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    本發明可自由切換處理液之流向，並且在切換處理液之流向時，不會產生使處理液之全體流量之變化或液流之不均一。包含：連接於處理槽，且切換使用以在該處理槽內形成方向不同之處理液的液流之複數入口配管及出口配管，及透過入口配管及出口配管而將處理液供給到處理槽內使之循環之泵，且於入口配管及出口配管分別設置有以控制部控制使得在切換使用時，在內部流通之處理液之流量與時間變化之流量控制裝置。
    公开号:TW201323665A
    申请号:TW101128272
    申请日:2012-08-06
    公开日:2013-06-16
    发明作者:Keiichi Kurashina；Tsutomu Nakada
    申请人:Ebara Corp；
    IPC主号:C25D17-00
    专利说明:
    基板處理裝置及基板處理方法 發明領域
    本發明係有關於一種使用於在半導體晶圓等之基板表面施行使用了鍍敷、鍍敷前處理、電解蝕刻等液體(處理液)之處理之基板處理裝置及基板處理方法。 發明背景
    近年來，用以於設置於半導體晶圓等之基板表面之配線用之微細的凹溝或孔洞等的內部埋入金屬(配線材料)之手法，採用了鍍銅法等之金屬鍍敷法。又，於形成有配線之半導體晶片之表面的預定處(電極)形成積層了金、銅、焊料、或者鎳、進而該等多層之突起狀連接電極(突塊)之手法一直以來也多使用金屬鍍敷法。
    其中，於設置於基板表面之配線用微細的凹溝或孔洞等的內部，藉由金屬鍍敷法埋入金屬(鍍敷膜)時，沿著基板表面流動之鍍敷液之液流的強度變得重要。也就是說，依據沿著基板表面流動之鍍敷液之液流的強弱，鍍敷液所含之添加劑往基板表面(被鍍敷面)之吸附狀態會改變，且添加劑造成之鍍敷膜成長之抑制效果或促進效果也會改變。因此，當沿著基板表面流動之鍍敷液的液流不均一時，會對鍍敷性能之均一性造成不良影響。為了得到沿著基板表面之均一的鍍敷液之液流分佈，開發了使鍍敷液平行且均一地流通到基板之技術(參考專利文獻1,2)。
    又，考慮到鍍敷液中之添加劑或金屬離子之消耗，即使使鍍敷液之液流在基板面內為均一，在其鍍敷液之液流之上游側與下游側，鍍敷性能也會產生差異。為了改善此點，也提案有一種反覆逆轉鍍敷液之流向並進行鍍敷者(參考專利文獻3)。
    如此，雖然基板面內之鍍敷液之液流之均一化有持續改善，但另一方面使埋入配線用微細的凹溝或孔洞等之內部的金屬(鍍敷膜)或形成於半導體晶片表面之預定位置之突塊等之表面形狀均一化(平坦化)也很重要。例如，如圖1A所示，準備一於種晶層10之表面形成有被抗蝕劑12包圍之開口部14之基板W，使該基板W之表面如圖1B所示般，與僅朝單向流動之鍍敷液接觸，且於開口部14內以電鍍形成突塊(鍍敷膜)16時，突塊(鍍敷膜)16在沿著鍍敷液之流向之下游側會比上游側快速地成長(該傾向對於使用之鍍敷液的特性影響大，有時候也會因為鍍敷液之種類而有相反傾向的情況)。因此，所形成之突塊(鍍敷膜)16之表面16a的形狀係如圖1C所示，沿著鍍敷液之流向而成為單向傾斜較大的形狀。
    為了防止如此，準備如圖1A所示之基板W，並使該基板W之表面如圖2A所示般，接觸於流向反覆逆轉之鍍敷液，而於開口部14內以電鍍形成突塊(鍍敷膜)16時，則如圖2B所示，所形成之突塊(鍍敷膜)16之表面16b的形狀會成為可為某種程度改善之魚板形狀。為了防止如此之弊害，達到鍍敷膜表面之平坦化，必須使基板表面接觸流向切換到3方向以上之鍍敷液來進行鍍敷。
    若使基板表面接觸流向逆轉之鍍敷液、或者流向切換到3方向以上之鍍敷液來進行鍍敷，當例如以開關閥之ON-OFF控制鍍敷槽內之鍍敷液之流向之逆轉(切換)時，會因為開關閥之開關時間點之微妙的誤差而產生鍍敷液之液流靜止的情況，或者相反的流入鍍敷槽內之鍍敷液之流量(流速)會瞬間增大。如此，當鍍敷液之液流靜止，或者鍍敷液之流速瞬間加速時，若使用性能依賴鍍敷液之液流強度之鍍敷液來進行鍍敷時，鍍敷性能會劣化。此現象是只要以開關閥之ON/OFF控制來進行鍍敷槽內之鍍敷液之流向之逆轉(切換)，則在現實上不能避免。
    其中，如圖3所示，考慮同時使用具有ON/OFF控制之開關閥之第1鍍敷液供給系A與第2鍍敷液供給系B，且由互相直交之方向交互地供給鍍敷液至鍍敷槽內來進行鍍敷之情況。也就是說，當通過第1鍍敷液供給系A而將鍍敷液供給到鍍敷槽P內時，令第1鍍敷液供給系之開關閥為ON，令第2鍍敷液供給系B之開關閥為OFF。通過第2鍍敷液供給系B將鍍敷液供給到鍍敷槽P內時，令第2鍍敷液供給系B之開關閥為ON，令第1鍍敷液供給系A之開關閥為OFF。
    此種情況下，要由第1鍍敷液供給系A切換到第2鍍敷液供給系B，則必須同時進行關閉第1鍍敷液供給系A之開關閥之動作與打開第2鍍敷液供給系B之開關閥之動作。然而，當關閉第1鍍敷液供給系A之開關閥之時間點較慢或者打開第2鍍敷液供給系供給B之開關閥之時間點較快時，則如圖4A所示，流入鍍敷槽P內之鍍敷液的液量(流速)會瞬間增大。相反的，當關閉第1鍍敷液供給系A之開關閥之時間點較快或者打開第2鍍敷液供給系供給B之開關閥之時間點較慢時，則如圖4B所示，流入鍍敷槽P內之鍍敷液的液量(流速)會瞬間減少或者為零。
    申請人提案有一種鍍敷裝置及鍍敷方法，係具有連接於鍍敷槽之複數入口配管及出口配管，且藉切換使用任意之入口配管及出口配管，可自由地切換鍍敷槽內之處理液之流向(參照專利文獻6,7)。 先行技術文獻 專利文獻
    專利文獻1 日本專利第3778239號公報
    專利文獻2 日本特開第2000-256896號公報
    專利文獻3 日本特開平第11-335895號公報
    專利文獻4 日本特開第2003-073893號公報
    專利文獻5 日本特開平第5-098455號公報
    專利文獻6 日本特開第2008-121062號公報
    專利文獻7 日本特開第2009-263758號公報 發明概要

    本發明係有鑒於上述情況而作成者，其目的在於提供一種基板處理裝置及基板處理方法，係可沿著基板表面使鍍敷液等之處理液平行且均一地流通，並且可自由切換處理液之流向，且在切換處理液之流向時，不會產生處理液之全體流量之變化或液流之不均一。
    本發明人經過認真檢討之結果，得到以下看法。即，並非是以開關閥之ON/OFF控制瞬間進行沿著鍍敷槽內之基板之表面之鍍敷液之流向的切換，而是使用具有流量調整機能之閥(流量調整閥)，使鍍敷液之全流量保持為固定之下，漸漸關閉於鍍敷槽內之鍍敷液產生其中一液流之鍍敷液供給系所具備之閥，並漸漸開啟於鍍敷槽內之鍍敷液產生另一液流之鍍敷液供給系所具備之閥，藉此不會產生瞬間的鍍敷液之流量(流速)之增減，可進行鍍敷液之流向的切換。實際使用時，係組合流量調整閥與流量計，由流量計反饋到流量調整閥，並且調整鍍敷液之流量。接著，控制流動於各閥內之鍍敷液之流量，使全體之鍍敷液之流量為固定，並且漸漸進行閥之開關。除了流量調整閥與流量計之組合之外，質量流量控制器亦可使用一體成型者。
    本發明係基於上述之看法而作成者，本發明之基板處理裝置包含有：處理槽，係用以保持處理液；基板保持器，係保持基板使之接觸於處理槽內之鍍敷液；複數之入口配管及出口配管，係連接於前述處理槽，並可切換使用而於該處理槽內形成沿著基板表面之方向不同之處理液的液流；及泵，係通過前述入口配管及前述出口配管使處理液供給至前述處理槽內並使之循環，前述入口配管及前述出口配管分別設有流量控制裝置，該流量控制裝置係在切換使用時，以控制部進行控制，而使沿著基板表面流動之處理液之流量與時間一起變化。
    如此，藉以流量控制裝置控制，使在切換沿著處理槽內之基板表面流動之處理液之流向時所使用之入口配管及出口配管之內部流動之處理液之流量與時間一起變化，不會使處理液之流量(流速)瞬間增減，可切換沿著處理槽內之基板表面之處埋液之流向。
    包含切換使用前述入口配管及前述出口配管時，宜控制前述流量控制裝置，使固定量之處理液經常供給至前述處理槽內
    藉此，可一面將固定量之處理液經常供給至處理槽內，並且可切換沿著處理槽內之基板表面之處理液的流向。
    本發明之基板處理方法係使用連接於處理槽之複數入口配管及出口配管內之任意之入口配管及出口配管，供給處理液使之循環而於處理槽內形成沿著基板之表面朝單向之處理液的液流，且切換使用連接於前述處理槽之前述入口配管及前述出口配管內之其他任意入口配管及出口配管，供給處理液使之循環而於前述處理槽內形成沿著基板表面朝向其他方向之處理液之液流，在切換使用前述入口配管及前述出口配管時，使分別流動於前述入口配管及前述出口配管之內部之處理液的流量與時間一起變化。
    以包含切換使用前述入口配管及前述出口配管之時，使分別流動於前述入口配管及前述出口配管之內部之處理液的流量與時間一起變化，而經常供給固定量之處理液至前述處理槽內者為佳。
    根據本發明之基板處理裝置及基板處理方法，可無伴隨著暫時之流量(流速)的增減，進行沿著處理槽內之基板表面流動之處理液之流向的切換，可更均一的進行對接觸於處理槽內之處理液之基板之鍍敷處理。
    10‧‧‧種晶層
    12‧‧‧抗蝕劑
    14‧‧‧開口部
    16‧‧‧突塊(鍍敷膜)
    16a‧‧‧表面
    16b‧‧‧表面
    20‧‧‧鍍敷槽(處理槽)
    22‧‧‧基板保持器
    23a‧‧‧流路形成空間
    23b‧‧‧陽極收容空間
    24‧‧‧隔膜
    26a,26b‧‧‧入口配管
    28a,28b‧‧‧出口配管
    30‧‧‧泵
    32‧‧‧吐出管
    34‧‧‧吸入管
    40‧‧‧第1鍍敷液供給系
    42‧‧‧第2鍍敷液供給系
    44a,44b‧‧‧流量控制裝置
    46a,46b‧‧‧流量控制裝置
    48‧‧‧控制部
    50a,50b‧‧‧入口配管
    52a,52b‧‧‧出口配管
    54‧‧‧第3鍍敷液供給系
    56‧‧‧第4鍍敷液供給系
    58a,58b‧‧‧流量控制裝置
    60a,60b‧‧‧流量控制裝置
    62a‧‧‧共通配管
    62b‧‧‧共通配管
    62c‧‧‧共通配管
    62d‧‧‧共通配管
    70‧‧‧絕緣體
    72‧‧‧種晶層
    74‧‧‧孔洞
    76‧‧‧配線金屬(鍍敷膜)
    100‧‧‧周壁
    102‧‧‧底板
    104‧‧‧陽極
    106‧‧‧支持軸
    108‧‧‧鍍敷液供給管
    110‧‧‧鍍敷液排出管
    112‧‧‧環狀密封部
    114‧‧‧接點
    116‧‧‧電源
    118‧‧‧導線
    120‧‧‧開關
    200‧‧‧陽極
    202‧‧‧陰極(基板)
    204‧‧‧鍍敷液(電解液)
    206‧‧‧電源
    208‧‧‧開關
    A‧‧‧第1鍍敷液供給系
    B‧‧‧第2鍍敷液供給系
    F1,F2,F3,F4‧‧‧箭頭
    P‧‧‧鍍敷槽
    W‧‧‧基板
    圖1A乃至圖1C係顯示使基板接觸於僅朝單向流動之鍍敷液而進行鍍敷時之狀態之概要。
    圖2A及圖2B係顯示使基板接觸重複流向之逆轉之鍍敷液而進行鍍敷時之狀態之概要。
    圖3係顯示由具有ON/OFF控制之開關閥之第1鍍敷液供給系與第2鍍敷液供給系交互地供給鍍敷液至鍍敷槽內而進行鍍敷之鍍敷裝置之概要。
    圖4A及圖4B係顯示圖3所示之鍍敷裝置中之鍍敷槽內之流速之變動。
    圖5係顯示適用於電鍍裝置之本發明之實施形態之基板處理裝置之構成例的概略平面圖。
    圖6係模式地顯示圖5所示之電鍍裝置(基板處理裝置)之鍍敷槽及第1鍍敷液供給系之截面圖。
    圖7係顯示圖5及圖6所示之電鍍裝置(基板處理裝置)中之鍍敷槽之入口流量與時間、以及出口流量與時間之關係。
    圖8係顯示適用於電鍍裝置之本發明之其他實施形態之基板處理裝置之構成例的概略平面圖。
    圖9係顯示圖8所示之電鍍裝置(基板處理裝置)中之鍍敷槽之入口流量與時間、以及出口流量與時間之關係。
    圖10係顯示適用於電鍍裝置之本發明之進一步其他實施形態之基板處理裝置之構成例的概略平面圖。
    圖11係顯示使用圖8所示之電鍍裝置(基板處理裝置)形成突塊時之狀態的截面圖。
    圖12係顯示使用圖8所示之電鍍裝置(基板處理裝置)進行孔洞之埋入時之狀態的截面圖。
    圖13A係顯示閉路電路，圖13B係顯示開路電路。
    圖14係以圖5及圖6所示之電鍍裝置進行採用通電投入(hotenty)方式之電鍍時之動作之說明所附的區塊圖。
    圖15係以圖5及圖6所示之電鍍裝置進行採用非通電投入(coldentry)非通電投入方式之電鍍時之動作之說明所附之區塊圖。 用以實施發明之形態
    以下，參考圖5乃至圖15說明本發明之實施形態。以下之各例中，相同或相當之構件賦與相同標號並省略重複之說明。再者，以下例中，係例示適用於電鍍裝置之例，但本發明之基板處理裝置除了可適用於電鍍裝置之外，亦可全面地適用於無電解電鍍裝置、鍍敷前處理裝置、電解蝕刻裝置等使用液體(處理液)之裝置。
    圖5係顯示適用於在半導體晶圓之基板表面進行電鍍之電鍍裝置之本發明之實施形態之基板處理裝置之構成例的概略平截面圖，圖6係模式地顯示圖5所示之電鍍裝置(基板處理裝置)之鍍敷槽及第1鍍敷液供給系之概略側截面圖。
    如圖5及圖6所示，電鍍裝置具有：內部保持鍍敷液(處理液)之鍍敷槽(處理槽)20；及可朝鍍敷槽20自由移動，且將基板W吸附保持在鉛直方向之基板保持器22。鍍敷槽20之內部設置有平板狀之隔膜24，隔膜24係用以將鍍敷槽20之內部區隔成基板側之流路形成空間23a與陽極側之陽極收容空間23b。基板保持器22係由略平板狀之板片所構成，並於其中一面具有未圖示之吸附孔，藉對該吸附孔進行真空吸引，吸附保持載置於其表面之基板W。而且藉基板保持器22使吸附保持之基板W密接於鍍敷槽20之開口端部，以關閉鍍敷槽20之開口端部，於基板W與隔膜24之間形成密閉之流路形成空間23a。
    鍍敷槽20之周壁100連接有：將鍍敷液供給至鍍敷槽20內之流路形成空間23a之2個入口配管26a,26b；及由鍍敷槽20之流路形成空間23a排出鍍敷液之2個出口配管28a,28b。入口配管26a,26b連接於由泵30之吐出口延伸之吐出管32，並且出口配管28a,28b連接於由泵30之吸入口延伸之吸入管34。
    其中一入口配管26a與出口配管28a係配置成沿著鍍敷槽20之直徑方向而互相對向，藉此，於鍍敷槽20之流路形成空間23a之內部，構成有形成沿著箭頭F1之鍍敷液之液流的第1鍍敷液供給系40。另一入口配管26b與出口配管28b係配置成沿著鍍敷槽20之直徑方向互相對向，藉此，鍍敷槽20之流路形成空間23a之內部構成有形成沿著與前述箭頭F1互相直交之箭頭F2之鍍敷液之液流的第2鍍敷液供給系42。該第1鍍敷液供給系40與第2鍍敷液供給系42可擇一使用。
    各入口配管26a,26b設有流量控制裝置44a,44b，流量控制裝置44a,44b不進行ON-OFF控制，而係控制該流量，使流動於內部之鍍敷液之流量與時間一起變化，且在本例中，流量控制裝置44a,44b係由流量計與流量控制閥一體化之質量流量控制器所構成。各出口配管28a,28b也設有流量控制裝置46a,46b，流量控制裝置44a,44b係不進行ON-OFF控制，而控制該流量，使流動於內部之鍍敷液之流量會與時間一起，且在本例中，流量控制裝置44a,44b係由流量計與流量控制閥一體化之質量流量控制器所構成。該各流量控制裝置(質量流量控制器)44a、44b、46a,46b係以來自控制部48之信號進行控制。
    鍍敷槽20係具有：與基板保持器22為大略相同外形尺寸之之筒狀周壁100、及在與隔膜24之間形成陽極收容空間23b之底板102，且於陽極收容空間23b內設置陽極104。陽極104係在其中央部分藉由支持軸106而固定於底板102，並且通過支持軸106而供電。
    陽極104亦可使用由與鍍敷金屬相同之元素(銅)所構成之溶解陽極，但由於溶解陽極會隨著使用而消耗，因此必須定期的更換。該電鍍裝置中，係以隔膜24將鍍敷液分離成基板W側與陽極104側，而無在陽極104產生之氣泡附著於基板W之虞，故陽極104使用維護容易之不溶解陽極。
    於底板102之周圍之對向的2處(上下位置)，安裝有用以將鍍敷液供給至鍍敷槽20之陽極收容空間23b內之鍍敷液供給管108、及用以排出陽極收容空間23b內之鍍敷液之鍍敷液排出管110。隨著泵的驅動，鍍敷液由未圖示之鍍敷液供給箱，通過鍍敷液供給管108，供給至陽極收容空間23b內，並且由陽極收容空間23b排出之鍍敷液通過鍍敷液排出管110而回到未圖示之鍍敷液供給箱。藉此，構成鍍敷液供給機構。再者，鍍敷液供給管108及鍍敷液排出管110之數目亦可為複數。
    於鍍敷槽20之周壁100之基板W側的端面設有藉抵接於基板W之外周部而密封該外周部之環狀密封部112。又，於包圍密封部112之外側(未接觸鍍敷液之側)之位置，安裝有藉抵接於基板W之上面外周部而進行供電至基板W之複數接點114。在基板保持器22所保持之基板W之外周部抵接於各接點114之狀態下，將各接點114與陽極104連接於電源116而將電流供給至基板W與陽極104之間，藉此由基板W之外周而於其表面全體進行供電以進行鍍敷。連接電源116與陽極104之導線118有令連接電源116、陽極104及基板W之電路為開路電路之開關120裝設於其中。
    前述隔膜24係發揮用以限制鍍敷液之液流之角色，但由於電流流通於陽極104與基板W之間，因此必須為不妨礙離子傳導之材料或構造。當隔膜24本身具有導電性時，隔膜24會對基板W以陽極104作動，因此不僅會擾亂電流分佈，還有隔膜24溶解並產生氣體之虞。因此，隔膜24必須為絕緣體。也就是說，也就是說若隔膜24之材料為絕緣體且為藉由離子流通電流之材料，則任一種材料皆可。
    具體而言，隔膜24之材質可舉例為多孔質塑膠、多孔質陶瓷、多孔質玻璃、離子交換樹脂、表裏設有貫通孔之玻璃、塑膠、陶瓷等緻密絕緣體板等。除了多孔體材料以外，亦可使用設有僅供鍍敷液通過之貫通孔之絕緣材料(設有多數細孔之塑膠板、玻璃板等)。但是，由於隔膜24不具有機械性剛性時，鍍敷液通過時會變形，因此必須對流量有足夠的強度。特別是，使用多孔質塑膠時，宜選擇具有剛性之材料，或者將氯乙烯製之衝孔成形板等作為支持體使用。塑膠材料有例如旭化成(股份有限公司)(ASAHIKASEI CHEMICALS CORPORATION)製之聚烯烴系樹脂 AQ(sunfineAQ)。又，聚乙烯醇系樹脂、聚氯乙烯系樹脂、聚亞醯胺系樹脂、氟素系樹脂等。陶瓷材料可舉例如SiC陶瓷、鋁陶瓷、矽陶瓷等。玻璃可舉例如公司製(Vycor glass)等。
    其次，說明電鍍裝置之動作。首先，將基板W以基板保持器22朝鉛直方向吸附保持後，使保持有基板W之基板保持器22向鍍敷槽20移動，使設置於鍍敷槽20之密封部112及接點114抵接於基板W之外周部。
    在該狀態下，通過鍍敷液供給管108而將鍍敷液供給至鍍敷槽20之陽極收容空間23b內，且在陽極收容空間23b內充滿鍍敷液後，使陽極收容空間23b內之鍍敷液通過鍍敷液排出管110而排出並循環。同時，驅動泵30，首先擇一使用例如第1鍍敷液供給系40，由入口配管26a將鍍敷液供給至鍍敷槽20之流路形成空間23a內，充滿流路形成空間23a內後，沿著箭頭F1使流動於流路形成空間23a內之鍍敷液由出口配管28a朝外部排出並循環。
    在此，若採用通電投入方式，在鍍敷液之供給開始之前，先將電壓施加到陽極104與成為陰極之基板W之間。藉此，隨著鍍敷液之供給，鍍敷電流流動於通過各接點114而供電之基板與陽極104之間，於基板W表面進行電鍍。另一方面，若採用非通電投入方式，則在鍍敷液之供給開始後，在經過預定時間(等待時間)後，將電壓施加於陽極104與成為陰極之基板W之間。藉此，在電壓施加於陽極104與成為陰極之基板W間之同時，於基板W之表面進行電鍍。
    其次，經過預定時間後，擇一使用第2鍍敷液供給系42，切換鍍敷液之流向，使鍍敷液沿著與前述箭頭F1直交之箭頭F2流動於流路形成空間23a內，繼續電鍍。而且，重覆切換該流路形成空間23a內之鍍敷液之流向預定次數、例如2次後結束電鍍。
    關於電鍍中流動於各入口配管26a,26b及各出口配管28a,28b之鍍敷液之流量參考圖7進行說明。初期狀態中，入口配管26a,26b及各出口配管28a,28b關閉著而使鍍敷液無法流動於內部。
    首先，驅動泵30，首先擇一使用第1鍍敷液供給系40，開始從入口配管26a往流路形成空間23a內之鍍敷液之供給、及由流路形成空間23a內之鍍敷液之出口配管28a之排出。此時，以來自控制部48之信號控制設置於入口配管26a及出口配管28a之流量控制裝置44a,46a，使得在構成第1鍍敷液供給系40之入口配管26a及出口配管28a之內部流動之鍍敷液的流量漸漸增加而成固定(時間：t0~t1)。
    接著，在鍍敷液沿著基板W之表面朝單向(箭頭F1方向)安定地流動於流路形成空間23a內之時點(時間：t2)，開始穩定之電鍍。
    經過預定時間後，以來自控制部48之信號控制設置於控制入口配管26a及出口配管28a之流量控制裝置44a,46a，使得流動於構成第1鍍敷液供給系40之入口配管26a及出口配管28a之內部之鍍敷液的流量漸漸減少而為零，同時以來自控制部48之信號控制設置於入口配管26b及出口配管28b之流量控制裝置控4b,46b，使得流動於構成第2鍍敷液供給系42之入口配管26b及出口配管28b之內部之鍍敷液的流量漸漸增加而為固定(時間：t3~t4)。藉此，切換鍍敷液之流向，使鍍敷液沿著與前述箭頭F1直交之箭頭F2而朝單向流動於流路形成空間23a內。該切換所需要之時間(時間：t3~t4)一般而言是在1~10秒左右，例如2秒。此與以下相同。
    接著，保持鍍敷液沿著箭頭F2朝單向流動於流路形成空間23a內之狀態預定時間(時間：t4~t5)。鍍敷液朝單向流動於該流路形成空間23a內之時間t4~t5一般而言是3~60秒左右，例如30秒。此與以下相同。
    本例中，係將流量控制裝置44a,44b、46a,46b控制為，通過入口流路26a,26b之內部而供給到流路形成空間23a內之鍍敷液之全流量、及通過出口流路28a,28b之內部而由流路形成空間23a排出之鍍敷液之全流量在電鍍中經常為固定。
    其次，以來自控制部48之信號控制設置於入口配管26a及出口配管28a之流量控制裝置44a,46a，使流動於構成第1鍍敷液供給系40之入口配管26a及出口配管28a之內部之鍍敷液的流量漸漸增加而為固定，同時以來自控制部48之信號控制設置於入口配管26a及出口配管28a之流量控制裝置44a,46a，使流動於構成第2鍍敷液供給系42之入口配管26b及出口配管28b之內部之鍍敷液的流量漸漸減少而為零(時間：t5~t6)。藉此，切換鍍敷液之流向，使鍍敷液沿著前述箭頭F1朝單向流動於流路形成空間23a內，並且保持該狀態預定時間(時間：t6~t7)。如此，使沿著基板W之表面流動於流路形成空間23a內之鍍敷液之流向由箭頭F1往箭頭F2切換反覆預定次數。
    接著，在電鍍結束之時點(時間：t8)，停止電鍍，同時在本例中，以來自控制部48之信號控制設置於入口配管26b及出口配管28b之流量控制裝置44b,46b，使流動於構成第2鍍敷液供給系42之入口配管26b及出口配管28b之內部之鍍敷液的流量漸漸減少而為零。藉此，停止往流路形成空間23a內之鍍敷液之供給及流路形成空間23a內之鍍敷液之排出(時間：t9)。
    本例中，係重複二次切換流路形成空間23a內之鍍敷液沿著2方向之液流，但該切換之重覆次數可以任意設定。又，各鍍敷液之流向之切換所需要之時間、或鍍敷液沿著基板w之表面朝單向流動於流路形成空間23a內之時間等也可任意設定。
    根據本例，藉以流量控制裝置44a,44b、46a,46b控制，使在切換沿著流路形成空間23a之基板W之表面之鍍敷液之流向時使用之入口配管26a,26b及出口配管28a,28b之內部流動之鍍敷液之流量與時間變化，不會使鍍敷液之流量(流速)瞬間增減，而可切換流路形成空間23a內之鍍敷液之流向。特別是，包含切換入口配管26a,26b及出口配管28a,28b使用時，藉控制流量控制裝置44a,44、46a,46b，可經常供給固定量之鍍敷液至流路形成空間23a內，藉此可一面經常供給固定量之鍍敷液至流路形成空間23a內，並可切換流路形成空間23a內之鍍敷液之流向。
    圖8係顯示適用於電鍍裝置之本發明之其他實施形態之基板處理裝置之構成例的概略平面圖。本例之電鍍裝置(基板處理裝置)與圖5及圖6所示之例不同之點則如以下所述。
    即，分別在接近出口配管28a,28b之位置設置其他入口配管50a,50b，在靠近入口配管26a,26b之位置設置其他出口配管52a,52b。入口配管50a,50b連接於由泵30之吐出口延伸之吐出管32，出口配管52a連接於由泵30之吸入口延伸之吸入管34。
    藉此，在入口配管50a與出口配管52a構成第3鍍敷液供給系54，第3鍍敷液供給系54係於流路形成空間23a之內部形成箭頭F3之鍍敷液之流動，且箭頭F3之鍍敷液之流動係與藉由前述第1鍍敷液供給系40而於流路形成空間23a之內部形成且沿著箭頭F1之鍍敷液之液流為相反方向。又，在入口配管50b與出口配管52b構成第4鍍敷液供給系56，第4鍍敷液供給系56係於流路形成空間23a之內部形成沿著F4之鍍敷液之液流，沿著F4之鍍敷液之液流係與藉由前述之第2鍍敷液供給系42而於鍍敷槽20之流路形成空間23a之內部形成之沿著箭頭F2之鍍敷液之液流為相反方向。該等第1鍍敷液供給系40、第2鍍敷液供給系42、第3鍍敷液供給系54及第4鍍敷液供給系56係擇一使用。藉此，可將沿著基板W之表面流動於鍍敷槽20之流路形成空間23a內之鍍敷液4之液流朝箭頭F1,F2,F3,F4之4方向切換。
    與前述同樣地，在各入口配管50a,50b，設置由例如質量流量控制器構成之流量控制裝置58a,58b，亦於各出口配管52a,52b設置由例如質量流量控制器構成之流量控制裝置60a,60b。該等之流量控制裝置(質量流量控制器)58a,58b、60a,60b也藉由來自控制部48之信號控制。
    本例之電鍍裝置中，係如前述般，使以基板保持器22吸附保持之基板W之外周部抵接於設置於鍍敷槽20之密封部112及接點114後，開始往陽極收容空間23b內之鍍敷液的供給。同時，驅動泵30，並例如首先擇一使用第1鍍敷液供給系40，由入口配管26a將鍍敷液供給到鍍敷液20之流路形成空間23a內，且在充滿流路形成空間23a內後，使沿著箭頭F1而沿著單向流動於流路形成空間23a內之鍍敷液由出口配管28a朝外部排出並循環。藉此，進行採用前述之通電投入方式或非通電投入方式之電鍍。
    其次，經過預定時間後，擇一使用第2鍍敷液供給系42，並切換鍍敷液之流向，使鍍敷液沿著與前述箭頭F1直交之箭頭F4流動於流路形成空間23a內，持續電鍍。接著，經過預定時間後，擇一使用第3鍍敷液供給系54，切換鍍敷液之流向，使鍍敷液沿著與前述箭頭F1為相反之箭頭F3流動於流路形成空間23a內，持續電鍍。進而，在經過預定時間後，擇一使用第4鍍敷液供給系56，切換鍍敷液之流向，使鍍敷液沿著與前述箭頭F2為相反之箭頭F4流動於流路形成空間23a內，持續電鍍。然後以上記鍍敷液之液流之切換為1循環，且使該循環重覆一次或複數次。
    關於電鍍中流動於各入口配管26a,26b、50a,50b及各出口配管28a,28b、52a,52b之內部之鍍敷液之流量參考圖9加以說明。在初期狀態，入口配管26a,26b、50a,50b及各出口配管28a,28b、52a,52b係關閉成鍍敷液無法流動於內部。
    首先，驅動泵30，擇一使用例如第1鍍敷液供給系40，然後開始由入口配管26a往流路形成空間23a內之鍍敷液之供給、及流路形成空間23a內之來自鍍敷液之出口配管28a之排出。此時，以來自控制部48之信號控制(時間：t10~t11)設置於入口配管26a及出口配管28a之流量控制裝置44a,46a，使流動於構成第1鍍敷液供給系40之入口配管26a及出口配管28a之內部之鍍敷液之流量漸漸增加而為固定。
    接著，在鍍敷液沿著基板W之表面朝單向(箭頭F1方向)安定地流動於流路形成空間23a內之時點(時間：t12)，開始安定之電鍍。
    經過預定時間後，以來自控制部48之信號控制設置於入口配管26a及出口配管28a之流量控制裝置44a,46a，使在構成第1鍍敷液供給系40之入口配管26a及出口配管26a之內部流動之鍍敷液之流量漸漸減少而為零，同時，以來自控制部48之信號控制設置於入口配管26b及出口配管28b之流量控制裝置44b,46b，使在構成第2鍍敷液供給系42之入口配管26b及出口配管28b之內部流動之鍍敷液之流量漸漸增加而為固定(時間：t14~t15)。
    藉此，切換鍍敷液之流向，使鍍敷液沿著與前述箭頭F1直交之箭頭F2朝單向流動於流路形成空間23a內，並使該狀態保持預定時間(時間：t14~t15)。
    其次，以來自控制部48之信號控制設置於入口配管50a及出口配管52a之流量控制裝置56a,60a，使在構成第3鍍敷液供給系54之入口配管50a及出口配管52a之內部流動之鍍敷液之流量漸漸增加而為固定，同時，以來自控制部48之信號控制設置於入口配管26b及出口配管28b之流量控制裝置44b,46b，使在構成第2鍍敷液供給系42之入口配管26b及出口配管28b之內部流動之鍍敷液之流量漸漸減少而為零(時間：t15~t16)。
    藉此，切換鍍敷液之流向，使鍍敷液沿著與前述箭頭F1相反之箭頭F3朝單向流通於流路形成空間23，並使該狀態保持預定時間(時間：t16~t17)。
    其次，以來自控制部48之信號控制設置於入口配管50b及出口配管52b之流量控制裝置58b,60b，並使在構成第4鍍敷液供給系56之入口配管50b及出口配管52b之內部流動之鍍敷液之流量漸漸增加而為固定，同時，以來自控制部48之信號控制設置於入口配管50a及出口配管52a之流量控制裝置58a,60a，使在構成第3鍍敷液供給系54之入口配管50a及出口配管52a之內部流動之鍍敷液的流量漸漸減少而為零(時間t17~t18)。
    藉此，切換鍍敷液之流向，使鍍敷液沿著與前述箭頭F2相反之箭頭F4朝單向流動於流路形成空間23a內，並使該狀態保持預定時間(時間：t18~t19)。
    接著，在結束電鍍之時點(時間：t19)，停止電鍍，同時以來自控制部48之信號，控制設置於入口配管50b及出口配管52b之流量控制裝置58b,60b，使在構成第4鍍敷液供給系56之入口配管50b及出口配管52b之內部流動之鍍敷液之流量漸漸減少而為零。藉此，停止往流路形成空間23a內之鍍敷液之供給及來自流路形成空間23a內之鍍敷液之排出(時間：t20)。
    本例中，係僅進行一次流路形成空間23a內之鍍敷液沿著4方向之液流的切換，但該切換之重覆次數可以任意設定。又，各鍍敷液之流向之切換所需要之時間、或鍍敷液沿著基板w之表面朝單向流動於流路形成空間23a內之時間等也可任意設定之情況與前述相同。
    根據本例，藉以流量控制裝置44a,44b、46a,46b、58a,58b、60a,60b控制，使在切換流路形成空間23a之鍍敷液之流向時使用之入口配管26a,26b、50a,50b及出口配管28a,28b、52a,52b之內部流動之鍍敷液之流量與時間變化，不會使鍍敷液之流量(流速)瞬間增減，而可將流路形成空間23a內之沿著基板W之鍍敷液之流向切換成4方向。特別是，包含切換使用入口配管26a,26b、50a,50b及出口配管28a,28b、52a,52b時，藉控制流量控制裝置44a,44b、46a,46b、58a,58b、60a,60b，可經常供給固定量之鍍敷液至流路形成空間23a內，藉此可一面經常供給固定量之鍍敷液至流路形成空間23a內，並可切換流路形成空間23a內之沿著基板W之鍍敷液之流向。
    圖10係顯示適用於電鍍裝置之本發明之其他實施形態之基板處理裝置之構成例之概略平面圖。本例與圖8所示之例不同點在於，使配置於彼此靠近之位置之入口配管與出口配管共通化而達到構造簡化。也就是說，分別以共通配管62a構成入口配管26a與出口配管52a，以共通配管62b構成入口配管26b與出口配管52b，以共通配管62c構成入口配管50a與出口配管28a，以共通配管62d構成入口配管50b與出口配管28b。
    使用圖8所示之電鍍裝置，包含鍍敷液沿著基板表面之流向之切換時，將流入流路形成空間23a內之鍍敷液的流量設定為經常固定為1L/min，而如圖11所示，於在種晶層10之表面形成了被抗蝕劑12包圍之開口部14之基板(直徑300mm之晶圓)的表面進行電鍍的結果，確定形成表面16c平坦且無異常析出之突塊(鍍敷膜)16。此時之鍍敷時間係例如數10分鐘~數小時左右。
    又，同樣地，如圖12所示，在具有形成於絕緣體70之內部且表面被種晶層72覆蓋之孔洞74之基板(直徑30mm之晶圓)的表面進行電鍍，且在孔洞74之內部埋入配線金屬(鍍敷膜)76時，確認得到內部無空孔之配線金屬(鍍敷膜)76。此時之鍍敷時間係例如為1~2分鐘左右。
    包含鍍敷液之流向切換時，流入到流路形成空間23a內之鍍敷液的流量一般係0~20L/min，以4~12L/min為佳，以8~12L/min為較佳。
    其次，詳細說明採用前述之通電投入方式或非通電投入方式之電鍍。
    如圖13A所示，於陽極200與陰極(基板)202之間，設有透過鍍敷液(電解液)由電源206施加電壓之電路設置開關208，將關閉該開關208之電路稱為閉路電路。若為閉路電路，當陽極200與陰極(基板)202之間存在鍍敷液(電解液)204時，即使令電源206為OFF，自然電流會因為電極電位流通，而蝕刻基板之種晶層或鍍敷膜等(即使係閉路電路，若陽極200與陰極202之間沒有鍍敷液204，則不會產生蝕刻)。
    另一方面，如圖13B所示，在陽極200與陰極(基板)202之間，於透過鍍敷液(電解液)204而由電源206施加電壓之電路設置開關208，並將打開該開關208之電路稱為開路電路。若為開路電路，即使陽極200與陰極202之間有鍍敷液204，由於自然電流無法流通，因此不會產生因自然電流流通而造成之蝕刻。
    通電投入方式係在鍍敷液流經陽極與陰極(基板)之間之前，先施加電壓之方式，主要係使用於在設置於半導體晶圓等之基板表面之配線用微細的凹溝或孔洞等之內部埋設金屬(配線材料)之微細配線鍍敷。微細配線鍍敷不使用非通電投入方式是因為，(a)即使作成開路電路，也會產生化學蝕刻，因此極薄之銅種晶(在孔洞側壁<5nm)會因蝕刻而溶解，(b)由下而上之機制係利用添加劑之吸附速度在孔洞底部與孔洞入口是不同的，因此採用非通電投入時，會因為時間的經過而添加劑之吸附量均一化，而無由下而上等之理由。
    採用通電投入方式之電鍍通常係以定電壓控制來進行。也就是說，以目的之電流值I進行鍍敷，會將此時之電壓V預先施加於陽極與陰極(基板)之間。藉此，當鍍敷液漸漸充滿於陽極與陰極(基板)之間時，電流值會漸漸增大，並成為鍍敷液會行經於基板全面之電流值。
    非通電投入方式係鍍敷液流經陽極與陰極之間後才施加電壓的方式。當在鍍敷液流通於陽極與陰極(基板)之間之狀態下，先為閉路電路時，則如前述，自然電流會流通而進行蝕刻。因此，先使之為開路電路，直到通電開始。該非通電投入方式主要是採用於突塊鍍敷、再配線鍍敷、TSV(Through Silicon Via)鍍敷等。如此之鍍敷的溝幅會比微細配線鍍敷還大，這是因為不光是種晶層也厚，由下而上之機制也會與微細配線鍍敷不同，較適合非通電投入方式。
    其次，參考圖14，就以圖5及圖6所示之電鍍裝置進行採用了通電投入方式之電鍍時之動作加以說明。
    在鍍敷開始之前，打開開關120，藉此先令連接電源116、陽極104及基板W之電路為開路電路。接著，以基板保持器22保持基板W，並且使基板保持器22朝鍍敷槽20移動，藉此以基板保持器22所保持之基板W封閉鍍敷槽20之開口端部(鍍敷槽閉)。
    其次，令電源116為ON，並且透過定序器，以與鍍敷電源116之ON之信號同時或者些許的時間差關閉開關120，構成連接電源116、陽極104及基板W之電路為閉路電路。在該狀態下，係如前述，供給鍍敷液至鍍敷槽20之流路形成空間23a及陽極收容空間23b，進行基板W之表面的電鍍。
    接著，在鍍敷結束時，排出鍍敷槽20內之鍍敷液，令電源116為OFF，並且透過定序器，以與鍍敷電源116之OFF之信號同時或些許的時間差打開開關120，使連接電源116、陽極104及基板W之電路為開路電路。如此，藉由在通電OFF後為開路電路，即使係鍍敷槽內殘留鍍敷液之情況，也可避免鍍敷膜之蝕刻。
    其次，將鍍敷槽20之內部水洗例如3次後，使基板保持器20朝遠離鍍敷槽20之方向移動，而將封閉鍍敷槽20之開口端部之基板W拉離鍍敷槽20(鍍敷槽開)，而且之後，由基板保持器22取出基板W。
    參考圖15，就以圖5及圖6所示之電鍍裝置進行採用了非通電投入方式進行電鍍時之動作加以說明。
    開始鍍敷之前，打開開關120，藉此，先令連接電源116、陽極104及基板W之電路為開路電路。接著，以基板保持器22保持基板W，並且使基板保持器22朝鍍敷槽20移動，藉此以基板保持器22所保持之基板W封閉鍍敷槽20之開口端部(鍍敷槽閉)。
    其次，如前述，將鍍敷液供給至鍍敷槽20之流路形成空間23a及陽極收容空間23b。此時，以設置於鍍敷槽之下游之感測器檢知鍍敷液之通過。檢知該鍍敷液之通過之感測器宜使用利用折射率或透光率不同之光學式感測器。
    以設置於鍍敷槽之下游之感測器檢知鍍敷液之通過後，計數等待時間。所謂等待時間，係例如使銅離子擴散到孔洞等之溝底所需要的時間，例如若孔洞深度為50μm則為30sec，若孔洞深度為120μm則為1min，如此孔洞深度愈深則等待時間愈長。等待時間例如為5min，宜為20sec~3min、較佳為30sec~1min。
    經過等待時間後，令電源116為ON，且透過定序器，以與鍍敷電源116之ON之信號同時或者些許之時間差關閉開關120，使連接電源116、陽極104及基板W之電路為閉路電路。藉此，電流流經陽極104與基板(陰極)W之間，開始基板W之表面的電鍍。
    而且，在鍍敷結束時，排出鍍敷槽20內之鍍敷液，令電源116為OFF，並且透過定序器，以與鍍敷電源116之OFF之信號同時或者些許之時間差來打開開關120，令連接電源116、陽極104及基板W之電路為開路電路。
    其次，使鍍敷槽20之內部水洗例如3次後，使基板保持器20朝遠離鍍敷槽20之方向移動，然後將封閉鍍敷槽20之開口端部之基板W拉離鍍敷槽20(鍍敷槽開)。然後，由基板保持器22取出基板W。
    到此為止係就本發明之一實施形態1加以說明，但本發明不限定於上述實施形態，當然可在其技術思想之範圍內實施各種不同之形態。
    20‧‧‧鍍敷槽(處理槽)
    26a,26b‧‧‧入口配管
    28a,28b‧‧‧出口配管
    30‧‧‧泵
    32‧‧‧吐出管
    34‧‧‧吸入管
    40‧‧‧第1鍍敷液供給系
    42‧‧‧第2鍍敷液供給系
    44a,44b‧‧‧流量控制裝置
    46a,46b‧‧‧流量控制裝置
    48‧‧‧控制部
    W‧‧‧基板
    F1,F2‧‧‧箭頭
    P‧‧‧鍍敷槽
    权利要求:
    Claims (4)
    [1] 一種基板處理裝置，其特徵在於包含有：處理槽，係用以保持處理液；基板保持器，係保持基板使之接觸於處理槽內之鍍敷液；複數之入口配管及出口配管，係連接於前述處理槽，並可切換使用而於該處理槽內形成沿著基板表面之方向不同之處理液的液流；及泵，係通過前述入口配管及前述出口配管使處理液供給至前述處理槽內並使之循環，前述入口配管及前述出口配管分別設有流量控制裝置，該流量控制裝置係在切換使用時，以控制部進行控制，而使沿著基板表面流動之處理液之流量與時間一起變化。
    [2] 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，係控制前述流量控制裝置，使得包含切換使用前述入口配管及前述出口配管時，經常供給固定量之處理液至前述處理槽內。
    [3] 一種基板處理方法，係使用連接於處理槽之複數入口配管及出口配管內之任意之入口配管及出口配管，供給處理液使之循環而於處理槽內形成沿著基板之表面朝單向之處理液的液流，且切換使用連接於前述處理槽之前述入口配管及前述出口配管內之其他任意入口配管及出口配管，供給處理液使之循環而於前述處理槽內形成沿著基板表面朝向其他方向之處理液之液流，在切換使用前述入口配管及前述出口配管時，使分別流動於前述入口配管及前述出口配管之內部之處理液的流量與時間一起變化。
    [4] 如申請專利範圍第3項之基板處理方法，係包含切換使用前述入口配管及前述出口配管之時，使分別流動於前述入口配管及前述出口配管之內部之處理液的流量與時間一起變化，而經常供給固定量之處理液至前述處理槽內。
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    同族专利:
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    引用文献:
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP2011179544A|JP5840894B2|2011-08-19|2011-08-19|基板処理装置及び基板処理方法|
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