KR20230038606A

KR20230038606A - 기판 홀더, 도금 장치 및 도금 장치의 제조 방법

Info

Publication number: KR20230038606A
Application number: KR1020237008184A
Authority: KR
Inventors: 야스유키 마스다; 료스케 히와타시; 마사시 시모야마
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 2021-03-03
Filing date: 2021-03-03
Publication date: 2023-03-20
Also published as: WO2022185435A1; CN116324045B; KR102553048B1; JP7192132B1; US20230383431A1; CN116324045A; JPWO2022185435A1

Abstract

도금 장치에 있어서 기판을 보유 지지하는 기판 홀더이며, 상기 기판의 외주부를 밀폐하는 시일이며, 상기 기판의 피도금면을 노출시키는 제1 개구를 갖는 시일과, 상기 시일을 누르는 시일 링 홀더이며, 상기 기판의 피도금면을 노출시키는 제2 개구를 갖는 시일 링 홀더를 구비하고, 상기 제2 개구의 개구 직경과 상기 제1 개구의 개구 직경의 비인 개구 직경비는, 99.32％ 이상 또한 99.80％ 이하의 범위에 있는, 기판 홀더.

Description

기판 홀더, 도금 장치 및 도금 장치의 제조 방법

본 발명은 기판 홀더, 도금 장치 및 도금 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

도금 장치의 일례로서 컵식의 전해 도금 장치가 알려져 있다. 컵식의 전해 도금 장치는, 피도금면을 하방을 향하여 기판 홀더로 보유 지지된 기판(예를 들어 반도체 웨이퍼)을 도금액에 침지시켜, 기판과 애노드 사이에 전압을 인가함으로써, 기판의 표면에 도전막(도금막)을 석출시킨다. 이러한 도금 장치에서는, 도금 시에, 기판의 피도금면을 향하는 전기력선(전기장)의 밀도가 도금막 두께의 균일성에 영향을 미치는 것을 알고 있다. 미국 특허 제6,193,859호 명세서(특허문헌 1)에는, 기판 홀더에 있어서, 기판에 대한 급전용의 콘택트를 보호하는 시일을 보유 지지하는 시일 홀더의 하방에 플랜지를 마련하고, 플랜지의 개구 직경을 변화시킴으로써, 기판 에지부에 있어서의 도금막 두께를 조정하는 것이 기재되어 있다.

미국 특허 제6,193,859호 명세서

상기 특허문헌 1에서는, 기판 홀더의 시일 및 시일 홀더의 구성이 도금막 두께의 균일성에 미치는 영향에 대해서는, 전혀 논의되어 있지 않다. 기판 홀더의 시일 및 시일 홀더는, 기판의 피도금면을 도금액에 노출시키기 위해 개구를 갖는 환상의 부재로서 마련된다. 일반적으로, 시일 홀더가 시일을 적절하게 누를 수 있도록, 시일 홀더의 개구 직경의 쪽이 시일의 개구 직경보다도 작게 구성된다. 이 시일과 시일 홀더의 개구 직경의 차는, 기판의 피도금면에 대한 전기력선(전장)의 밀도에 영향을 미치고, 나아가서는, 도금막 두께의 균일성에 영향을 미칠 우려가 있다.

본 발명의 목적의 하나는, 도금막 두께의 균일성을 향상시키는 것이 가능한 기판 홀더의 시일 및 시일 홀더의 구성을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 도금 장치에 있어서 기판의 피도금면을 하방을 향하여 보유 지지하는 기판 홀더이며, 상기 기판의 외주부를 밀폐하는 시일이며, 상기 기판의 피도금면을 노출시키는 제1 개구를 갖는 시일과, 상기 시일을 누르는 시일 링 홀더이며, 상기 기판의 피도금면을 노출시키는 제2 개구를 갖는 시일 링 홀더를 구비하고, 상기 제2 개구의 개구 직경과 상기 제1 개구의 개구 직경의 비인 개구 직경비는, 99.32％ 이상 또한 99.80％ 이하의 범위에 있는, 기판 홀더가 제공된다.

도 1은 본 실시 형태의 도금 장치의 전체 구성을 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 실시 형태의 도금 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 도금 모듈의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 4는 본 실시 형태의 기판 홀더의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 5는 기판 근방의 전기력선을 설명하는 설명도이다.
도 6은 도금막 두께의 면내 균일성의 시뮬레이션 결과예이다.
도 7은 시뮬레이션 결과예에 있어서의 SRH와 시일의 개구 직경의 비를 나타내는 표이다.
도 8은 면내 균일성의 계산 방법을 설명하는 설명도이다.
도 9는 도금막 두께의 시뮬레이션 결과예이다.
도 10a는 변형예에 관한 기판 홀더의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 10b는 변형예에 관한 기판 홀더의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 10c는 변형예에 관한 기판 홀더의 구성을 도시하는 개략도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 이하에서 설명하는 도면에 있어서, 동일한 또는 상당하는 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하고 중복된 설명을 생략한다.

도 1은 본 실시 형태의 도금 장치의 전체 구성을 도시하는 사시도이다. 도 2는 본 실시 형태의 도금 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다. 도 1, 2에 도시한 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 도시하지 않은 FOUP 등의 카세트에 수납된 기판을 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 로봇이며, 로드 포트(100), 얼라이너(120) 및 반송 장치(700)의 사이에 기판을 전달하도록 구성된다. 반송 로봇(110) 및 반송 장치(700)는, 반송 로봇(110)과 반송 장치(700) 사이에서 기판을 전달할 때에는, 도시하지 않은 가배치 대를 통해서 기판의 전달을 행할 수 있다.

얼라이너(120)는, 기판의 기준면이나 노치 등의 위치를 소정의 방향으로 맞추기 위한 모듈이다. 본 실시 형태에서는 2대의 얼라이너(120)이 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 도금액에 치환함으로써 패턴 내부에 도금액을 공급하기 쉽게 하는 프리웨트 처리를 실시하게 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 드라이어가 상하 방향으로 나란하게 배치되어 있지만, 스핀 린스 드라이어의 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 구성되고, 예를 들어 오퍼레이터와의 사이의 입출력 인터페이스를 구비하는 일반적인 컴퓨터 또는 전용 컴퓨터로 구성할 수 있다. 제어 모듈(800)은, 휘발성 및／또는 불휘발성의 메모리를 구비하거나, 또는 그와 같은 메모리와 통신 가능하게 구성된다. 제어 모듈(800)은, 도금 장치의 각 부를 제어하기 위한 프로그램, 파라미터 등을 보존하는 불휘발성의 기억 매체를 구비하거나, 또는 그와 같은 기억 매체와 통신 가능하게 구성된다.

도금 장치(1000)에 의한 일련의 도금 처리의 일례를 설명한다. 먼저, 로드 포트(100)에 카세트에 수납된 기판이 반입된다. 계속해서, 반송 로봇(110)은, 로드 포트(100)의 카세트로부터 기판을 빼내어, 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)로 전달한다.

반송 장치(700)는, 반송 로봇(110)으로부터 수취한 기판을 프리웨트 모듈(200)로 반송한다. 프리웨트 모듈(200)은, 기판에 프리웨트 처리를 실시한다. 반송 장치(700)는, 프리웨트 처리가 실시된 기판을 프리소크 모듈(300)로 반송한다. 프리소크 모듈(300)은, 기판에 프리소크 처리를 실시한다. 반송 장치(700)는, 프리소크 처리가 실시된 기판을 도금 모듈(400)로 반송한다. 도금 모듈(400)은, 기판에 도금 처리를 실시한다.

반송 장치(700)는, 도금 처리가 실시된 기판을 세정 모듈(500)로 반송한다. 세정 모듈(500)은, 기판에 세정 처리를 실시한다. 반송 장치(700)는, 세정 처리가 실시된 기판을 스핀 린스 드라이어(600)로 반송한다. 스핀 린스 드라이어(600)는, 기판에 건조 처리를 실시한다. 반송 장치(700)는, 건조 처리가 실시된 기판을 반송 로봇(110)으로 전달한다. 반송 로봇(110)은, 반송 장치(700)로부터 수취한 기판을 로드 포트(100)의 카세트로 반송한다. 마지막으로, 로드 포트(100)로부터 기판을 수납한 카세트가 반출된다.

도 3은 본 실시 형태에 관한 도금 모듈의 일례를 도시하는 개략도이다. 동 도면에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 도금 모듈(400)은, 소위 페이스 다운식 또는 컵식의 도금 모듈이다. 도금액은, 예를 들어 황산구리 용액이며, 도금막은 구리의 막으로 할 수 있다. 단, 도금막은 도금 가능한 임의의 금속으로 해도 되고, 도금액은 도금막의 종류에 따라서 선택할 수 있다.

도금 모듈(400)은, 도금조(401)와, 기판 보유 지지구로서의 기판 홀더(403)와, 도금액 저류조(404)를 구비한다. 기판 홀더(403)는, 웨이퍼 등의 기판(402)을 그 피도금면을 하향으로 하여 보유 지지하도록 구성된다. 도금 모듈(400)은, 기판 홀더(403)를 둘레 방향으로 회전시키는 모터(411)를 갖는다. 모터(411)는 도시하지 않은 전원으로부터 전력의 공급을 받는다. 모터(411)는, 제어 모듈(800)에 의해 제어되고, 기판 홀더(403) 및 기판 홀더(403)에 보유 지지된 기판(402)을 회전시킨다. 바꿔 말하면, 제어 모듈(800)은, 모터(411)의 회전을 제어함으로써, 기판(402)의 단위 시간당의 회전수(주파수, 회전 속도라고도 칭함)를 제어한다. 기판(402)을 회전시킴으로써, 기판면 근방에 도금액의 액 흐름을 형성하고, 충분한 양의 이온을 기판(402)에 균일하게 공급한다. 도금조(401)에는, 기판(402)과 대향하도록 애노드(410)가 배치된다. 애노드(410)에는, 애노드(410)의 노출 영역을 조정하는 애노드 마스크(도시 생략)가 마련되어도 된다.

도금 모듈(400)은, 도금액 수조(408)를 더 갖는다. 도금액 저류조(404) 내의 도금액은, 펌프(405)에 의해, 필터(406) 및 도금액 공급관(407)을 통하여 도금조(401)의 저부로부터 도금조(401) 내에 공급된다. 도금조(401)로부터 넘친 도금액은 도금액 수조(408)에 수취되고, 도금액 저류조(404)로 되돌아간다.

도금 모듈(400)은, 기판(402)과 애노드(410)에 접속된 전원(409)을 더 갖는다. 모터(411)가 기판 홀더(403)를 회전시키면서, 전원(409)이 기판(402)과 애노드(410) 사이에 소정의 전압(직류 전압, 펄스 전압)을 인가함으로써, 애노드(410)와 기판(402) 사이에 도금 전류가 흘러, 기판(402)의 피도금면에 도금막이 형성된다.

또한, 기판(402)과 애노드(410) 사이에는, 복수의 구멍이 마련된 전기장 조정용의 플레이트(저항체)(10)가 배치된다. 복수의 구멍은, 플레이트(10)의 표면과 이면 사이를 관통하고, 도금액 및 도금액 중의 이온을 통과시키는 경로를 구성한다. 복수의 구멍에 의한 개구 밀도를 조정함으로써, 플레이트(10)의 저항값(이온의 흐름 또는 도금 전류에 대한 저항값)을 조정할 수 있다.

기판(402)과 플레이트(10) 사이에는, 패들(412)이 배치된다. 패들(412)은, 구동 기구(413)에 의해 구동되고, 기판(402)과 평행하게(대략 수평 방향으로) 왕복 운동함으로써 도금액을 교반하고, 기판(402)의 표면에 더 강한 액 흐름을 형성함으로써, 충분한 양의 이온을 기판(402)에 균일하게 공급한다. 구동 기구(413)는, 도시하지 않은 전원으로부터 전력의 공급을 받는 모터(413a)와, 모터(413a)의 회전을 직선 운동으로 변환하는 볼 나사 등의 회전 직동 변환 기구(413b)와, 회전 직동 변환 기구(413b) 및 패들(412)에 연결되고, 회전 직동 변환 기구(413b)의 동력을 패들(412)로 전달하는 샤프트(413c)를 갖는다. 제어 모듈(800)은, 모터(413a)의 회전을 제어함으로써, 패들(412)의 왕복 운동의 속도(운동 속도라고도 칭함)를 제어한다.

도 4는, 본 실시 형태의 기판 홀더의 구성을 도시하는 개략도이다. 기판 홀더(403)는, 기판(402)의 외주부에 접촉하여 급전하기 위한 콘택트(도시 생략)와, 콘택트를 밀폐하는 환상의 부재인 시일(421)과, 시일(421)을 보유 지지하는 시일 홀더의 일례로서의 시일 링 홀더(SRH)(422)를 구비하고 있다. 시일(421)은, 기판(402)의 외주부 내지 외주부의 내측에 접촉하여, 기판(402)의 외주부를 밀폐함으로써, 콘택트와 기판(402) 사이의 접점에 도금액이 침입하는 것을 방지한다. 시일(421)이 기판(402)에 접촉하고, SRH(422)가 기판(402)을 향하여 시일(421)을 누름으로써, 콘택트측에 도금액이 침입하지 않도록 구성되어 있다. 시일(421)은, 기판(402)의 피도금면을 노출시키기 위해, 개구 직경 Φseal을 갖는 개구(431)를 갖는다. SRH(422)는, 기판(402)의 피도금면을 노출시키기 위해, 개구 직경 Φsrh를 갖는 개구(432)를 갖는다. 도 4에 도시한 바와 같이, SRH(422)가 시일(421)을 누를 수 있도로고, SRH(422)의 개구 직경 Φsrh는, 시일(421)의 개구 직경 Φseal보다도 작게 형성되어 있다(Φsrh<Φseal).

도 5는 기판 근방의 전기력선을 설명하는 설명도이다. 기판(402)과 애노드(410) 사이에 인가되는 전압에 의해, 전기력선(전기장)은, 애노드(410)로부터 기판(402)을 향한다. 도 4 및 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, SRH(422)의 개구 직경 Φsrh와 시일(421)의 개구 직경 Φseal의 차에 의해, 화살표로 나타내는 전기력선(전기장)은, SRH(422)의 개구(432)로 조여지고, 시일(421)의 개구(431)로 확장된다. 따라서, 출원인은, 시일 개구 직경 Φseal 및 SRH 개구 직경 Φsrh의 관계를 제어함으로써, 기판 표면의 도금막 두께의 면내 균일성을 제어하였다. 즉, SRH(422)에 의한 전기장의 교축과, 시일(421)에 의한 전기장의 확산의 밸런스에 의해, 기판 표면의 도금막 두께의 면내 균일성을 향상시킬 수 있는 것을 발견하고, 도금막 두께 분포가 균일해지는 최적인 개구 직경 Φsrh, Φseal의 관계(후술하는 개구 직경비=Φsrh/Φseal의 범위)를 결정하였다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 시일 개구 직경 및 SRH 개구 직경에 더하여, 시일의 높이 Hseal 및 SRH의 높이 Hsrh도, 전기력선(전기장)에 영향을 미친다고 생각된다. 그래서, 시일(421) 및 SRH(422)로 이루어지는 제방의 높이 Hbank=Hseal+Hsrh를 정의하고, 제방의 높이 Hbank가 전기장에 미치는 영향도 검증하였다. 기판(402)의 표면에 강한 도금액의 흐름을 형성하기 위해서는, 기판(402)과 패들(412)의 거리를 가능한 한 접근하는 것이 바람직하다. 그것을 위해서는, 패들(412)과 제방이 충돌하지 않도록, 제방의 높이는 낮게 해 둘 필요가 있다. 한편, 시일(421)을 기판(402)에 압박하여 도금액의 침입을 방지하는 SRH(422)의 기능을 생각하면, SRH(422)는 시일(421)이 압축된 것에 의한 반력에 충분히 견딜 수 있는 기계 강도를 갖는 것이 요구되고, 어느 정도의 두께(제방 높이)가 필요해진다. 양자의 밸런스를 고려하면, 제방의 높이는, 2.0mm≤Hbank≤3.0mm의 범위인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2.5mm 정도이다.

도 6은, 도금막 두께의 면내 균일성의 시뮬레이션 결과예이다. 이 시뮬레이션은, 시판 또는 전용의 도금 해석 소프트웨어/프로그램을 사용하여 실시할 수 있다. 시뮬레이션의 해석 조건(모델)으로서는, 도금 모듈의 모듈 구조(시일 및 SRH의 재질, 형상, 치수, 및／또는 배치를 포함함), 인가 전압, 도금액의 종류를 포함하는 파라미터를 설정한다. 해석 소프트웨어는, 예를 들어, COMSOL Multiphysics(등록 상표)를 사용할 수 있다. 이 시뮬레이션에서는, SRH 개구 직경 Φsrh 및 시일 개구 직경 Φseal의 크기의 조합을 바꾸어, 직경 300㎜의 원형의 웨이퍼에 대하여 전해 도금을 실시한 결과 얻어진 도금막 두께 분포(도 9)를 산출하고, 이 도금막 두께 분포로부터 면내 균일성 U를 산출하였다. 제방의 높이 Hbank는, 2.5mm(시일 높이 Hseal=1mm, SRH 높이 Hsrh=1.5mm)로 하였다. 시일 높이는, 시일(421)을 보유 지지한 SRH(422)를 기판 홀더 본체에 나사 고정 등에 의해 고정하고, 기판(402)에 압박하여 시일(421)을 소비했을 때의 시일(421) 높이로 한다. 또한, 이들의 수치는, 설계값이며, 시일(421)로부터의 반력에 의한 SRH(422)의 변형, 및／또는, 시일(421), SRH(422)의 치수 공차 등에 의해, 실제 기판 홀더에 있어서의 수치에는 약간의 어긋남을 발생할 수 있는 것에 유의하기 바란다. 도 6의 (A)는 SRH 개구 직경 및 시일 개구 직경의 크기 조합을 바꾸어, 시드층이 막 두께 300㎚의 Cu층인 직경 300㎜의 웨이퍼를 도금한 경우의 면내 균일성 U의 시뮬레이션 결과이다. 도 6의 (B)는 SRH 개구 직경 및 시일 개구 직경의 크기 조합을 바꾸어, 시드층이 막 두께 50㎚의 Cu층인 직경 300㎜의 웨이퍼를 도금한 경우의 면내 균일성 U의 시뮬레이션 결과이다.

도 8은 면내 균일성의 계산 방법을 설명하는 설명도이다. 도면 중, 횡축은 기판의 반경 방향의 위치를 나타내고, 종축은 도금막 두께를 나타낸다. 종축의 도금막 두께는, 기판 전체의 평균막 두께로 정규화하여 표시하고 있다. 기판 전체의 평균막 두께는, 기판 면 내에 막 두께의 측정점(샘플링점)을 임의의 점수 설정한 경우의 막 두께 평균값으로 해도 된다. 동 도면 중, Tmax, Tmin, Tavg는, 각각, 기판 면 내에 막 두께의 측정점(샘플링점)을 임의의 점수 설정한 경우의 도금막 두께의 최댓값, 도금막 두께의 최솟값, 도금막 두께의 평균값이다. 본 실시 형태에서는, 이하의 식 (1)을 사용하여, 도금막 두께의 면내 균일성 U를 산출하였다. 면내 균일성 U의 값은, 도금막 두께의 균일성이 높을수록 작은 값이 되고, 이상적인 경우(기판 전체에서 도금막 두께가 완전히 동일한 경우)의 도금막 두께의 균일성은 U=0％이다.

U[％]=(Tmax-Tmin)/2/Tavg*100 … (1)

도 9는, 도금막 두께의 시뮬레이션 결과예이다. 도면 중, 횡축은 기판의 반경 방향의 위치를 나타내고, 종축은 도금막 두께를 나타낸다. 종축의 도금막 두께는, 기판 전체의 평균막 두께로 정규화하여 표시하고 있다. 기판 전체의 평균막 두께는, 기판 면 내에 막 두께의 측정점(시뮬레이션점)을 임의의 점수 설정한 경우의 막 두께 평균값으로 해도 된다. 동 도면에서는, 도 6의 시뮬레이션 결과예의 일부에 대응하는 막 두께 분포의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 9의 (A)는 Cu 시드층 막 두께300㎚의 직경 300㎜의 웨이퍼에 있어서, 시일 개구 직경 Φseal=295.2mm, SRH 개구 직경 Φsrh=293.8mm로 한 경우의 도금막 두께의 시뮬레이션 결과예를 나타낸다. 이때, 면내 균일성 U=0.56％이다. 도 9의 (B)는 Cu 시드층 막 두께 300㎚의 직경 300㎜의 웨이퍼에 있어서, 시일 개구 직경 Φseal=294.8mm, SRH 개구 직경 Φsrh=294.5mm로 한 경우의 도금막 두께의 시뮬레이션 결과예를 나타낸다. 이때, 면내 균일성 U=1.84％이다. 도 9의 (C)는 막 두께 300㎚의 Cu 시드층인 직경 300㎜의 웨이퍼에 있어서, 시일 개구 직경 Φseal=295.3mm, SRH 개구 직경 Φsrh=293.3mm로 한 경우의 도금막 두께의 시뮬레이션 결과예를 나타낸다. 이때, 면내 균일성 U=1.70％이다. 도 9의 시뮬레이션 결과예에서, 시일 개구 직경과 SRH 개구 직경의 크기 조합에 의해, 기판 상의 도금막 두께 분포가 변화하고, 특히 기판 외주부의 도금막 두께 분포가 크게 변화하는 것을 알 수 있다.

시일 개구 직경 Φseal과 SRH 개구 직경 Φsrh의 각 조합에 대해서, 도 9에 예시한 바와 같은 도금막 두께 분포를 시뮬레이션에 의해 취득하고, 도 8 및 상기에 나타내는 식 (1)에 의해 면내 균일성 U를 산출한 결과를, 도 6에 도시한다. 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 시일 개구 직경과 SRH 개구 직경의 크기 조합을 바꿈으로써, 도금막 두께의 균일성(면내 균일성 U)이 변화하는 것을 알 수 있다. 이 예에서는, 원하는 면내 균일성의 조건을 면내 균일성 U≤1.5％로 하고, 면내 균일성 U≤1.5％를 충족하는 SRH 개구 직경 Φsrh와 시일 개구 직경 Φseal의 조합에 대해서, 식 (2)에 나타내는 개구 직경비 R을 산출하였다. 여기서, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, Φsrh<Φseal로 하므로, 개구 직경비는 R<1이 된다.

개구 직경비 R=Φsrh/Φseal×100[％] … (2)

도 7은 도 6의 시뮬레이션 결과예에 있어서의 SRH와 시일의 개구 직경의 비를 나타내는 표이다. 동 도면 중, 각 난의 수치는, SRH 개구 직경과 시일 개구 직경의 각 조합에 대응하는 개구 직경비 R을 나타낸다. 동 도면에서는, 면내 균일성 U≤1.5％를 충족하지 않는, SRH 개구 직경과 시일 개구 직경의 각 조합에 대응하는 개구 직경비 R도 아울러 나타내고 있다. 그레이 배경란은, 면내 균일성 U≤1.5％를 충족하지 않는 개구 직경비, 그리고 시일 개구 직경과 SRH 개구 직경의 조합을 나타낸다. 그레이 배경 이외의 란은, 면내 균일성 U≤1.5％를 충족하는 개구 직경비, 그리고 시일 개구 직경과 SRH 개구 직경의 조합을 나타낸다. 도 7의 (A)의 각 난은, 도 6의 (A)의 각 난에 대응하고 있다. 도 7의 (B)의 각 난은, 도 6의 (B)의 각 난에 대응하고 있다. 도 7로부터, 면내 균일성 U≤1.5％를 충족하는 개구 직경비의 범위는, [99.32％≤개구 직경비 R≤99.80％]이며, 보다 바람직하게는 [99.42％≤개구 직경비 R≤99.59％]인 것이 바람직하다. 따라서, 개구 직경비 R이 상기 범위를 충족하도록, 시일 개구 직경 Φseal 및 SRH 개구 직경 Φsrh를 선택함으로써, 원하는 면내 균일성 U≤1.5％를 달성할 수 있다.

기판 보유 지지하는 기판 홀더(403)를 구비하는 도금 장치(1000)(도금 모듈(400))를 제조하는 방법에 있어서, 시일 개구(431)를 갖고 기판의 외주부를 밀폐하는 시일(421)과, SRH 개구(432)를 갖고 시일(421)을 누르는 SRH(422)를 조립하는 공정에서, SRH 개구(432)의 개구 직경 Φsrh의 크기가, 시일 개구(431)의 개구 직경 Φseal의 크기의 99.32％ 이상 또한 99.80％ 이하(보다 바람직하게는 99.42％ 이상 또한 99.59％ 이하)의 범위에 있게, SRH(422) 및 시일(421)을 선택함으로써, 원하는 면내 균일성 U≤1.5％의 도금막 두께 분포를 달성할 수 있다.

도 10a는, 변형예에 관한 기판 홀더의 구성을 도시하는 개략도이다. 이 예에서는, SRH(422)의 개구(432)의 하방측/개구 단부측(시일(421), 기판(402)과는 반대측)의 개구 에지에, 하방일수록 개구(432)의 직경이 커지는 테이퍼(423)를 마련한다. 테이퍼(423)를 개구 단부측 테이퍼라고도 칭한다. 이러한 테이퍼(423)를 설치한 경우, 기판 홀더(403)의 도금액으로의 접촉 시에 기판(402)의 표면의 기포를 내보내기 쉬워진다. 또한, 이 구성에서는, 상기에서 언급한 SRH의 개구 직경 Φsrh는, SRH(422)의 개구(432)의 가장 좁은 부분의 직경으로 한다.

도 10b는, 다른 변형예에 관한 기판 홀더의 구성을 도시하는 개략도이다. 이 예에서는, SRH(422)의 상방측(시일(421), 기판(402)에 가까운 측)에, 상방일수록 개구(432)의 직경이 커지는 테이퍼(424)를 마련하였다. 테이퍼(424)를 시일측 테이퍼라고도 칭한다. 시일(421)측에 직경 확장되는 테이퍼(424)가 있으므로, 도금 후에, SRH(422)와 시일(421)의 개구 직경의 차에 기인하는 단차에, 도금액이 저류되지 않도록 할 수 있다. 또한, 이 구성에서는, 상기에서 언급한 SRH의 개구 직경 Φsrh는, SRH(422)의 개구(432)의 가장 좁은 부분의 직경으로 한다.

도 10c는, 또 다른 변형예에 관한 기판 홀더의 구성을 도시하는 개략도이다. 이 예에서는, SRH(422)에 테이퍼(423) 및 테이퍼(424)의 양쪽이 마련된다. 이 경우, 상기 2개의 예의 작용 효과의 양쪽을 얻을 수 있다. 즉, 기판 홀더(403)의 도금액으로의 접촉 시에 기판(402)의 표면의 기포를 내보내기 쉬워짐과 함께, 도금 후에, SRH(422)와 시일(421)의 개구 직경의 차에 기인하는 단차에, 도금액이 저류되지 않도록 할 수 있다. 또한, 이 구성에서는, 상기에서 언급한 SRH의 개구 직경 Φsrh는, SRH(422)의 개구(432)의 가장 좁은 부분의 직경으로 한다.

(다른 실시 형태)

상기 실시 형태에서는, 기판의 피도금면을 하방을 향하여 보유 지지한다. 이 형태에 의하면, 소위 페이스 다운식 또는 컵식의 도금 모듈을 예로 들어 설명했지만, 도금 모듈에 있어서, 기판의 피도금면을 연직 방향으로 세운 상태로 보유 지지하는 기판 홀더를 사용하여 도금하는, 소위 딥식의 도금 모듈에 대하여, 상기 실시 형태를 적용해도 된다.

상술한 실시 형태에는, 적어도 이하의 실시 형태가 포함된다.

일 실시 형태에 의하면, 도금 장치에 있어서 기판을 보유 지지하는 기판 홀더이며, 상기 기판의 외주부를 밀폐하는 시일이며, 상기 기판의 피도금면을 노출시키는 제1 개구를 갖는 시일과, 상기 시일을 누르는 시일 링 홀더이며, 상기 기판의 피도금면을 노출시키는 제2 개구를 갖는 시일 링 홀더를 구비하고, 상기 제2 개구의 개구 직경과 상기 제1 개구의 개구 직경의 비인 개구 직경비는, 99.32％ 이상 또한 99.80％ 이하의 범위에 있는, 기판 홀더가 제공된다. 바꿔 말하면, 상기 제2 개구의 개구 직경의 크기는, 상기 제1 개구의 개구 직경의 크기의 99.32％ 이상 또한 99.80％ 이하의 범위에 있다. 시일 및 SRH로 이루어지는 제방의 높이는, 2.0mm 이상 3.0mm 이하, 바람직하게는 약 2.5mm로 할 수 있다. 개구 직경은, 개구의 가장 좁은 부분의 직경으로 한다. 개구 직경비는, 제2 개구의 개구 직경 Φsrh와 제1 개구의 개구 직경 Φseal의 비를 퍼센트 표기한 것이며, 식 (2)에 의해 산출된다.

개구 직경비 R=Φsrh/Φseal×100[％] … (2)

이 실시 형태에 따르면, 시일 링 홀더(SRH)와 시일의 개구 직경비를 적절한 범위로 제어함으로써, SRH에 의한 전기장의 교축과, 시일에 의한 전기장의 확산을 양호하게 균형을 이루어, 기판 상에 도금되는 도금막 두께의 균일성을 향상시킬 수 있다. 특히, 기판 외주부의 도금막 두께의 변동을 억제하는 효과가 있다. 또한, SRH의 전방면에 전기장 조정용의 부품을 별도 형성하지 않고, 기판 상에 도금되는 도금막 두께의 균일성을 향상시킬 수 있다.

일 실시 형태에 의하면, 상기 개구 직경비는, 99.42％ 이상 또한 99.59％ 이하의 범위에 있다.

SRH와 시일의 개구 직경비를 상기 범위에 더욱 한정함으로써, 또한 확실하게 도금막 두께의 균일성을 향상시킬 수 있다.

일 실시 형태에 의하면, 상기 시일 링 홀더의 상기 제2 개구는, 상기 시일로부터 먼 측에 제1 테이퍼를 갖고, 상기 제1 테이퍼는, 상기 시일로부터 이격될수록 상기 제2 개구의 직경이 커지도록 마련되어 있다.

이러한 제1 테이퍼를 설치한 경우, 기판 홀더의 도금액으로의 접촉 시에 기판의 표면의 기포를 내보내기 쉬워져, 기판에 대하여 도금액을 균일하게 접촉시킬 수 있다. 이 결과, 도금막 두께의 면내 균일성을 더욱 향상시킬 수 있다.

일 실시 형태에 의하면, 상기 시일 링 홀더의 상기 제2 개구는, 상기 시일에 가까운 측에 제2 테이퍼를 갖고, 상기 제2 테이퍼는, 상기 시일에 접근할수록 상기 제2 개구의 직경이 커지도록 마련되어 있다.

시일측에 직경 확장되는 제2 테이퍼가 있으므로, 도금 후에 SRH와 시일의 개구 직경의 차에 기인하는 단차에, 도금액이 저류되지 않도록 할 수 있다. 상기 단차에 도금액이 저류된 경우, (A) 기판 1매 도금할 때마다의 도금액 반출량이 많아진다. 도금액의 반출분만큼, 도금액을 보충할 필요가 있어, 장치의 러닝 코스트 증대에 연결된다. 또한, (B) 도금 후에 웨이퍼를 세정할 때에 필요한 물의 양, 시간이 커진다. 물의 사용량은 장치의 러닝 코스트 증대에 연결된다. 또한, 세정 시간이 길어지면, 단위 시간당에 처리할 수 있는 기판의 매수(즉 장치의 생산성 성능, 스루풋)에 영향을 미친다. 상기 단차에 도금액이 저류되지 않도록 함으로써, 장치의 러닝 코스트를 저감할 수 있는, 및／또는, 스루풋을 향상시킬 수 있다고 하는 작용 효과를 발휘한다.

일 실시 형태에 의하면, 상기 시일 링 홀더의 상기 제2 개구는, 상기 시일로부터 먼 측에 제1 테이퍼를 가짐과 함께, 상기 시일에 가까운 측에 제2 테이퍼를 갖고, 상기 제1 테이퍼는, 상기 시일로부터 이격될수록 상기 제2 개구의 직경이 커지도록 마련되어 있고, 상기 제2 테이퍼는, 상기 시일에 접근할수록 상기 제2 개구의 직경이 커지도록 마련되어 있다.

이 실시 형태에 따르면, 상술한 제1 테이퍼에 의한 작용 효과 및 제2 테이퍼에 의한 작용 효과의 양쪽을 발휘할 수 있다.

일 실시 형태에 의하면, 도금 장치에 있어서 기판을 보유 지지하는 기판 홀더이며, 상기 기판의 외주부를 밀폐하는 시일이며, 상기 기판의 피도금면을 노출시키는 제1 개구를 갖는 시일과, 상기 시일을 누르는 시일 링 홀더이며, 상기 기판의 피도금면을 노출시키는 제2 개구를 갖는 시일 링 홀더를 구비하고, 상기 시일 링 홀더의 상기 제2 개구는, 상기 시일로부터 먼 측에 마련되는 제1 테이퍼 및／또는 상기 시일에 가까운 측에 마련되는 제2 테이퍼를 갖고, 상기 제1 테이퍼는, 상기 시일로부터 이격될수록 상기 제2 개구의 직경이 커지도록 마련되어 있고, 상기 제2 테이퍼는, 상기 시일에 접근할수록 상기 제2 개구의 직경이 커지도록 마련되어 있는, 기판 홀더가 제공된다.

이 형태에 의하면, 상술한 제1 테이퍼에 의한 작용 효과 및／또는 제2 테이퍼에 의한 작용 효과를 발휘할 수 있다.

일 실시 형태에 의하면, 상기 실시 형태의 어느 것에 기재된 기판 홀더에 있어서, 기판의 피도금면을 하방을 향하여 보유 지지한다. 이 형태에 의하면, 소위 페이스 다운식 또는 컵식의 도금 장치에 있어서, 상술한 작용 효과를 발휘할 수 있다.

일 실시 형태에 의하면, 상기 실시 형태의 어느 것에 기재된 기판 홀더에 있어서, 도금 모듈에 있어서 기판의 피도금면을 세운 상태로 보유 지지한다. 이 형태에 의하면, 기판을 세운 상태로 도금액에 침지시켜서 도금하는, 소위 딥식의 도금 장치에 있어서, 상술한 작용 효과를 발휘할 수 있다.

일 실시 형태에 의하면, 상기 실시 형태의 어느 것에 기재된 기판 홀더와, 상기 기판 홀더가 배치되는 도금조를 구비하는 도금 장치가 제공된다.

이 형태에 의하면, 상술한 작용 효과를 발휘하는 도금 장치를 제공할 수 있다.

일 실시 형태에 의하면, 기판을 보유 지지하는 기판 홀더를 구비하는 도금 장치를 제조하는 방법이며, 제1 개구를 갖고 상기 기판의 외주부를 밀폐하는 시일과, 제2 개구를 갖고 상기 시일을 누르는 시일 링 홀더를 조립하는 공정을 갖고, 상기 공정에 있어서, 상기 시일 링 홀더의 상기 제2 개구의 개구 직경과, 상기 시일의 상기 제1 개구의 개구 직경의 비인 개구 직경비가, 99.32％ 이상 또한 99.80％ 이하의 범위에 있도록, 상기 시일 링 홀더 및 상기 시일을 선택하는, 방법이 제공된다.

이 실시 형태에 따르면, 시일 링 홀더(SRH)와 시일의 개구 직경비를 적절한 범위로 제어함으로써, 기판 상에 도금되는 도금막 두께의 균일성을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 상술한 발명의 실시 형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않고, 변경, 개량되어 얻음과 함께, 본 발명에는 그 등가물이 포함되는 것은 물론이다. 또한, 상술한 과제의 적어도 일부를 해결할 수 있는 범위, 또는, 효과의 적어도 일부를 발휘하는 범위에 있어서, 특허 청구의 범위 및 명세서에 기재된 각 구성 요소가 임의의 조합, 또는 생략이 가능하다. 미국 특허 제6,193,859호 명세서(특허문헌 1)의 명세서, 특허 청구 범위, 도면 및 요약서를 포함하는 모든 개시는, 참조에 의해 전체적으로서 본원에 포함된다.

100: 로드 포트
110: 반송 로봇
120: 얼라이너
200: 프리웨트 모듈
300: 프리소크 모듈
400: 도금 모듈
401: 도금조
402: 기판
403: 기판 홀더
404: 도금액 저류조
405: 펌프
406: 필터
407: 도금액 공급관
408: 도금액 수조
409: 전원
410: 애노드
411: 모터
412: 패들
413: 구동 기구
413a: 모터
413b: 회전 직동 변환 기구
413c: 샤프트
421: 시일
422: 시일 링 홀더(SRH)
431: 시일 개구
432: SRH 개구
423: 개구 단부측 테이퍼
424: 시일측 테이퍼
500: 세정 모듈
600: 스핀 린스 드라이어
700: 반송 장치
800: 제어 모듈
1000: 도금 장치

Claims

도금 장치에 있어서 기판을 보유 지지하는 기판 홀더이며,
상기 기판의 외주부를 밀폐하는 시일이며, 상기 기판의 피도금면을 노출시키는 제1 개구를 갖는 시일과,
상기 시일을 누르는 시일 링 홀더이며, 상기 기판의 피도금면을 노출시키는 제2 개구를 갖는 시일 링 홀더를
구비하고,
상기 제2 개구의 개구 직경과 상기 제1 개구의 개구 직경의 비인 개구 직경비는, 99.32％ 이상 또한 99.80％ 이하의 범위에 있는,
기판 홀더.
제1항에 있어서,
상기 개구 직경비는, 99.42％ 이상 또한 99.59％ 이하의 범위에 있는, 기판 홀더.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 시일 링 홀더의 상기 제2 개구는, 상기 시일로부터 먼 측에 제1 테이퍼를 갖고, 상기 제1 테이퍼는, 상기 시일로부터 이격될수록 상기 제2 개구의 직경이 커지도록 마련되어 있는, 기판 홀더.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 시일 링 홀더의 상기 제2 개구는, 상기 시일에 가까운 측에 제2 테이퍼를 갖고, 상기 제2 테이퍼는, 상기 시일에 접근할수록 상기 제2 개구의 직경이 커지도록 마련되어 있는, 기판 홀더.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 시일 링 홀더의 상기 제2 개구는, 상기 시일로부터 먼 측에 제1 테이퍼를 가짐과 함께, 상기 시일에 가까운 측에 제2 테이퍼를 갖고,
상기 제1 테이퍼는, 상기 시일로부터 이격될수록 상기 제2 개구의 직경이 커지도록 마련되어 있고,
상기 제2 테이퍼는, 상기 시일에 접근할수록 상기 제2 개구의 직경이 커지도록 마련되어 있는, 기판 홀더.
도금 장치에 있어서 기판을 보유 지지하는 기판 홀더이며,
상기 기판의 외주부를 밀폐하는 시일이며, 상기 기판의 피도금면을 노출시키는 제1 개구를 갖는 시일과,
상기 시일을 누르는 시일 링 홀더이며, 상기 기판의 피도금면을 노출시키는 제2 개구를 갖는 시일 링 홀더를
구비하고,
상기 시일 링 홀더의 상기 제2 개구는, 상기 시일로부터 먼 측에 마련되는 제1 테이퍼 및／또는 상기 시일에 가까운 측에 마련되는 제2 테이퍼를 갖고,
상기 제1 테이퍼는, 상기 시일로부터 이격될수록 상기 제2 개구의 개구 직경이 커지도록 마련되어 있고,
상기 제2 테이퍼는, 상기 시일에 접근할수록 상기 제2 개구의 개구 직경이 커지도록 마련되어 있는, 기판 홀더.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
기판의 피도금면을 하방을 향하여 보유 지지하는, 기판 홀더.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
도금 모듈에 있어서 기판의 피도금면을 세운 상태로 보유 지지하는, 기판 홀더.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 기판 홀더와,
상기 기판 홀더가 배치되는 도금조를
구비하는 도금 장치.
기판을 보유 지지하는 기판 홀더를 구비하는 도금 장치를 제조하는 방법이며,
제1 개구를 갖고 상기 기판의 외주부를 밀폐하는 시일과, 제2 개구를 갖고 상기 시일을 누르는 시일 링 홀더를 조립하는 공정을 갖고,
상기 공정에 있어서, 상기 시일 링 홀더의 상기 제2 개구의 개구 직경과, 상기 시일의 상기 제1 개구의 개구 직경의 비인 개구 직경비가, 99.32％ 이상 또한 99.80％ 이하의 범위에 있도록, 상기 시일 링 홀더 및 상기 시일을 선택하는, 방법.