JP2019528378A - 基板に垂直電気金属成膜を行うための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、基板に垂直電気金属成膜、好適には銅成膜を行うための装置に関し、垂直かつ互いに平行に配置された第１の装置要素および第２の装置要素を少なくとも備えており、第１の装置要素は、複数の貫通導管を有する少なくとも第１のアノード要素と、複数の貫通導管を有する少なくとも第１の支持要素とを有し、少なくとも第１のアノード要素と少なくとも第１の支持要素とは、互いにしっかりと結合されており、第２の装置要素は、処理対象の少なくとも第１の基板を受けるように適合された少なくとも第１の基板ホルダを備えており、少なくとも第１の基板ホルダは、処理対象の少なくとも第１の基板を受けた後、その外側フレームに沿って、処理対象の少なくとも第１の基板を少なくとも部分的に包囲し、少なくとも第１の装置要素はさらに、少なくとも貫通流路をそれぞれ有する複数のプラグを有し、各プラグは、少なくとも第１の支持要素の裏面から少なくとも第１の支持要素の貫通導管を通り、さらに少なくとも第１のアノード要素のそれぞれ手前にある貫通導管を通って延在するように配置されており、全てのプラグが少なくとも第１の装置要素に取り外し可能に結合されている。本発明はさらに、一般的に、上述の装置を用いて基板に垂直電気金属成膜を行うための方法にも関する。

Description

本発明は、基板に垂直電気金属成膜（vertical galvanic metal deposition）、好適には銅成膜を行うための装置に関し、垂直かつ互いに平行に配置された第１の装置要素および第２の装置要素を少なくとも備えており、第１の装置要素は、複数の貫通導管を有する少なくとも第１のアノード要素と、複数の貫通導管を有する少なくとも第１の支持要素とを有し、少なくとも第１のアノード要素と少なくとも第１の支持要素とは、互いにしっかりと結合されており、第２の装置要素は、処理対象の少なくとも第１の基板を受けるように適合された少なくとも第１の基板ホルダを備えており、少なくとも第１の基板ホルダは、処理対象の少なくとも第１の基板を受けた後、その外側フレームに沿って、処理対象の少なくとも第１の基板を少なくとも部分的に包囲する。

本発明はさらに、上述の装置を用いて基板に垂直電気金属成膜、好適には銅成膜を行うための方法にも関する。

半導体ウェハから半導体集積回路および他の半導体デバイスを製造するためには、典型的には、集積回路の複数のデバイスを電気的に相互接続するため、ウェハ上に複数の金属層を形成する必要がある。電気めっき金属には典型的には、銅、ニッケル、金および鉛が含まれる。典型的な電気めっき装置では、金属成膜を引き起こすための所望の電位をワークピースの表面に生成するため、装置のアノード（消耗性または非消耗性のいずれか）を、装置のリアクタ容器内の電気めっき溶液中に浸漬する。従前使用されていたアノードは典型的には、概ねディスク状の形態であり、電気めっき溶液は有孔の拡散板を介してアノードの周囲まわりに送られ、この拡散板は、概ねアノードの上方に、かつアノードに対して間を空けて位置決めされていた。電気めっき溶液は拡散板を通って、拡散器の上方の適所に保持されている対応するワークピースに向かって流れる。金属成膜の均一性は、金属がワークピースの表面上に成膜される間にワークピースを回転させることによって促進される。

電気めっきの後に、典型的な半導体ウェハまたは他のワークピースを多数の個別の半導体構成要素に分割する。各構成要素において回路の所望の形成を達成しながら、なおかつ、構成要素ごとにめっきの所望の均一性を達成するためには、各金属層をワークピースの表面にわたって可能な限り均一な厚さで形成することが望ましい。しかし、典型的には、各ワークピースはその周囲部において電気めっき装置の回路に加わるので（その際、ワークピースは典型的にはカソードとして機能する）、ワークピースの表面にわたる電流密度のばらつきは避けられない。過去、金属成膜の均一性を促進する努力には、ワークピースに向かう電気めっき溶液の流れを送液および制御するために、電気めっきリアクタ容器内に配置された、たとえば拡散器等の流れ制御装置が含まれていた。

米国特許出願公開第２０１６／１９４７７６号明細書に、基板に垂直電気金属成膜を行うための装置が開示されており、この装置は、垂直かつ互いに平行に配置された第１の装置要素および第２の装置要素を少なくとも備えており、第１の装置要素は、複数の貫通導管を有する少なくとも第１のアノード要素と、複数の貫通導管を有する少なくとも第１の支持要素とを有し、少なくとも第１のアノード要素と少なくとも第１の支持要素とは、互いにしっかりと結合されており、第２の装置要素は、処理対象の少なくとも第１の基板を受けるように適合された少なくとも第１の基板ホルダを備えており、少なくとも第１の基板ホルダは、処理対象の少なくとも第１の基板を受けた後、その外側フレームに沿って、処理対象の少なくとも第１の基板を少なくとも部分的に包囲し、少なくとも第１の装置要素の第１のアノード要素と第２の装置要素の少なくとも第１の基板ホルダとの間の距離は、２〜１５ｍｍの範囲であり、第１の装置要素の第１の支持要素の複数の貫通導管は、支持要素表面の垂線に対して１０°〜６０°の間の角度を有する直線の形態で第１の支持要素を通る。

米国特許出願公開第２０１２／３０５４０４号明細書に、少なくとも１つのワークピースを液体処理するための装置が開示されており、この装置は、液体を保持するように構成されたハウジングと、ハウジング内に配置された、少なくとも１つのワークピースを固定するように構成されているワークピースホルダと、ハウジング内かつ少なくとも１つの各ワークピースの隣に配置されている電界シールド板とを備えており、電界シールド板は、電界シールド板からワークピースの表面までのギャップを変えるように構成された少なくとも１つの輪郭処理された領域を有し、ギャップは、電界シールド板の少なくとも１つの輪郭処理された領域と、ワークピースの表面の電界シールド板側の対応する部分とによって画定されている。

米国特許出願公開第２００４／０２６２５７号明細書に、半導体ウェハに導電膜を電気めっきするためのシステムが開示されており、このシステムは、貯蔵器内に配置されたカソードとアノードとを備えており、カソードおよびアノードのうち第１のものは、ウェハに電気的に関連付けられており、システムはさらに、貯蔵器内のカソードとアノードとの間に電解液を通る電界を供給するための、カソードとアノードとに動作可能に結合された電源部、および貯蔵器内かつカソードとアノードとの間に配置された電界調整装置を備えており、電界調整装置はプレートを備えており、プレートは、概ねウェハを向いた第１の面、概ねカソードおよびアノードのうち第２のものを向いた第２の面、および第１の面と第２の面との間にプレートを通って延在する複数のプレート開口を備えており、システムはさらに、複数のプレート開口のうち１つの開口内に配置されたプラグであって、プラグ付近の電界に影響を及ぼすためのプラグを備えている。

独国特許出願公開第１０２００７０２６６３３号明細書に、処理剤を用いて板形の製品の電解処理を行うための装置が開示されており、板形の製品が装置内に配置され、実質的に平坦な少なくとも１つの処理表面を有し、この装置は、i）製品を装置内に保持するための装置、ii）それぞれ少なくとも１つのノズルを備えた１つまたは複数の流れ装置であって、製品とは反対側の位置に配置されている流れ装置、iii）処理剤に対して不活性である１つまたは複数の対向電極であって、少なくとも１つの処理表面に対して平行に配置される対向電極、およびiv）処理表面に対して平行に製品と流れ装置および／または対向電極との間の相対運動を生じさせるための手段を備えており、相対運動を生じさせるための手段は、製品を運動させるように構成されており、相対運動は振動運動であり、振動運動を生じさせるための手段は、相対運動を互いに直交する２つの方向に生じさせるように構成されている。

欧州特許出願公開第２７４６４３３号明細書には、基板に垂直電気金属成膜、好適には銅成膜を行うための装置が開示されており、この装置は、少なくとも１つの貫通導管を有する少なくとも第１のアノード要素と、少なくとも１つの貫通導管を有する少なくとも第１の支持要素と、少なくとも第１の支持要素内で処理溶液を導くための少なくとも第１の液体供給要素と、少なくとも第１の固定手段と、少なくとも第１の電気的接続要素とを備えており、少なくとも第１のアノード要素と少なくとも第１の支持要素とは、互いにしっかりと結合されており、少なくとも第１のアノード要素へ電流を供給するための少なくとも第１の電気的接続手段と上述の装置とを受けるように適合された容器の内部に装置全体を取り外し可能に固定するための少なくとも第１の固定手段は、双方とも少なくとも第１の支持要素の裏面に配置されている。

しかし、市場には、電気金属成膜、特に垂直電気金属成膜のための改良された装置と、かかる新規の改良された装置を用いた方法とを提供してほしいとの高い要望が依然として存在する。

典型的には、既知の装置および方法は、かかる電気金属の成膜が不均一になるという形態の有意な欠点に悩まされている。さらに、かかる既知の装置および方法は一般に、処理対象の基板の相互接続する孔に電気金属のブリッジ形成に成功し、かつこれを効果的に行って、たとえば短絡等の既知の技術的欠点の原因となる閉じ込められたボイド、ガス、電解液等を生じさせることなく孔を充填する能力において、大きく制限されている。プリント回路板またはウェハ等の基板のブラインドホールの充填についても、同様の問題が生じる。

よって、本発明の課題は、従来技術に鑑みて、既知の従来技術の装置の上述の欠点を示さない、基板に垂直電気金属成膜を行うための装置を提供することであった。

よって必要とされているのは、基板の少なくとも１つの面の表面にわたって不均一な部分または厚さ勾配を有することなく、基板の少なくとも１つの面に電気金属を均一に成膜する手段である。

さらに、本発明の他の１つの課題は、基板の片面に電気金属を析出できるだけでなく基板のブラインドホールを充填することもできる装置を実現することである。

上記課題、および明示的には記載されていないが本明細書において導入部に記載されている関連から直ちに導出または認識することができる他の課題も、請求項１の発明特定事項の全てを具備する装置によって解決される。本発明の装置についての適切な改良形態は、従属請求項２〜１２に記載の保護対象である。さらに、請求項１３は、かかる装置を用いて基板に垂直電気金属成膜、好適には銅成膜を行うための方法を包含し、本発明のこの方法の適切な改良形態は、従属請求項１４に包含される。

それによれば、本発明は、基板に垂直電気金属成膜、好適には銅成膜を行うための装置であって、垂直かつ互いに平行に配置された第１の装置要素および第２の装置要素を少なくとも備えており、第１の装置要素は、複数の貫通導管を有する少なくとも第１のアノード要素と、複数の貫通導管を有する少なくとも第１の支持要素とを有し、少なくとも第１のアノード要素と少なくとも第１の支持要素とは、互いにしっかりと結合されており、第２の装置要素は、処理対象の少なくとも第１の基板を受けるように適合された少なくとも第１の基板ホルダを備えており、少なくとも第１の基板ホルダは、処理対象の少なくとも第１の基板を受けた後、その外側フレームに沿って、処理対象の少なくとも第１の基板を少なくとも部分的に包囲する装置において、少なくとも第１の装置要素はさらに、少なくとも貫通流路をそれぞれ有する複数のプラグを有し、各プラグは、少なくとも第１の支持要素の裏面から少なくとも第１の支持要素の貫通導管を通り、さらに少なくとも第１のアノード要素のそれぞれ手前にある貫通導管を通って延在するように配置されており、全てのプラグが少なくとも第１の装置要素に取り外し可能に結合されている装置を提供する。

よって、予想を超えて、既知の従来技術の装置の上述の欠点を示さない、基板に垂直電気金属成膜を行うための装置を実現することができる。

その他にさらに、本発明の装置は、基板の少なくとも１つの面の表面にわたって不均一な部分または厚さ勾配を有することなく、基板の少なくとも１つの面に電気金属を均一に析出する手段も提供する。

さらに本発明は、基板の片面に電気金属を析出できるだけでなく基板のブラインドホールを充填することもできる装置を実現する。

さらに、複数のプラグを備えた本発明の装置は、これによって、貫通導管のみを使用する場合と比較して、電解質体積が、貫通導管より格段に高品質で調達できる貫通流路を少なくとも通って流れるというさらなる利点も奏する。貫通流路は、非金属材料から成る廉価な、大量生産により射出成形されたプラグを利用することによって、コストを削減することができる。なおかつプラグは、貫通導管を作製するために通常使用されるドリル加工製造プロセスまたはフライス切削製造プロセスによる残留不純物を有しない、貫通流路のより清浄な粒子フリーの内表面を提供する。これらのドリル加工またはフライス切削された貫通導管を後で洗浄する場合であっても、少なくとも同等の清浄さの流路を達成するためには、さらに多くの人員と多くの作業時間とを要する。

さらに、全てのプラグが少なくとも第１の装置要素に取り外し可能に結合されている本発明の装置は、特定の新規顧客要請に応じて電解質体積流を新規のシステム要求に合わせて容易に適合できるという、さらなる利点を奏する。特定のプラグを他の異なるプラグと置き換えること、たとえば、貫通流路を有するプラグであって貫通流路が貫通流路の全長にわたって異なる径を有するプラグと置き換えることを、容易に行うことができる。また、保守上の理由からも有利である。というのも、損傷したプラグまたは不所望のプラグを容易に交換できるからである。

本発明の装置は、処理対象の基板の表面の中心から処理対象の基板の外側エッジへ可能な限り高い一定の電解質体積流が送られることを引き起こす適切な一定の電解質体積流、特に従来技術において既知の電解質溶液の電解質体積流を生成するために供される。

図面と併せて以下の説明を読んでも、本発明の対象、特徴および利点が明らかとなる。

本発明の好適な一実施形態の第１の装置要素の第１の支持要素にしっかりと結合された第１のアノード要素を備えた装置の概略正面図である。 図１に示されている装置の断面斜視図である。 図１に示されている装置の第１の装置要素の第１の支持要素にしっかりと結合された第１のアノード要素の断面斜視図である。 図３に示されている装置の第１の装置要素の第１の支持要素の断面斜視図である。

本明細書にて使用されている「電気金属（galvanic metal）」との用語は、基板に垂直電気金属成膜を行うための本発明の装置に適用される場合、かかる垂直成膜法に適していると知られている金属をいう。かかる電気金属には、金、ニッケルおよび銅が含まれており、好適には銅である。

ここで留意すべき点は、処理対象の基板への電解質体積流を一定にできるようにするためには、少なくとも第１のアノード要素の各貫通導管を、少なくとも第１の支持要素の少なくとも１つの対応する貫通導管と整列させなければならないことである。

本明細書にて使用されている「しっかりと結合されている」との文言は、少なくとも第１の支持要素と、支持要素の手前にある少なくとも第１のアノード要素とが、これらの間にいかなる顕著な距離も置くことなく結合されていることをいう。少なくとも第１のアノード要素および少なくとも第１の支持要素の各貫通導管にプラグが挿入されていない場合、上述の距離が無視できる程度でないと、電解質体積流が支持要素の貫通導管を通過した後、第１のアノード要素の対応する貫通導管に到達する前に不利に拡大してしまう。

しっかりと結合されている第１の支持要素と第１のアノード要素との間の上述の顕著な距離が５０ｍｍ未満、好適には２５ｍｍ未満、より好適には１０ｍｍ未満である場合、有利であることが発見された。

プラグは、任意の種類の適した非金属材料、たとえばポリマー材料等から成る。上記にて概説したように、特に好適なのは、射出成形製造プロセスで使用するのに適した材料からプラグを作製することである。

貫通流路の全長にわたる貫通流路の径は、０．１〜５ｍｍ、好適には０．２〜３ｍｍ、より好適には０．３５〜１．５ｍｍの範囲である。

好適な一実施形態では、少なくとも第１の装置要素の貫通導管のうち５０％超、より好適には８０％超、最も好適には９０％超が、少なくとも貫通流路を有するそれぞれのプラグをそれぞれ備えている。

上記実施形態に代わる他の一実施形態では、少なくとも第１の装置要素の全ての貫通導管が、少なくとも貫通流路を有するそれぞれのプラグを備えている。

少なくとも第１の装置要素の第１のアノード要素と第２の装置要素の少なくとも第１の基板ホルダとの間の２〜１５ｍｍ、好適には３〜１１ｍｍ、より好適には４〜７ｍｍの範囲の距離を利用するのが有利であることが発見された。

本明細書で使用される場合、第１のアノード要素と、対向する基板ホルダとの間の距離は、第１のアノード要素の表面から基板ホルダの対向する表面までの垂直線の長さとして測定される。

一実施形態では、少なくとも第１のアノード要素は、チタンまたはイリジウム酸化物によってコーティングされた材料を含む不溶性のアノードである。

本発明の文脈では、処理対象の少なくとも第１の基板は、丸形、好適には円形、または角形、好適には長方形、正方形または三角形等の多角形、または丸形の構造要素と角形の構造要素との混合形、たとえば半円等とすることができる。処理対象の少なくとも第１の基板は、丸形構造の場合、５０ｍｍ〜１０００ｍｍ、好適には１００ｍｍ〜７００ｍｍ、より好適には１２０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲の径を有することができ、または、角形構造、好適には多角形構造の場合、１０ｍｍ〜１０００ｍｍ、好適には２５ｍｍ〜７００ｍｍ、より好適には５０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲の辺長を有することができる。処理対象の少なくとも第１の基板は、プリント回路板、プリント回路膜、半導体ウェハ、ウェハ、太陽電池、光電池、フラットパネルディスプレイまたはモニターセルとすることができる。処理対象の第１の基板は、たとえばガラス、プラスチック、成形材またはセラミック等の、１つの材料または複数の異なる材料の混合物から構成することができる。

本発明ではさらに、第１の装置要素の少なくとも第１のアノード要素および／または少なくとも第１の支持要素の全体的な形状を、第２の装置要素の処理対象の基板および／または基板ホルダの全体的な形状に合わせることもできる。これによって、必要な装置構成条件を減らすことにより、電気金属成膜を一層効率的かつ省コストとすることができる。このことは特に、処理対象の基板が円形、矩形または正方形である場合に当てはまる。

一実施形態では、第１のアノード要素は少なくとも２つのセグメントを有し、各アノード要素セグメントは、互いに別個に電気的に制御および／または調整されることができる。

他の一実施形態では、アノードセグメント、好適には最外側のアノードセグメント、アノードセグメント内の最外側領域、好適には最外側のアノードセグメント内の最外側領域、および／または第１のアノード要素の中心の領域は、貫通導管およびプラグを有しない。

特に、たとえば第１の装置要素の少なくとも第１のアノード要素の最外側のセグメントおよび／またはアノードセグメント内の最外側領域等の、処理対象の基板の表面の所望の箇所における金属、特に銅の析出を低減するためには、電流の制御および／または調整が有利となり得る。

第１の装置要素の少なくとも第１のアノード要素の最外側のアノードセグメントおよび／または最外側のアノードセグメント内の最外側のアノード領域は、アノード要素の全表面積のうち少なくとも５％、好適には少なくとも１０％、より好適には少なくとも１５％の表面積率を有することができる。

第１の装置要素の少なくとも第１のアノード要素の最内側のアノードセグメントおよび／または最内側のアノードセグメント内の最内側のアノード領域は、アノード要素の全表面積のうち少なくとも３０％、好適には少なくとも５０％、より好適には少なくとも７０％の表面積率を有することができる。

第１の装置要素の少なくとも第１のアノード要素は、少なくとも第１のアノード要素と、第１の装置要素の少なくとも第１の支持要素とを貫通する少なくとも１つの固定要素を備えている。第１の装置要素に１つよりも多くのアノード要素および／または１つよりも多くのアノードセグメントが設けられている場合には、第１の装置要素のアノード要素および／またはアノードセグメントごとに別個に、少なくとも１つの固定要素を設けることができる。さらに本発明では、これらの固定要素が同時に、第１の装置要素の少なくとも１つのアノード要素および／または１つのアノードセグメントの電気的コンタクト要素にもなるように構成することができる。

一実施形態では、少なくとも一部のプラグの端部、好適には全部のプラグの端部が、少なくとも第１のアノード要素の表面と位置合わせされている。

代替的に、本発明の文脈では、プラグの各端部が、プラグの端部を有する各少なくとも第１のアノード要素の表面から、好適には０〜０．５０ｍｍ、より好適には０．１０〜０．４０ｍｍ、最も好適には０．２４〜０．３２ｍｍの範囲でわずかに突出するように、プラグが少なくとも第１の支持要素の裏面から少なくとも第１の支持要素の各貫通導管を通り、さらに少なくとも第１のアノード要素の各手前にある貫通導管を通って延在することも可能である。これによって、少なくとも各第１のアノード要素の表面が、電解質体積流と、これにより生じる電解質吹き付けパターンとに及ぼす、あらゆるエッジ作用を回避することにより、電解質体積流の品質が向上する。

電解質吹き付けパターンに悪影響が及ぼされるという上述のかかる欠点は、典型的には、プラグが短すぎて少なくとも第１のアノード要素の表面に達することができないことにより生じ得る。

本発明の文脈では、「第１のアノード要素表面」とは、第１のアノード要素の、処理対象の基板の対向する表面を向いた表面をいう。

本発明の文脈では、「第１の支持要素表面」とは、第１の支持要素の、第１のアノード要素の手前にある表面を向いた表面をいう。

しかし、理想的な事例は、プラグの端部が少なくとも第１のアノード要素の表面と位置合わせされていること、すなわち、プラグ端部が少なくとも第１のアノード要素の表面で正確に終端するように、プラグの全長が調整されていることである。

一実施形態では、複数のプラグが少なくとも第１のアノード要素にわたって均一に、好適にはドットマトリクスの形態で分布している。

この特定の実施形態は、均一な電解質体積流を生成することにより、処理対象の基板に均一な電気金属成膜を生じさせるアプローチを提供する。

上記の一実施形態に代わる他の一実施形態では、複数のプラグは少なくとも第１のアノード要素にわたって不均一に、好適には、規定の面積あたりのプラグの数が少なくとも第１のアノード要素の中心から第１のアノード要素のより外側の領域に向かって減少していくように分布している。

このことにより、より外側にあるプラグを通って到来してくる追加の電解質体積流によって、少なくとも第１の装置要素の中心から外側のエッジへ流れる電解質の総体積流量が、連続的に過度に増大しないという利点が奏される。

一実施形態では、各プラグの貫通流路は、貫通流路の全長にわたって等しい一定の径を有する。

他の一実施形態では、プラグの貫通流路は、複数のプラグの中の別の貫通流路の全長にわたって一定の径を有する。

上記の本実施形態の好適な一実施形態では、各プラグの貫通流路の全長にわたる貫通流路の一定の径は、少なくとも第１の装置要素の中心のプラグから各第１の装置要素の中でより外側に配置されているプラグに向かって減少していく。

このことにより、より外側にあるプラグを通って到来してくる追加の電解質体積流によって、少なくとも第１の装置要素の中心から外側のエッジへ流れる電解質の総体積流量が、連続的に過度に増大しないという利点が奏される。プラグの貫通流路の全長にわたる貫通流路の径が小さくなるほど、プラグを通る電解質体積流の速度が速くなる。このことにより、少なくとも第１の装置要素の中心から外側のエッジへの全体的な電解質体積流がより高速に流れるのを支援することができる。

代替的な一実施形態では、各プラグの貫通流路の全長にわたる貫通流路の一定の径は、少なくとも第１の装置要素の中心のプラグから各第１の装置要素の中でより外側に配置されているプラグに向かって増加していく。

このことによって、たとえば、各第１の装置要素の第１の部分領域の貫通流路の全長にわたる一定の径と、第１の装置要素の第２の部分領域の貫通流路の全長にわたる一定の径とを、異なる径に選択することによって、特定の箇所において特定の電解質体積流条件をユーザが生成できるように、プラグのシステムを適合することができる。このことによって、処理すべき基板ごとに装置を固有に調整できるようにするため、最大限の調整可能性がユーザに対して提供される。

一実施形態では、少なくとも第１の装置要素はさらに、いかなる貫通流路も有しない複数のダミープラグを備えている。

このダミープラグは、少なくとも貫通流路を有するプラグと共に設けることができ、かつ／または、ダミープラグは、少なくとも貫通流路を有するプラグのうち一部と置き換わることができる。これによって、処理すべき基板の表面へ送られる電解質体積流を特定の異なる顧客要求に依存して調整するために、電解質体積流に所望の影響を及ぼすための確実なアプローチが提供される。たとえば、少なくとも第１の装置要素の規定の表面積における少なくとも貫通流路を有する特定数のプラグと置き換わるダミープラグが多いほど、その表面積における電解質の総体積流量が少なくなる。その逆についても同様のことが当てはまる。

一実施形態では、第１のアノード要素の複数の貫通導管は、第１のアノード要素表面の垂線に対して０°〜８０°の間、好適には１０°〜６０°の間、より好適には２５°〜５０°の間の角度、または代替的に、０°〜２０°の範囲、好適には０°〜１０°の範囲、より好適には０°〜５°の範囲の角度を有する直線の形態で、第１のアノード要素を通る。

貫通導管は、通常は丸形または楕円形の横断面を有する。これに代えて、長孔の横断面を設けることもでき、好適には、長孔の向きを、第１のアノード要素の中心から外側に向かう向きとすることができる。

一実施形態では、第１の支持要素の複数の貫通導管は、第１の支持要素表面の垂線に対して０°〜８０°の間、好適には１０°〜６０°の間、より好適には２５°〜５０°の間の角度、または代替的に、０°〜２０°の範囲、好適には０°〜１０°の範囲、より好適には０°〜５°の範囲の角度を有する直線の形態で、第１の支持要素を通る。

貫通導管は、通常は丸形の横断面、好適には円形の横断面を有する。

一実施形態では、第１のアノード要素の複数の貫通導管は、第１のアノード要素表面の垂線に対して角度αを有する直線の形態で、第１のアノード要素を通り、第１の支持要素の複数の貫通導管は、第１の支持要素表面の垂線に対して角度βを有する直線の形態で、第１の支持要素を通り、αとβとは実質的に等しい。

本発明において「αとβとは実質的に等しい」との文言は、αとβとが実質的に同一である場合をいう。好適には、αとβとの偏差が５°未満、より好適には３°未満、より好適には１°未満である。典型的には、αとβとが同一であるのが好適である。

角度が０°であるのが特に好適である。しかし、処理対象の基板の外側エッジに送られる制御される電解質体積流が望ましい場合には、代替的に、角度が１０°〜６０°の間であるのが好適である。

一実施形態では、第１の支持要素の複数の貫通導管は、第１の支持要素の中心まわりの同心円の形状で、第１の支持要素の表面に配置されている。

より好適には、第１の支持要素の中心まわりの１つの同心円内の貫通導管が、それぞれ異なる角度を有しており、好適には、同心円の一部を含み、各第２の貫通導管は、支持要素表面の垂線に対して、それぞれの先行する貫通導管の対頂角を有している。より好適には、同心円の各第２の貫通導管が、支持要素表面の垂線に対して、それぞれの先行する貫通導管の対頂角を有している。

代替的に、第１の支持要素の中心まわり付近に配置された第１の同心円内の貫通導管は、第１の支持要素の中心まわりかつ第１の同心円より外側にある少なくとも第２の同心円内の貫通導管より小さい角度を有しており、好適には、第１の支持要素の貫通導管のより外側の全ての同心円内の貫通導管が、より大きな角度を有し、特に、全て同一のより大きな角度を有している。

一実施形態では、少なくとも第１のアノード要素は、少なくとも部分的に少なくとも第１の支持要素によって包囲されており、少なくとも第１の支持要素の少なくとも第１のアノード要素側は空洞を有し、空洞は、少なくとも第１の支持要素の上側エッジと少なくとも第１のアノード要素の上側エッジとが一直線になり、または一直線にならないように、好適には一直線になるように、少なくとも第１のアノード要素を受けるためのものである。

かかる装置によって、第１の支持要素の上側エッジと第１のアノード要素の上側エッジとの好適な位置合わせに基づいて、第１の装置要素の非常にコンパクトな構成が達成される。したがって、第１のアノード要素は、従来技術で知られている第１の支持要素から離隔した、装置の別個の個片ではなく、一体的な装置ユニットとなり、これによって、より小型の省コストの装置が達成され、第１のアノード要素も、第１の装置要素全体の安定性を支援する。

本発明は、処理溶液の一定の体積流速を保証する装置を開示し、体積流速は０．１〜３０ｍ／ｓ、好適には０．５〜２０ｍ／ｓ、より好適には１〜１０ｍ／ｓの範囲である。

処理対象の基板の中心の表面から処理対象の基板の外側エッジへ流れる処理溶液の総体積は、第１の装置要素の少なくとも第１の支持要素および少なくとも第１のアノード要素の貫通導管を介して追加の体積流が基板表面に達して、基板の中心から外側エッジへの途上で既に基板表面を通過している体積流と組み合わさることに起因して、恒常的に増加していく。

第１の装置要素の少なくとも第１の支持要素の全厚は４ｍｍ〜２５ｍｍ、好適には６ｍｍ〜１８ｍｍ、より好適には８ｍｍ〜１２ｍｍの範囲であり、かつ第１の装置要素の少なくとも第１のアノード要素の全厚は１ｍｍ〜２０ｍｍ、好適には２ｍｍ〜１０ｍｍ、より好適には３ｍｍ〜５ｍｍの範囲である。

第１の装置要素の少なくとも第１の支持要素の上側エッジと少なくとも第１のアノード要素の上側エッジとを一直線にすることにより、第１の装置要素の少なくとも第１の支持要素および少なくとも第１のアノード要素の、第２の装置要素の処理対象の基板の対応する側とは反対側が、均一かつ平坦な表面を有し、第１の装置要素の少なくとも第１のアノード要素と少なくとも第１の支持要素との間の高低差の形態のいかなる障害物も有しないことに起因して、第１の装置要素の少なくとも第１のアノード要素の全厚の上述の制限が支援される。

これに代わる他の一実施形態では、第１の装置要素はさらに、少なくとも第１のアノード要素に取り外し可能に結合された第２の支持要素を備えており、この第２の支持要素は好適には、少なくとも第１の支持要素にも結合されている。その際には、少なくとも第１のアノード要素と、好適には少なくとも第１の支持要素も、少なくとも部分的に上述の第２の支持要素によって包囲されており、その際には、第２の支持要素の上側エッジと、第１のアノード要素の第２の支持要素側の上側エッジとが一直線になっており、または一直線になっておらず、好適には一直線になっている。上述の第２の支持要素は、少なくとも第１のアノード要素の表側表面に配置された、少なくとも部分的に包囲する要素、特にリングであってもよい。

好適な一実施形態では、本装置はさらに第３の装置要素を備えており、第２の装置要素が第１の装置要素と第３の装置要素との間に配置されるように、第３の装置要素は垂直に、かつ第１の装置要素および第２の装置要素に対して平行に配置されている。第３の装置要素は好適には、第１の装置要素と同一である。

より好適な実施形態では、第３の装置要素の第１の支持要素の貫通導管とは反対側である第１の装置要素の第１の支持要素の貫通導管の角度は同一であり、または異なり、好適には同一である。

より好適な他の一実施形態では、第１の装置要素の第１の支持要素の複数の貫通導管が、第３の装置要素の第１の支持要素の複数の貫通導管と同一または異なる態様で分布するように、第３の装置要素は配置されている。

より好適な他の一実施形態では、第３の装置要素の第１の支持要素の貫通導管に対する第１の装置要素の第１の支持要素の貫通導管を特定の向きに設定するため、第１の装置要素と第３の装置要素とは、垂直配置対の平行な平面内で互いに回転している。

一実施形態では、第１の装置要素および／または第３の装置要素はさらに、複数の貫通導管を有するマスキング要素を備えており、マスキング要素は、第１の装置要素および／または第３の装置要素の少なくとも第１のアノード要素に取り外し可能に結合されており、好適には、第１の装置要素および／または第３の装置要素の少なくとも第１の支持要素にも結合されている。マスキング要素の表面における複数の貫通導管の分布は、一様または非一様とすることができる。

第１および／または第３の装置要素の各第１のアノード要素の手前に配置されたかかるマスキング要素は、第１のアノード要素から自己の経路を辿って処理対象の基板へ到来する電界の分布および構成に影響を及ぼす。よって、使用しようとしている処理対象の基板の種類に依存して、マスキング要素は、最も効果的な所望の均一な電界分布が生成され、これによって結果として、処理対象の基板の表面上に最も効果的な均一な電気金属成膜が得られるように、上述の電界に影響を及ぼす可能性を提供する。

また、ブラインドホールおよび／またはスルー接続ビアの密度が異なる複数の異なる領域を有する処理対象の基板を取り扱えるようにするため、電気金属成膜プロセス中に、複数の異なる所望の電気金属成膜密度領域を生成することも可能である。よって、処理対象の基板の表面および／または構造的組成またはレイアウトに依存して、マスキング要素を個別に設計することができる。

かかる個別の設計は、そのような個別のパーフォレーション構造を有するマスキング要素の貫通導管の意図的な特定の分布によって達成することができる。マスキング要素は、効果的になるためには、不所望の電界エッジ作用を回避するため、第１のアノード要素と少なくとも等しい寸法のサイズを有しなければならない。

さらに、本発明の課題は、基板に垂直電気金属成膜、好適には銅成膜を行うための方法であって、
ｉ）本発明の上述の装置を調達するステップと、
ii）プラグの貫通流路に通して、第２の装置要素の少なくとも第１の基板ホルダによって受けられた処理対象の少なくとも第１の基板の側であって、第１の装置要素の第１のアノード要素のアノード表面を向いた側へ、電解質体積流を案内するステップと、
iii）第２の装置要素を、処理対象の少なくとも第１の基板の処理面に対して平行な２つの方向であって、互いに直交する２つの方向に移動させ、かつ／または、基板を振動させて移動し、好適には、処理対象の少なくとも第１の基板の処理面に対して平行な円形の経路上で移動させるステップと、
を含むことを特徴とする方法によっても解決される。

本発明では、少なくとも第１の支持要素の裏面からプラグの貫通流路を通って第２の装置要素の処理対象の基板の表面に達する、プラグ内の一定の電解質体積流の電解質体積流量および電解質体積流速が等しくなり、または少なくとも比較的類似することを保証するため、到来した電解質体積流が、可能であれば、全て等しい圧力で、または少なくとも比較的類似の圧力で、少なくとも第１の支持要素の裏面のプラグの開口に達するようにすることが有利であることが発見された。

本方法の好適な一実施形態では、本方法は、ステップｉ）において、本発明の装置はさらに第３の装置要素を備えており、第２の装置要素は、第１の装置要素と第３の装置要素との間に配置されており、第３の装置要素は、複数の貫通導管を有する少なくとも第１のアノード要素と、複数の貫通導管を有する少なくとも第１の支持要素とを有し、少なくとも第１のアノード要素と少なくとも第１の支持要素とは、互いにしっかりと結合されており、第３の装置要素はさらに、少なくとも貫通流路をそれぞれ有する複数のプラグを有し、各プラグは、少なくとも第１の支持要素の裏面から少なくとも第１の支持要素の貫通導管を通り、さらに少なくとも第１のアノード要素のそれぞれ手前にある貫通導管を通って延在するように配置されていること、
ステップii）において、プラグの貫通流路に通して、第２の装置要素の少なくとも第１の基板ホルダによって受けられた処理対象の少なくとも第１の基板の側であって、第３の装置要素の第１のアノード要素のアノード表面を向いた側へ、第２の電解質体積流を案内すること、および
ステップiii）において、第２の装置要素を第１の装置要素と第３の装置要素との間で、処理対象の少なくとも第１の基板の処理面に対して平行な２つの方向であって、互いに直交する２つの方向に移動させ、かつ／または基板を振動させて移動し、好適には、処理対象の少なくとも第１の基板の処理面に対して平行な円形の経路上で移動させること
を特徴とする。

よって、本発明は、従来技術の上述の欠点の解消に成功する、基板に垂直電気金属成膜、好適には銅成膜を行うための装置と、かかる装置を用いた方法とを実現する問題に対応したものである。

以下の非限定的な実施例は、本発明の好適な一実施形態を詳解するためのものであり、同実施形態では、第１の装置要素の第１のアノード要素が、第１の装置要素の第１の支持要素によって完全に包囲されており、第１の支持要素の第１のアノード要素側は空洞を有し、空洞は、第１の支持要素の上側エッジと第１のアノード要素の上側エッジとが一直線になるように第１のアノード要素を受けるためのものである。この好適な実施形態は、本発明の理解を容易にするものであるが、本発明の範囲を限定することを意図したものではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定まる。

ここで図面を参照すると、図１は、本発明の好適な一実施形態の装置の概略的な正面図である。

同図には、第１の装置要素１を備えた、基板に垂直電気金属成膜、好適には銅成膜を行うための装置が示されており、第１の装置要素１は、複数の貫通導管を有する第１のアノード要素と、複数の貫通導管を有する第１の支持要素１０とを備えている。

第１のアノード要素と第１の支持要素１０とは互いにしっかりと結合されている。

第１の装置要素１はさらに複数のプラグ７を備えており、各プラグは貫通流路を有し、各プラグは、第１の支持要素１０の裏面から第１の支持要素１０の貫通導管を通り、さらに第１のアノード要素のそれぞれの手前にある貫通導管を通って延在するように配置されている。

本実施形態では、全てのプラグ７の端部が第１のアノード要素の表面と位置合わせされており、全てのプラグ７が第１の装置要素１に取り外し可能に結合されている。

図１に示されている好適な本実施形態では、全てのプラグ７がドットマトリクスの形態で第１のアノード要素にわたって均一に分布しており、各プラグ７の貫通流路は、貫通流路１２の全長にわたって等しい一定の径を有する。

ここでは、第１のアノード要素の全ての貫通導管が、第１のアノード要素表面の垂線に対して０°の角度を有する直線の形態で、第１のアノード要素を通っている。

ここではまた、第１の支持要素１０の全ての貫通導管も、第１の支持要素表面の垂線に対して０°の角度を有する直線の形態で、第１の支持要素１０を通っている。

よって、第１のアノード要素の貫通導管と第１の支持要素１０の貫通導管とは、好適な本事例では同一の０°の角度を有する。

さらに、第１のアノード要素は第１の支持要素１０によって完全に包囲されており、第１の支持要素１０の第１のアノード要素側は空洞を有し、空洞は、第１の支持要素１０の上側エッジと第１のアノード要素の上側エッジとが一直線になるように、第１のアノード要素を受けるためのものである。

図１に示されている好適な実施形態はさらに、第１のアノード要素の第１のアノードセグメント２、第２のアノードセグメント３、および第１のアノードセグメント２と第２のアノードセグメント３との間の介在間隔４を備えている。好適な本実施形態では、第１のアノード要素の第３のアノードセグメントは、最外側のアノード領域９として示されている。

さらに、図１は、第１のアノードセグメント２内に、第１のアノード要素の第１のアノードセグメント２の４つの異なる固定および電気的コンタクト要素５を示しており、かつ第１のアノード要素の第３のアノードセグメント９内に、４つの異なる固定および電気的コンタクト要素６を示している。これら４つの異なる固定および電気的コンタクト要素６は、第１のアノード要素の円形の第２のアノードセグメント３外に配置されている。最後に、第１の支持要素１０の固定要素１１が設けられている。

さらに、図１は、第１の装置要素１の第１のアノード要素の第１のアノードセグメント２の複数のプラグ７が、第１の装置要素１の中心８のまわりに円形に配置されているのを示している。

図２は、図１に示されている装置の断面斜視図である。図２は、複数のプラグ７の拡大図で示すことによって、本発明の理解を容易にするためのものである。

同図では、複数のプラグ７を半分に分けている断面斜視図によって、各プラグ７がそれぞれ貫通流路１２を有すること、および全てのプラグ７の端部が第１のアノード要素の表面と位置合わせされており、全てのプラグ７が第１の装置要素１に取り外し可能に結合されていることを、容易に認識することができる。また、この拡大図では、各プラグ７の貫通流路１２が、貫通流路１２の全長にわたって等しい一定の径を有することも、より良好に認識することができる。

図３は、図１に示されている第１の装置要素１の他の断面斜視図であり、それに対して図４は、図３に示されているものと同一の、第１の装置要素１の断面斜視図であるが、第１のアノード要素を示しておらず、第１のアノード要素は図解のために除外されている。よって、もちろん通常の現場ではアノード要素を備えなければならないが、プラグ７の幾何学的形状および配置をより良好に認識することができる。

本発明の原理を、例示のために特定の具体的な実施形態との関連において説明して提示したが、当業者が本明細書を読めば、本発明の種々の態様が明らかであると解すべきである。よって、本明細書に開示されている発明は、添付の特許請求の範囲に属するかかる態様を包含することを意図したものであると解すべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。

１ 第１の装置要素
２ 第１のアノード要素の第１のアノードセグメント
３ 第１のアノード要素の第２のアノードセグメント
４ 第１のアノード要素の第１のアノードセグメントと第２のアノードセグメントとの間の介在スペース
５ 第１のアノード要素の第１のアノードセグメントの固定および電気的コンタクト要素
６ 第１のアノード要素の第３のアノードセグメントの固定および電気的コンタクト要素
７ 第１の装置要素のプラグ
８ 第１の装置要素の中心
９ 第１のアノード要素の最外側のアノード領域
１０ 第１の装置要素の第１の支持要素
１１ 第１の支持要素の固定要素
１２ プラグの貫通流路

Claims (14)

1. 基板に垂直電気金属成膜、好適には銅成膜を行うための装置であって、
   垂直かつ互いに平行に配置された第１の装置要素（１）および第２の装置要素を少なくとも備えており、
   前記第１の装置要素（１）は、複数の貫通導管を有する少なくとも第１のアノード要素と、複数の貫通導管を有する少なくとも第１の支持要素（１０）とを有し、
   前記少なくとも第１のアノード要素と前記少なくとも第１の支持要素（１０）とは、互いにしっかりと結合されており、
   前記第２の装置要素は、処理対象の少なくとも第１の基板を受けるように適合された少なくとも第１の基板ホルダを備えており、
   前記少なくとも第１の基板ホルダは、前記処理対象の少なくとも第１の基板を受け入れた後、該処理対象の少なくとも第１の基板の外側フレームに沿って、該処理対象の少なくとも第１の基板を少なくとも部分的に包囲する、装置において、
   前記少なくとも第１の装置要素（１）はさらに、少なくとも貫通流路（１２）をそれぞれ有する複数のプラグ（７）を有し、
   各プラグ（７）は、前記少なくとも第１の支持要素（１０）の裏面から少なくとも第１の支持要素（１０）の貫通導管を通り、さらに前記少なくとも第１のアノード要素のそれぞれ手前にある貫通導管を通って延在するように配置されており、
   全ての前記プラグ（７）が前記少なくとも第１の装置要素（１）に取り外し可能に結合されている
   ことを特徴とする装置。
2. 前記プラグ（７）のうち少なくとも一部のプラグの端部、好適には全部の前記プラグ（７）の端部が、前記少なくとも第１のアノード要素の表面と位置合わせされている、請求項１記載の装置。
3. 前記複数のプラグ（７）は前記少なくとも第１のアノード要素にわたって均一に分布しており、好適にはドットマトリクスの形態で分布している、請求項１または２記載の装置。
4. 前記複数のプラグ（７）は前記少なくとも第１のアノード要素にわたって不均一に、好適には、規定の面積あたりの前記プラグ（７）の数が前記少なくとも第１のアノード要素の中心（８）から該アノード要素のより外側の領域に向かって減少していくように分布している、請求項１または２記載の装置。
5. 各プラグ（７）の貫通流路（１２）は、該貫通流路（１２）の全長にわたって等しい一定の径を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 前記プラグ（７）の貫通流路（１２）は、該貫通流路（１２）の全長にわたって一定の径を有しており、該一定の径は、前記複数のプラグ（７）の間で異なる、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
7. 各プラグ（７）の貫通流路（１２）の全長にわたる貫通流路（１２）の前記一定の径は、前記少なくとも第１の装置要素（１）の中心（８）のプラグ（７）から各第１の装置要素（１）の中でより外側に配置されているプラグ（７）に向かって減少していく、請求項６記載の装置。
8. 前記少なくとも第１の装置要素（１）はさらに、いかなる貫通流路（１２）も有しない複数のダミープラグを備えている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 前記第１のアノード要素の複数の貫通導管は、前記第１のアノード要素表面の垂線に対して０°〜８０°の範囲、好適には１０°〜６０°の範囲、より好適には２５°〜５０°の範囲の角度、または代替的に、０°〜２０°の範囲、好適には０°〜１０°の範囲、より好適には０°〜５°の範囲の角度を有する直線の形態で、前記第１のアノード要素を通る、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. 前記第１の支持要素（１０）の複数の貫通導管は、前記第１の支持要素表面の垂線に対して０°〜８０°の間、好適には１０°〜６０°の間、より好適には２５°〜５０°の間の角度、または代替的に、０°〜２０°の範囲、好適には０°〜１０°の範囲、より好適には０°〜５°の範囲の角度を有する直線の形態で、前記第１の支持要素（１０）を通る、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
11. 前記第１のアノード要素の複数の貫通導管は、前記第１のアノード要素表面の垂線に対して角度αを有する直線の形態で、前記第１のアノード要素を通り、かつ、前記第１の支持要素の複数の貫通導管は、前記第１の支持要素表面の垂線に対して角度βを有する直線の形態で、前記第１の支持要素を通り、αとβとは実質的に等しい、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
12. 前記少なくとも第１のアノード要素は、少なくとも部分的に前記少なくとも第１の支持要素（１０）によって包囲されており、
    前記少なくとも第１の支持要素（１０）の前記少なくとも第１のアノード要素側は空洞を有し、
    前記空洞は、前記少なくとも第１の支持要素（１０）の上側エッジと前記少なくとも第１のアノード要素の上側エッジとが一直線になり、または一直線にならないように、好適には一直線になるように、前記少なくとも第１のアノード要素を受けるためのものである、
    請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
13. 基板に垂直電気金属成膜、好適には銅成膜を行うための方法であって、
    ｉ）請求項１記載の装置を調達するステップと、
    ii）プラグ（７）の貫通流路（１２）に通して、第２の装置要素の少なくとも第１の基板ホルダによって受けられた処理対象の少なくとも第１の基板の側であって、第１の装置要素（１）の第１のアノード要素のアノード表面を向いた側へ、電解質体積流を案内するステップと、
    iii）前記第２の装置要素を、前記処理対象の少なくとも第１の基板の処理面に対して平行な２つの方向であって、互いに直交する２つの方向に移動させ、かつ／または前記基板を振動させて移動し、好適には、前記処理対象の少なくとも第１の基板の処理面に対して平行な円形の経路上で移動させるステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
14. ステップｉ）において、請求項１記載の装置はさらに第３の装置要素を備えており、前記第２の装置要素は、前記第１の装置要素（１）と前記第３の装置要素との間に配置されており、前記第３の装置要素は、複数の貫通導管を有する少なくとも第１のアノード要素と、複数の貫通導管を有する少なくとも第１の支持要素（１０）とを有し、前記少なくとも第１のアノード要素と前記少なくとも第１の支持要素（１０）とは、互いにしっかりと結合されており、前記第３の装置要素はさらに、少なくとも貫通流路（１２）をそれぞれ有する複数のプラグ（７）を有し、各プラグ（７）は、前記少なくとも第１の支持要素（１０）の裏面から該少なくとも第１の支持要素（１０）の貫通導管を通り、さらに前記少なくとも第１のアノード要素のそれぞれ手前にある貫通導管を通って延在するように配置されており、
    ステップii）において、前記プラグ（７）の貫通流路（１２）に通して、前記第２の装置要素の前記少なくとも第１の基板ホルダによって受けられた前記処理対象の少なくとも第１の基板の側であって、前記第３の装置要素の第１のアノード要素のアノード表面を向いた側へ、第２の電解質体積流を案内し、
    ステップiii）において、前記第２の装置要素を前記第１の装置要素（１）と前記第３の装置要素との間で、前記処理対象の少なくとも第１の基板の処理面に対して平行な２つの方向であって、互いに直交する２つの方向に移動させ、かつ／または、前記基板を振動させて移動し、好適には、前記処理対象の少なくとも第１の基板の処理面に対して平行な円形の経路上で移動させる、
    請求項１３記載の方法。

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