개 마련되고, 기체(21)의 동심 원주 상에 균등 간격으로 배치되어 있다. 또한, 단자(22)는 굴곡지며, 탄성을 가지고 있다. 또한, 복수의 단자(22)는 그 선단부로 구성되는 가상면, 즉 복수의 각 단자(22)의 선단부(점)에 의해 형성되는 평면이, 웨이퍼 유지부(10)에 유지된 웨이퍼(W)의 표면과 대략 평행이 되도록 배치되어 있다.
그리고, 도금 처리를 행할 시, 단자(22)는 후술하는 바와 같이 웨이퍼(W)(시드층)의 외주부에 접촉하고, 당해 웨이퍼(W)에 전압을 인가한다. 또한, 단자(22)의 수는 본 실시의 형태에 한정되지 않으며, 적어도 3 개 이상이면 된다. 또한, 단자(22)의 형상도 본 실시의 형태에 한정되지 않으며, 단자(22)가 탄성을 가지고 있으면 된다.
직접 전극(23)은 기체(21)의 하면(21a)에 마련되어 있다. 직접 전극(23)은 웨이퍼 유지부(10)에 유지된 웨이퍼(W)에 대향하고, 또한 대략 평행하게 배치되어 있다. 그리고, 도금 처리를 행할 시, 직접 전극(23)은 후술하는 바와 같이 웨이퍼(W) 상의 도금액에 접촉한다.
간접 전극(24)은 기체(21)의 내부에 마련되어 있다. 즉, 간접 전극(24)은 외부에 노출되어 있지 않다.
단자(22), 직접 전극(23) 및 간접 전극(24)에는 직류 전원(30)이 접속되어 있다. 단자(22)는 직류 전원(30)의 음극측에 접속되어 있다. 직접 전극(23)과 간접 전극(24)은 각각 직류 전원(30)의 양극측에 접속되어 있다.
또한, 직류 전원(30)과 단자(22)를 접속하는 회로에는 검지부(31)가 마련되어 있다. 검지부(31)는 복수의 단자(22) 중, 하나의 단자(22)와 다른 단자(22) 사이의 저항값을 측정하는 저항계이다. 그리고, 검지부(31)는 이 전류값을 측정함으로써, 후술하는 바와 같이 웨이퍼(W)에 대한 단자(22)의 접촉을 전기적으로 검지한다.
기체(21)의 상면(21b)측에는, 당해 기체(21)를 이동시키는 이동 기구(40)가 마련되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이 이동 기구(40)는, 기체(21)의 상면(21b)을 압압(押壓)하여 이동시키는 압압부(41)를 가지고 있다. 압압부(41)는 압압판(42), 지지판(43) 및 지지 기둥(44)이 일체로 구성되어 있다. 압압판(42)은 기체(21)의 상면(21b)에 접촉하여 마련되고, 지지판(43)은 압압판(42)에 대향하여 마련되어 있다. 이들 압압판(42)과 지지판(43)은 각각 강체로, 하중이 걸려도 변형되지 않도록 되어 있다. 지지 기둥(44)은 압압판(42)과 지지판(43)의 사이를 접속하여 마련되어 있다.
압압부(41)에는 당해 압압부(41)를 승강시키는 승강 구동부(45)가 마련되어 있다. 승강 구동부(45)는 예를 들면 에어 베어링 실린더이며, 지지 기둥(44)에 장착되어 있다. 또한, 승강 구동부(45)의 구성은 본 실시의 형태에 한정되지 않으며, 압압부(41)를 승강시키는 것이면 임의이다.
압압판(42)과 지지판(43)의 사이에는 하중 측정부(46)가 마련되어 있다. 하중 측정부(46)에는 예를 들면 로드 셀이 이용된다. 하중 측정부(46)는 지지 부재(47)에 의해 고정되어 있다. 승강 구동부(45)에 의해 압압부(41)가 하강하고, 지지판(43)이 하중 측정부(46)와 접촉하여, 하중 측정부(46)는 하중을 측정한다. 또한, 이 때 하중 측정부(46)에서 측정되는 하중은, 후술하는 바와 같이 단자(22)에 걸리는 하중이 된다. 또한, 하중 측정부(46)의 구성은 본 실시의 형태에 한정되지 않으며, 단자(22)에 걸리는 하중을 측정하는 것이면 임의이다.
도 1에 나타내는 바와 같이 웨이퍼 유지부(10)와 전해 처리 지그(20)의 사이에는 웨이퍼(W) 상에 도금액을 공급하는 노즐(50)이 마련되어 있다. 노즐(50)은 이동 기구(51)에 의해, 수평 방향 및 연직 방향으로 이동 가능하며, 웨이퍼 유지부(10)에 대하여 진퇴 가능하게 구성되어 있다. 또한 노즐(50)은, 도금액을 저류하는 도금액 공급원(도시하지 않음)에 연통하고, 당해 도금액 공급원으로부터 노즐(50)로 도금액이 공급되도록 되어 있다. 또한 도금액으로서는, 예를 들면 황산 구리와 황산을 용해한 혼합액이 이용되고, 이러한 경우, 도금액 중에는 예를 들면 구리 이온이 포함되어 있다. 또한, 본 실시의 형태에서는 처리액 공급부로서 노즐(50)을 이용하고 있지만, 도금액을 공급하는 기구로서는 다른 각종 수단을 이용할 수 있다.
또한, 웨이퍼 유지부(10)의 주위에는 웨이퍼(W)로부터 비산 또는 낙하하는 액체를 받아 회수하는 컵(도시하지 않음)이 마련되어 있어도 된다.
이상의 제조 장치(1)에는 제어부(도시하지 않음)가 마련되어 있다. 제어부는 예를 들면 컴퓨터이며, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 가지고 있다. 프로그램 저장부에는, 제조 장치(1)에 있어서의 웨이퍼(W)의 처리를 제어하는 프로그램이 저장되어 있다. 또한 상기 프로그램은, 예를 들면 컴퓨터 판독 가능한 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 콤팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등의 컴퓨터에 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있던 것으로, 그 기억 매체로부터 제어부에 인스톨된 것이어도 된다.
이어서, 이상과 같이 구성된 제조 장치(1)를 이용한 제조 방법에 있어서의 도금 처리에 대하여 설명한다. 표 1은 도금 처리의 각 공정에 있어서의, 단자(22)의 접촉 상태, 전해 처리 지그(20)의 위치, 하중 측정부(46)에서 측정되는 하중, 및 검지부(31)에서 측정되는 저항값을 나타내고 있다.
공정 처리
(단자 접촉 상태)		 지그 위치 하중 측정부 검지부
S1 도금액 공급
(모든 단자 비접촉)		 P1 0(gf) ∞(?)
S2 전해 처리 지그 하강
(1 단자 접촉)		 P2 하중 측정 ∞(?)
S3 전해 처리 지그 하강
(2 단자 접촉)		 P3 하중 측정 정해진 저항값
측정
S4 전해 처리 지그 하강
(모든 단자 접촉)		 P4 하중 측정 정해진 저항값
측정
S5 전해 처리 지그 하강
(모든 단자 접촉+
푸시 이동)		 P5 하중 측정 정해진 저항값
측정
S6 간접 전극에 의한
구리 이온 이동		 P5 - -
S7 직접 전극에 의한
구리 이온 환원		 P5 - -
먼저, 도 3에 나타내는 바와 같이 웨이퍼 유지부(10)와 전해 처리 지그(20)를 대향 배치한 상태로, 이동 기구(51)에 의해 노즐(50)을 웨이퍼 유지부(10)에 유지된 웨이퍼(W)의 중심부의 상방까지 이동시킨다. 이 후, 구동 기구(11)에 의해 웨이퍼(W)를 회전시키면서, 노즐(50)로부터 도금액(M)을 웨이퍼(W)의 중심부로 공급한다. 공급된 도금액(M)은 원심력에 의해 웨이퍼(W) 전면에 확산된다. 이 때, 웨이퍼(W)가 회전함으로써, 도금액(M)은 웨이퍼면 내에서 균일하게 확산된다. 그리고, 노즐(50)로부터의 도금액(M)의 공급을 정지하고, 웨이퍼(W)의 회전을 정지하면, 도 4에 나타내는 바와 같이 도금액(M)의 표면 장력에 의해 웨이퍼(W) 상에 도금액(M)이 머물러, 균일한 두께의 도금액(M)의 액 퍼들이 형성된다(표 1의 공정(S1)).
공정(S1)에서는, 전해 처리 지그(20)는 통상의 대기 위치로부터 이동하고 있지 않으며, 전해 처리 지그(20)의 높이 위치는 P1이다. 이 높이 위치(P1)에 있어서, 웨이퍼 유지부(10)의 상면(10a)과 전해 처리 지그(20)의 기체(21)의 하면(21a) 간의 거리는 약 100 mm이다. 그리고, 모든 단자(22)는 웨이퍼(W)에 접촉하고 있지 않다. 또한, 이동 기구(40)에 있어서 하중 측정부(46)는 지지판(43)에 접촉하고 있지 않고, 하중 측정부(46)로 측정되는 하중은 제로이다. 또한, 단자(22) 간에 전류가 흐르고 있지 않고, 검지부(31)로 측정되는 저항값은 무한대이다.
이 후, 이동 기구(40)에 의해 전해 처리 지그(20)를 하강시킨다. 여기서, 상술한 바와 같이 복수의 단자(22)의 선단부로 구성되는 가상면은, 웨이퍼 유지부(10)에 유지된 웨이퍼(W)의 표면과 대략 평행이지만, 실제로는 단자(22)의 선단부의 높이에는 미소한 불균일이 있다. 또한, 전해 처리 지그(20)의 기체(21) 또는 웨이퍼 유지부(10)에 유지된 웨이퍼(W)는 미소한 표면 거칠기를 가지고, 또한 미소한 경사도를 가지고 있어, 즉 웨이퍼(W)의 표면은 완전하게 평탄하지 않다. 이러한 요인으로, 전해 처리 지그(20)를 하강시켜 단자(22)를 웨이퍼(W)에 접촉시킬 시, 각 단자(22)에서 웨이퍼(W)에 접촉하는 타이밍은 불균일해진다. 이하, 본 실시의 형태에서는, 기술의 이해를 용이하게 하기 위하여, 복수의 단자(22)가 모두 불균일하게 웨이퍼(W)에 접촉하는 경우에 대하여 설명한다.
도 5에 나타내는 바와 같이 전해 처리 지그(20)를 하강시키면, 먼저 1 개째의 단자(22a)가 웨이퍼(W)에 접촉한다(표 1의 공정(S2)). 이 때, 전해 처리 지그(20)의 높이 위치는 P2이다. 높이 위치(P2)는, 예를 들면 이동 기구(40)에 의해 전해 처리 지그(20)의 높이 조정의 티칭을 행할 시의 원점 높이가 된다.
공정(S2)에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이 하중 측정부(46)가 지지판(43)에 접촉하고, 하중 측정부(46)에 있어서 하중이 측정된다. 환언하면, 하중 측정부(46)가 정해진 하중을 측정함으로써, 1 개째의 단자(22a)의 접촉이 검지된다.
또한, 공정(S2)에서는 단자(22, 22) 간에 전류가 흐르고 있지 않고, 검지부(31)로 측정되는 저항값은 공정(S1)과 다름없이 무한대이다.
이 후, 도 7에 나타내는 바와 같이 전해 처리 지그(20)를 더 하강시키면, 2 개째의 단자(22b)가 웨이퍼(W)에 접촉한다(표 1의 공정(S3)). 이 때, 전해 처리 지그(20)의 높이 위치는 P3이다.
공정(S3)에서는, 1 개째의 단자(22a)와 2 개째의 단자(22b)의 사이에서 웨이퍼(W)를 거쳐 전류가 흐른다. 그러면, 검지부(31)에서는, 웨이퍼(W)의 저항값에 상당하는 정해진 저항값이 측정된다. 환언하면, 검지부(31)가 정해진 저항값을 측정함으로써, 2 개째의 단자(22b)의 접촉이 검지된다.
또한, 공정(S3)에서는 하중 측정부(46)에 있어서 하중이 측정된다. 그리고, 1 개의 단자(22)에 걸리는 하중은, 하중 측정부(46)에서 측정된 하중의 1 / 2이 된다.
이 후, 도 8에 나타내는 바와 같이 전해 처리 지그(20)를 더 하강시키고, 3 개째 ~ 8 개째의 단자(22)를 순차 웨이퍼(W)에 접촉시켜, 모든 단자(22)를 웨이퍼(W)에 접촉시킨다(표 1의 공정(S4)). 이 때, 전해 처리 지그(20)의 높이 위치는 P4이다. 여기서, 상술한 바와 같이 1 개째의 단자(22a)가 웨이퍼(W)에 접촉하는 높이 위치(P2)가, 전해 처리 지그(20)의 높이 조정의 티칭을 행할 시의 원점 높이가 되지만, 이 티칭에 있어서, 높이 위치(P4)는 모든 단자(22)가 웨이퍼(W)에 접촉하는 높이로서 이용된다.
공정(S4)에서는, 공정(S3)과 마찬가지로 각 단자(22, 22) 사이에서 웨이퍼(W)를 거쳐 전류가 흐른다. 그러면, 검지부(31)에서는, 웨이퍼(W)의 저항값에 상당하는 정해진 저항값이 측정된다. 환언하면, 검지부(31)가 정해진 저항값을 측정함으로써, 각 단자(22b)의 접촉이 검지된다.
또한, 공정(S4)에서는 하중 측정부(46)에 있어서 하중이 측정된다. 그리고, 1 개의 단자(22)에 걸리는 하중은, 하중 측정부(46)에서 측정된 하중을, 접촉하는 단자의 수로 나눈 것이 된다.
이 후, 도 9에 나타내는 바와 같이 전해 처리 지그(20)를 정해진 거리, 예를 들면 1 mm 더 하강시킨다(표 1의 공정(S5)). 이 때, 전해 처리 지그(20)의 높이 위치는 P5이며, 웨이퍼 유지부(10)의 상면(10a)과 전해 처리 지그(20)의 기체(21)의 하면(21a) 간의 거리는 약 1 mm이다. 공정(S4)에 있어서 모든 단자(22)가 웨이퍼(W)에 접촉하고 있으면, 이 후의 도금 처리를 개시하는 것은 가능하지만, 이와 같이 공정(S5)에 있어서 전해 처리 지그(20)를 더 하강시킴으로써, 단자(22)와 웨이퍼(W)의 접촉을 보다 확실한 것으로 할 수 있다.
그리고, 이와 같이 공정(S5)에 있어서 모든 단자(22)와 웨이퍼(W)를 접촉시킬 시, 하중 측정부(46)에서 측정된 하중에 기초하여 이동 기구(40)를 제어함으로써, 각 단자(22)에 걸리는 하중을 적절한 하중으로 유지한다. 그러면, 예를 들면 산화막 등의 박막, 또는 접점 형성이 곤란한 경도가 높은 재료에 대해서도, 단자(22)와 웨이퍼(W)의 사이에 전기적 접점을 형성할 수 있다.
또한, 공정(S5)에 있어서 모든 단자(22)와 웨이퍼(W)를 접촉시킬 시에는, 직접 전극(23)을 웨이퍼(W) 상의 도금액(M)에 접촉시킨다. 이 직접 전극(23)과 도금액(M)과의 접촉은 공정(S2 ~ S5)의 어느 단계에서 행해져도 되지만, 적어도 공정(S5)에 있어서 직접 전극(23)은 도금액(M)에 접촉하고 있을 필요가 있다.
또한, 공정(S5)에 있어서 모든 단자(22)와 웨이퍼(W)가 접촉하고 있으므로, 전해 처리 지그(20)의 표면, 즉 기체(21)의 하면(21a) 및 직접 전극(23)(이하 단순히 전해 처리 지그(20)의 표면이라고 하는 경우가 있음)과, 웨이퍼(W)의 표면이 평행이 되어 있다. 이 때문에, 후술하는 도금 처리를 적절히 행할 수 있다.
이 후, 간접 전극(24)을 양극으로 하고, 웨이퍼(W)를 음극으로 하여 직류 전압을 인가하여, 전계(정전기장)를 형성한다. 그러면, 도 10에 나타내는 바와 같이 전해 처리 지그(20)의 표면(간접 전극(24) 및 직접 전극(23))측에 음의 하전 입자인 황산 이온(S)이 모이고, 웨이퍼(W)의 표면측으로 양의 하전 입자인 구리 이온(C)이 이동한다(표 1의 공정(S6)).
이 때, 직접 전극(23)이 음극이 되는 것을 회피하기 위하여, 직접 전극(23)을 그라운드에 접속하지 않고, 전기적으로 플로팅 상태로 하고 있다. 이러한 경우, 전해 처리 지그(20)와 웨이퍼(W)의 어느 표면에 있어서도 전하 교환이 억제되므로, 정전기장에 의해 끌어당겨진 하전 입자가 전극 표면에 배열되게 된다. 그리고, 웨이퍼(W)의 표면에 있어서도 구리 이온(C)이 균일하게 배열된다. 또한, 웨이퍼(W) 표면에서 구리 이온(C)의 전하 교환이 행해지지 않고, 물의 전기 분해도 억제되므로, 간접 전극(24)과 웨이퍼(W)와의 사이에 전압을 인가할 시의 전계를 높게 할 수 있다. 그리고, 이 고전계에 의해 구리 이온(C)의 이동을 빠르게 할 수 있어, 도금 처리의 도금 레이트를 향상시킬 수 있다. 또한, 이 전계를 임의로 제어함으로써, 웨이퍼(W)의 표면에 배열되는 구리 이온(C)도 임의로 제어된다.
이 후, 충분한 구리 이온(C)이 웨이퍼(W)측으로 이동하여 집적하면, 직접 전극(23)을 양극으로 하고, 웨이퍼(W)를 음극으로 하여 전압을 인가하여, 직접 전극(23)과 웨이퍼(W)와의 사이에 전류를 흘린다. 그러면, 도 11에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)의 표면에 균일하게 배열되어 있는 구리 이온(C)의 전하 교환이 행해지고, 구리 이온(C)이 환원되어, 웨이퍼(W)의 표면에 구리 도금(60)이 석출된다(표 1의 공정(S7)). 또한, 이 때 황산 이온(S)은 직접 전극(23)에 의해 산화되어 있다.
웨이퍼(W)의 표면에 충분한 구리 이온(C)이 집적하고, 균일하게 배열된 상태로 환원되므로, 웨이퍼(W)의 표면에 구리 도금(60)을 균일하게 석출시킬 수 있다. 결과적으로, 구리 도금(60)에 있어서의 결정의 밀도가 높아져, 품질이 좋은 구리 도금(60)을 형성할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 표면에 구리 이온(C)이 균일하게 배열된 상태로 환원을 행하고 있으므로, 구리 도금(60)을 균일하게 또한 고품질로 생성할 수 있는 것이다.
그리고, 상술한 노즐(50)로부터의 도금액(M)의 공급, 간접 전극(24)에 의한 구리 이온(C)의 이동, 직접 전극(23) 및 웨이퍼(W)에 의한 구리 이온(C)의 환원이 반복하여 행해짐으로써, 구리 도금(60)이 정해진 막 두께로 성장한다. 이렇게 하여, 제조 장치(1)에 있어서의 일련의 도금 처리가 종료된다.
이상의 실시의 형태에 의하면, 전해 처리 지그(20)를 하강시켜 가면, 먼저, 1 개째의 단자(22)와 웨이퍼(W)의 접촉은 하중 측정부(46)에 의해 검지되고, 이어서, 2 개째 ~ 8 개째의 단자(22)와 웨이퍼(W)의 접촉은 검지부(31)로 검지된다. 이와 같이 하중 측정부(46)와 검지부(31)로 단자(22)와 웨이퍼(W)의 접촉이 검지된 후, 전해 처리 지그(20)를 더 하강시키므로, 모든 단자(22)와 웨이퍼(W)의 접촉을 확실히 행할 수 있다. 그리고, 모든 단자(22)와 웨이퍼(W)의 접촉이 확보됨으로써, 후속의 도금 처리를 균일하게 행할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 단자(22)와 웨이퍼(W)가 확실히 접촉하고 있는 것에 더하여, 복수의 단자(22)는 웨이퍼(W)의 외주부에 접촉하므로, 이들 복수의 단자(22)로 둘러싸인 영역에서는 균일하게 도금 처리를 행할 수 있다.
여기서, 단자(22)와 웨이퍼(W)의 접촉은 전해 처리 지그(20)의 이동 거리로 제어하는 것도 고려된다. 이 점, 본 실시의 형태와 같이 하중 측정부(46)와 검지부(31)를 이용하여 실제의 접촉을 검지하는 것이, 접촉 검지의 정밀도가 높아진다.
또한, 도금 처리를 행할 시, 전해 처리 지그(20)의 직접 전극(23)과 웨이퍼(W) 상의 도금액이 접촉할 필요가 있는데, 전해 처리 지그(20)의 표면과 웨이퍼(W)의 표면의 거리는 미소하기 때문에, 필연적으로 전해 처리 지그(20)의 표면과 웨이퍼(W)의 표면이 평행일 필요가 있다. 이 점, 복수의 단자(22)의 선단부로 구성되는 가상면이, 웨이퍼(W)의 표면과 대략 평행이 되도록 배치되어 있으므로, 단자(22)와 웨이퍼(W)가 접촉할 시, 전해 처리 지그(20)의 표면과 웨이퍼(W)의 표면이 평행이 된다. 환언하면, 전해 처리 지그(20)에 복수의 단자(22)가 마련되어 있으므로, 전해 처리 지그(20)의 표면과 웨이퍼(W)의 표면의 평행이 보증된다. 따라서, 이러한 관점으로부터도 도금 처리를 적절히 행할 수 있다.
또한, 전해 처리 지그(20)와 웨이퍼(W)의 사이의 도금액(M)의 양은, 구리 도금(60)의 막 두께(성막량), 균일성에 영향을 미치기 때문에, 전해 처리 지그(20)의 표면과 웨이퍼(W)의 표면의 거리는 중요하다. 이 점, 본 실시의 형태에서는, 전해 처리 지그(20)의 표면과 웨이퍼(W)의 표면을 평행하게 하고, 또한 미소한 거리를 유지할 수 있다. 따라서, 도금액(M)의 양을 적절히 제어하여 안정화시킬 수 있어, 도금 처리를 균일하게 행할 수 있다.
이상의 실시의 형태에서는, 검지부(31)는 하나의 단자(22)와 다른 단자(22)의 사이의 저항값을 측정하는 저항계였지만, 이 대신에 1 개의 단자(22)를 흐르는 전류의 유무를 검출하는 전류계여도 된다.
이러한 경우, 공정(S2)에 있어서 1 개째의 단자(22)가 웨이퍼(W)에 접촉할 시, 검지부(31)가 1 개째의 단자(22)를 흐르는 전류를 검출하고, 즉 1 개째의 단자(22)에 있어서의 오픈·쇼트를 검출한다. 이에 의해 1 개째의 단자(22)의 접촉이 검지된다. 이 때, 하중 측정부(46)를 이용한, 1 개째의 단자(22)의 접촉의 검지를 생략해도 된다.
또한, 공정(S3 ~ S4)에 있어서, 2 개째 ~ 8 개째의 단자(22)가 웨이퍼(W)에 접촉할 시, 검지부(31)가 이들 2 개째 ~ 8 개째의 단자(22)의 각각을 흐르는 전류를 검출하여, 단자(22)의 접촉이 검지된다.
본 실시의 형태에 있어서도, 상기 실시의 형태와 동일한 효과를 나타낼 수 있다. 즉, 모든 단자(22)와 웨이퍼(W)의 접촉을 확보하여, 도금 처리를 균일하게 행할 수 있다.
이상의 실시의 형태의 전해 처리 지그(20)에는, 검지부(31)에 의한 검지 결과에 기초하여, 웨이퍼(W)에 대한 단자(22)의 접촉이 불량인 경우에 경고를 하는 경고부(도시하지 않음)가 더 마련되어 있어도 된다. 예를 들면 복수의 단자(22) 중, 1 개의 단자(22)가 비도통이 된 경우(예를 들면 검지부(31)로 검출되는 저항값이 바뀐 경우), 그 단자(22)가 꺾이거나 손상되어 있는 경우가 있다. 이러한 경우, 웨이퍼(W)에 대한 단자(22)의 접촉이 불량이 되어, 그 결과, 도금 처리를 적절히 행할 수 없다.
따라서 공정(S2 ~ S4)에 있어서, 검지부(31)에 의해 단자(22)의 접촉 불량이 검지된 경우, 경고부로부터 경고가 나와, 접촉 불량의 단자(22)를 교환한다. 이에 의해, 이 후의 공정(S6, S7)에 있어서의 도금 처리를 적절히 행할 수 있어, 제품으로서의 웨이퍼(W)의 수율을 향상시킬 수 있다.
이상의 실시의 형태에서는, 모든 단자(22)가 웨이퍼(W)에 접촉한 후, 도금 처리를 행하고 있었지만, 전해 처리 지그(20)의 복수의 단자(22) 중, 전부가 아닌 정해진 수의 단자(22)가 웨이퍼(W)에 접촉한 단계에서, 공정(S6, S7)에 있어서의 도금 처리를 행해도 된다. 예를 들면 전해 처리 지그(20)에 마련되는 단자(22)의 수가, 예를 들면 16 개 또는 32 개로 증가하면, 1 개의 단자(22)당 영향은 작아지므로, 실제의 운용 상은, 모든 단자(22)를 웨이퍼(W)에 접촉시킬 필요는 없다. 또한 이상의 실시의 형태에서는, 단자(22)가 접촉 검지와 전해 처리의 양방의 역할을 담당하고 있었지만, 단자(22) 중 일부를 접촉 검지용, 일부를 전해 처리용으로 각각의 역할을 할당해도 된다.
이상의 실시의 형태에서는, 이동 기구(40)에 의해 전해 처리 지그(20)를 하강시켜, 단자(22)를 웨이퍼(W)에 접촉시키고 있었지만, 제조 장치(1)에 있어서, 구동 기구(11)에 의해 웨이퍼 유지부(10)를 상승시켜도 된다. 혹은, 전해 처리 지그(20)와 웨이퍼 유지부(10)의 양방을 이동시켜도 된다. 또한, 전해 처리 지그(20)와 웨이퍼 유지부(10)의 배치를 반대로 하고, 전해 처리 지그(20)를 웨이퍼 유지부(10)의 하방에 배치해도 된다.
이상의 실시의 형태에서는, 공정(S1)에 있어서 웨이퍼(W) 상에 도금액(M)의 액 퍼들을 형성한 후, 공정(S2 ~ S5)에 있어서 단자(22)를 웨이퍼(W)에 접촉시키고 있었지만, 이 공정(S1)과 공정(S2 ~ S5)의 순서를 반대로 해도 된다. 즉, 단자(22)를 웨이퍼(W)에 접촉시킨 후, 웨이퍼(W) 상에 도금액(M)의 액 퍼들을 형성해도 된다. 이러한 경우, 전해 처리 지그(20)에는 도금액(M)을 공급하기 위한 액 공급로(도시하지 않음)가 형성되어 있어도 된다.
이상의 실시의 형태의 전해 처리 지그(20)에는 간접 전극(24)이 마련되어 있었지만, 이 간접 전극(24)을 생략해도 된다. 이러한 경우, 공정(S6)이 생략되고, 공정(S5) 후, 공정(S7)의 도금 처리가 행해진다.
이상의 실시의 형태에서는, 웨이퍼 유지부(10)는 스핀 척이었지만, 이 대신에, 상면이 개구되어, 내부에 도금액(M)을 저류하는 컵을 이용해도 된다.
이상의 실시의 형태에서는, 전해 처리로서 도금 처리를 행하는 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 예를 들면 에칭 처리 등의 각종 전해 처리에 적용할 수 있다.
또한, 이상의 실시의 형태에서는 웨이퍼(W)의 표면측에 있어서 구리 이온(C)을 환원하는 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 웨이퍼(W)의 표면측에 있어서 피처리 이온을 산화하는 경우에도 적용할 수 있다. 이러한 경우, 피처리 이온은 음이온이며, 상기 실시의 형태에 있어서 양극과 음극을 반대로 하여 동일한 전해 처리를 행하면 된다. 본 실시의 형태에 있어서도, 피처리 이온의 산화와 환원의 차이는 있으나, 상기 실시의 형태와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시의 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 청구의 범위에 기재된 사상의 범주 내에서 각종의 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하며, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다. 본 발명은 이 예에 한정되지 않고 각종 태양을 취할 수 있는 것이다.
1 : 제조 장치
20 : 전해 처리 지그
21 : 기체
22 : 단자
23 : 직접 전극
24 : 간접 전극
30 : 직류 전원
31 : 검지부
40 : 이동 기구
46 : 하중 측정부
60 : 구리 도금
C : 구리 이온
M : 도금액
S : 황산 이온
W : 웨이퍼(반도체 웨이퍼)

Claims (11)

  1. 피처리 기판에 전해 처리를 행하는 전해 처리 지그로서,
    평판 형상의 기체와,
    상기 기체에 마련된 전극과,
    상기 기체에 3 개 이상 마련되며, 또한 탄성을 가지고, 상기 피처리 기판의 외주부에 접촉하는 단자와,
    상기 단자 중 적어도 1 개가 상기 피처리 기판에 접촉한 것을 전기적으로 검지하는 검지부를 가지는, 전해 처리 지그.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검지부는 하나의 상기 단자와 다른 상기 단자의 사이의 저항값을 측정하는, 전해 처리 지그.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 검지부는 상기 단자를 흐르는 전류의 유무를 검출하는, 전해 처리 지그.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자에 걸리는 하중을 측정하는 하중 측정부를 더 가지는, 전해 처리 지그.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 검지부에 의한 검지 결과에 기초하여, 상기 피처리 기판에 대한 상기 단자의 접촉이 불량인 경우에 경고를 하는 경고부를 더 가지는, 전해 처리 지그.
  6. 전해 처리 지그를 이용하여 피처리 기판에 전해 처리를 행하는 전해 처리 방법으로서,
    상기 전해 처리 지그는,
    평판 형상의 기체와,
    상기 기체에 마련된 전극과,
    상기 기체에 3 개 이상 마련되며, 또한 탄성을 가지고, 상기 피처리 기판의 외주부에 접촉하는 단자와,
    상기 단자 중 적어도 1 개가 상기 피처리 기판에 접촉한 것을 전기적으로 검지하는 검지부를 가지고,
    상기 전해 처리 방법은,
    상기 전해 처리 지그와 상기 피처리 기판을 상대적으로 근접하도록 이동시켜, 상기 단자를 상기 피처리 기판에 접촉시키는 제 1 공정과,
    이 후, 상기 전극과 상기 피처리 기판의 사이에 처리액이 공급된 상태로, 상기 전극과 상기 피처리 기판의 사이에 전압을 인가하여, 상기 피처리 기판에 전해 처리를 행하는 제 2 공정을 가지고,
    상기 제 1 공정에 있어서, 상기 검지부에 의해 상기 단자와 상기 피처리 기판의 접촉을 검지하는, 전해 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 공정에 있어서, 상기 검지부에 의해 하나의 상기 단자와 다른 상기 단자의 사이의 저항값을 측정하고, 상기 측정된 저항값이 정해진 저항값인 경우에, 상기 단자와 상기 피처리 기판의 접촉이 검지되는, 전해 처리 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 공정에 있어서, 상기 검지부에 의해 상기 단자를 흐르는 전류의 유무를 검출하고, 상기 단자에 전류가 흐른 경우에, 상기 단자와 상기 피처리 기판의 접촉이 검지되는, 전해 처리 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 전해 처리 지그는 상기 단자에 걸리는 하중을 측정하는 하중 측정부를 더 가지고,
    상기 제 1 공정에 있어서, 상기 하중 측정부에 의해 상기 단자에 걸리는 하중이 측정된 경우에, 1 개째의 상기 단자와 상기 피처리 기판의 접촉이 검지되는, 전해 처리 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 공정에 있어서, 정해진 수의 상기 단자를 상기 피처리 기판에 접촉시킨 후, 또한 상기 전해 처리 지그와 상기 피처리 기판을 상대적으로 근접하도록 정해진 거리 이동시키는, 전해 처리 방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 공정에 있어서, 상기 검지부에 의한 검지 결과에 기초하여, 상기 피처리 기판에 대한 상기 단자의 접촉이 불량인 경우에 경고부에서 경고를 하는, 전해 처리 방법.
KR1020197006952A 2016-10-07 2017-09-11 전해 처리 지그 및 전해 처리 방법 KR102416775B1 (ko)

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