TWI254085B - Nonelectrolysis plating device and method thereof - Google Patents

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經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 f 合 作 社 印 製 1 1254085 A7 B7 五、發明說明（1 ) [發明之背景] [發明之技術領域] 本發明係關於一種適用於半導體基板之配線形成（包 含有：對配線用之溝等進行之鋼等金屬之填充，或助生層 形成，或用以在該助生層上進行補強而形成之補助助生層 形成）或配線保護膜形成或擴散防止膜形成之無電解電鍍 裝置及方法。 [相關技術之概述] 無電解電鍍’係指在不會從外部形成電流的狀態下， 將電鍍液中的金屬離子以化學方式還原，以在被電鍍材的 被電鑛面上形成電鐘膜的方法’該方法廣泛地使用在耐腐 蝕、耐磨性之鎳磷、鎳硼電鍍，以及印刷配線基板用鋼電 鍍等。 該無電解電鍍裝置為一般所熟知的裝置，其係具備 有·用以使無電解電鑛液溢流同時予以保持之電鑛槽；及 配置於該電鍍槽之上部，可將基板等被電鍍材予以橫向保 持且可自由上下移動的保持部；可將利用該保持部而保持 之被電鍍材浸潰（所謂的浸鍍（DIP))在電鍍槽内的電鍍液 中此外，具備有·將基板等被電鍍材朝上（面朝上）保持 之保持部；以及將電鍍液供給至由該保持部所保持之被電 鍍材之上面（被電鍍面）之電鍍液供給部；其係使電鍍液沿 者由該保持部所保持之被電鍍材上面而流動之裝置，亦為 一般所熟知者。而在面朝上型電鍍裝置方面，則有一種由 電鍍液供給部對被電鑛材上面（被電鏡面）供給電鑛液，並 本紙張尺度適用中_家標準（CNS)A4規格⑽x 297公髮） 313133 — 14—-----------------訂 *--------^線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1254085

1254085 A7 B7__ 五、發明說明（3 ^ ' 但是，在以往的DIP型夾具固定式之電鍍，不易使基 板上的流向一致，而流塗放夕 έ 呈式之面朝上型電鍍，則在流向的 控制及液溫的均勻化上均有問題。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第11圖係以在之DIP型無電解電錢裝置之概略構成 圖。如第11圖所示’該無電解電鍍裝置係具備有：用以蓄 積電鑛液281之電鑛處理槽28G;用以保持半導體基板W 的基板保持裝置（基板保持機構）29G。無電解電鑛，由於在 半導體基板W的被電鍍面W1與電錢液之接液部分中的溫 度非預定溫度（例如6(rc)時，無法產生良好反應，因此， 為了將電鑛處理槽280内的電鍍液281加熱並保持在預定 之疋/見度，乃於電鍍處理槽2 80取出電鍍處理槽2 8〇内 之電鍍液，並以泵P連接循環之配管282，並裝設可在配 管282中將電鑛液加熱到預定溫度之加熱器等加熱裝置 (加熱機構）283。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另一方面，基板保持裝置290，除形成可覆蓋半導體 基板W的被電鍍面W1以外的面的形狀外，並且使半導體 基板w的被電鍍面％丨上下豎立，以浸潰於電鍍處理槽28〇 内。使半導體基板w的被電鍍面W1於電鍍處理槽28〇内 上下豎立，係由於在進行無電解電鍍時，雖會因被電鍍面 W1上的電鍍反應而產生氣體，但當該氣體滯留於被電鍍 面W1上時，將阻礙該部分之電鍍反應，因此必須使該氣 體能夠很容易地從被電鍍面W1中脫離。 但是，在上述以往之無電解電鍍裝置中，由於必須使 半導體基板W的被電鍍面W1在電鍍處理槽28〇内上下豎 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 313133 1254085 ____B7 五、發明說明（ 2 U ’因此有必要將電鍍處理槽28G予以加深，而無 '達到小型化目的’同時因為必須將加熱裝置283設置在 電鍍處理槽280之外邱 甘μ · 邵，基於此點，而產生無法達到裝置 整體小型化之問題。 另-方面’對半導體基板w進行銅電鑛時，電鑛液溫 :例如在峨左右時’若產…之變化，則在！分鐘的 電鍍時間内將產生約】e 、 約L8nm的膜厚差，因此需要有極正確 之溫度管理，但如前芦 斤述，因無法將電鍍處理槽28〇予以 型化，故所收容之電鍍液量將變多，而造成電鍍液之正 碟溫度管理難以進行，除 除此之外’尚有因電鍍液使用量增 而導致用以加熱·保溫之消耗電力也隨之增加之問題。 [發明之概述] 一本發明係鐘於上述問題而創作者，其第1目的在提供 電解電鍍裝置，可㈣於被電鑛材之被電鑛面上形 戚更均勻之臈厚之電鍍膜。 :外’本發明之第2目的在提供一種無電解電鍍裝置 二：：，：僅可達到裝置之小型化，同時可減少電鏟處理 、文吏用里，以達到正確之溫度管理。 為達成上述第i目的’本發明之第 鍍裝置铩具備有：星右垴舳加』 U解電 Μ你 ’、有加熱和並使被電鍍面朝下以保持 «鍍材之保持部，將預定溫度之無電解電鍍液導入電鍍 ▲並使之溢流至溢流檔板同時予以保持之電鑛槽’· 係使由前述保持部所保持之被電鑛材與前述電 鑛液相接觸以進行電鍍處理。無電解電鍍液最 本紙張(CNS)A4規格⑵0 4

I 訂 線 313133 A7 1254085 五、發明說明（5 , 好藉由向上之流向而導入至電鍍槽内。 在此，加熱部雖可裝置在保持部或以一體成形方式内 裝於保持部中，但以内裝方式較能有效且均勻地傳導熱， 故較為理想。藉此，以保持部保持被電鍍材，並以内裝於 該保持部之加熱部將被電鍍材加熱至與電鍍液相同之溫 度，並藉由將被電鍍材浸潰於預定之溫度之電鍍液中以進 行電鍍處理，可防止在進行電鍍處理中，在被電鍍材之被 電鍍面内產生溫度不勻，或電鍍溫度於電鐘處理中產生變 化，同時，籍由在電鍍室内產生向上方流動且向外擴散之 電鍍液之一定且穩定的流向，使電鍍處理中之電鍍液相對 於被電鍍材之被電鍍面之垂直方向的速度分佈（擴散層或 父界層厚度）可於被電鍍面全域上呈均勻狀態。 導入至该電鍍槽的電鍍液溫度例如為25至9〇°c，理 想為55至801：左右，此外該電鍍液流量，例如在i至 30L(公升）/min，理想為i至2〇L/min，而更理想者為1至 10L/min左右。但是，該等最適當流量係因程序溫度、還 原反應形態而有所不同。 於本發明之最佳形態中，其特徵為：前述保持部係構 成可自由旋轉之形式。因此，藉由以保持部保持被電鍍材 並使之旋轉，可使電鍍處理中之電鍍液相對於被電鍍材之 被電鍍面之垂直方向的速度分佈更為均勻^該旋轉速度， 例如為0至10〇rpm(0至l〇0min-i)，而以〇至5〇rpm(〇至 50mm·1)左右為佳。但是，該等最適當旋轉速度，係因還 原反應形fe、所要求之面内膜厚均勻性而有所不同 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐） 313133 IΛ ^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 1254085 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 297公釐） A7 五、發明說明（6 ) 而於t發明之最佳形態中，其特徵為：與前述電鍍室底 面之至少由前述保持部所保持之被 - 种且古紐u + 电鐵材相對向的區域， 係具有朝上方且向外擴張之2次曲 精此’在具有電鑛 ”一人、線的區域中’電鍵液可沿著電錢室之底面形 成層“順利流動，並在流動途中防止發生局部性之旋 渴。 本發明之理想形態’其特徵為：在前述電錢槽内部設 有用以對由該電鑛槽内所保持的電鍍液進行加熱的加熱 =’或可與外部進行隔熱的隔熱材。藉此，可防止例如高 溫的電鍍液在流經電鍍室之内部時逐漸冷卻。 、、本發月之最佳形態中’其特徵為：前述保持部係利 用真空夾盤或靜電夾盤來保持基板。 欲在基板上形成均勻的流向時，基板外圍的密封（WM) 的存在係擾亂流向之主要原因。為進一步提昇面内均句性 的精確度時，基板電鍍面以無密封的形式為佳。因此，夾 盤係使用背面作為真空夾盤或靜電夾盤，而在背面外圍去 除密封。 本發明之基板處理裝置之一形態，其特徵係具備有： 於基板表面形成電鍍膜之前述無電解電鍍裝置；在藉由前 述無電解電鍍裝置對基板表面進行無電解電鍍之前，形成 觸媒層之裝置。 為達成上述第2目的，本發明之第2形態，係一種無 電解電錢方法’其特徵為：係在基板之被電鍍面朝下的狀 1 T t該被電鍍面與無電解電鍍處理液相接觸以進行處 本紙張尺度翻中國國家標準（&)Α4規格（21〇 x 313133 — ΙΊΙΙΙΙΙΙΙΙ - — — — — III ^ ·11111111 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 1254085 ----------- 五、發明說明（7 ) 理。藉此，可很容易地使電鍍處理液與被電鍍面相接觸。 此外，可減少所使用之電鍍處理液的量，使電錢處理液之 正確溫度管理易於進行，同時可降低用以加熱保溫之消耗 電力。 在此，若使前述被電鍍面以傾斜狀態接觸無電解電梦 處理液，即可有效地將被電鍍面上所產生之氣體從被電梦 面上去除。 此外藉由在前述被電鍍面上使無電解電鍍處理液形 成預定方向的流向，可使於前述被電鍍面上所產生的氣 體’隨耆無電解電鑛處理液的流動而從被電鍍面上去除， 而有效地去除氣體。 此外，本發明之第2形態之無電解電鍍裝置，其特徵 係具備有：在保持於預定之電鍍處理溫度之狀態下儲存電 鐘處理液之電鍛處理液保持裝置；以及在使該被電鍰面朝 下之狀態下保持基板，同時使所保持之基板之被電鍍面與 前述電鍍處理液相接觸之構造的基板保持裝置。藉由如此 構成，可達到電鍍處理液保持裝置之小型化，及裝置整體 之小型化。 在此，前述電鍍處理液保持裝置之理想構成，係在底 面設置加熱器，並且在加熱器周圍上設置用以保持電鍍處 理液的檔板。 [圖面之簡單說明] 第1A圖至弟1C圖’係電錢步驟之一例之圖示。 第2圖係本發明之第1樣態之第1實施形態之無電解 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 313133 --------------tiui. 丨訂---------線 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 8 1254085 A7 B7 五、發明說明（8 ) 電鍍裝置之剖視圖。 第3圖係本發明之第1樣態之第2實施形態之無電解 電鍍裝置之剖視圖。 第4圖係具備第2圖所示之無電解電鍍裝置之基板處 理裝置之平面配置圖。 第5圖係第2圖所示之無電解電鍍裝置之變形例之剖 視圖。 第6圖係本發明之第2樣態之無電解電鍍裝置基本構 造之概略構成圖。 第7圖係本發明之第2樣態之無電解電鍍裝置之其他 實施形態之概略構成圖。 第8圖係本發明之第2樣態之無電解電鍍裝置之其他 實施形態之概略構成圖。 第9圖係本發明之第2樣態之無電解電鍍裝置之其他 實施形態之概略構成圖。 第10圖係本發明之第2樣態之無電解電鍍裝置之其 他實施形態之概略構成圖。 第11圖係以往之無電解電鍍裝置之概略構成圖。 [元件符號說明] 基板 1 a 導電層 絕緣膜 3 接觸孔 配線用溝 5 阻障層 鋼層 7 助生層 保護膜 10 基板保持部 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 313133 --T------------------訂--------·* 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1254085 A7 B7 五、發明說明（9 ) 12 殼體 14、 3 4、4 8 加熱部 16 主軸 18 封片爪 20 開口 22 無電解電鍍液 24 電鍍槽 26 電錢液供給路徑 28 電鍍室 28a 底面 30 溢流檔板 32 電鏡液棑出路徑 38 真空失盤或靜電夾盤 40 > 282 心 42 被覆材 44 配管 46 加熱媒體 50 設置板 52a 、52b 裝載卸載單元 54 > 56 洗淨裝置 58 活性化處理裝置 60 觸媒職予裝置 62 無電解電鍍裝置 64 > 66 洗淨·乾燥襞置 68 > 70搬送裝置 72 暫放台 110 、290 基板保持裝置 111 旋轉驅動袖 120 電鍍處理液保持裝 121 加熱保持部 123 ί哀狀樓板 125 、281電鍍液 280 電鍍處理槽 283 加熱裝置 Η 加熱器 W 半導體裝置 W1 電鍍面 I理想實施形態之詳細說明] 以下’參照圖面說明本發明之實施形態。而在下述例 中’乃針對在形成有接觸孔或配線用溝之半導體晶圓等基 板表面進行無電解鋼電鍍，並在該接觸孔或配線用溝之内 部埋入鋼後，藉由施以CMP程序以研磨基板表面，而於基 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） "' ' 9 313133 —?------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1254085 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 五、發明說明（10 ) 板表面上形成鋼配線之情形進行說明。 參照弟1A圖乃至第1 C圖說明該電鍍步驟之一例。 在半導體基板W中，如第ία圖所示，形成有半導體 元件之基板1的導電層la之上堆積有由Si〇2所形成之絕 緣膜2，藉由平板（lithography)蝕刻技術形成接觸孔3與配 線用溝4，而於其上形成由TiN等所形成之阻障層5，並 於該阻障層上藉由無電解鋼電鍍形成助生層7。而助生層7 係預先藉由濺射等而形成，而在該助生層7上有時亦會藉 由無電解鋼電鍍形成用以補強該助生層7之補助助生層。 而如第1B圖所示，藉由在半導體基板貿的表面進行銅電 鍍，可使鋼填充於半導體基板W的接觸孔3及溝4内，並 於絕緣膜2上堆積銅層6。之後，則藉由化學機械式研磨 (CMP)去除絕緣膜2上的鋼層6，如第ic圖所示，使填充 於接觸孔3及配線用溝4内的銅層6的表面與絕緣膜2的 表面形成大略同一平面，並在露出之金屬表面上形成配線 保護臈8。 第2圖係表示本發明之第丨實施形態之無電解電鍍裝 置。該無電解電鍍裝置，具備有基板保持部1〇，其係可使 於表面（被電鍍面）S形成接觸孔或配線用溝之半導體晶圓 等基板（被電鍍材）W朝下（面朝下）並予以保持。該基板保 持部10係以可自由進行上下移動並與該殼體丨2 一體旋轉 之方式，收容在朝下方開口之殼體丨2内。使用第2圖所示 之…、電解電鍍裝置’可進行銅或銅合金或姑合金之電鍵， 以形成如第1A圖所示之助生層7,並可藉由鋼電鍍進行助 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵〇 X 297公爱) ---- 10 313133 . --------^-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1254085 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 11 A7 五、發明說明（11 ) 生層7之補強，並可藉由鋼電錢形成第1B圖所示之銅層 6,此外’進行钻合金或錄合金或銅合金之電鑛，可形/ 圖所示之配線保護膜8。進行銅電鍍時所使用的鋼電錢 液’係在硫酸銅液中加入次亞嶙酸納或乙駿酸等還原劑又 後’再加入錯化劑、pH緩衝劑、pH調整劑而形成。此外 藉由鎳合金進行電鍍時所使用的鎳電鍍液，係在氯化錄或 硫酸鎳中，為NU膜時以次亞碟酸鈉作為還原齊卜為_ 膜時則使用氫化蝴鈉作為還原劑，此外還加入有錯 pH緩衝劑等。 此外，在基板保持部10中，涵蓋較基板w之表面s 全區域s寬的锻，用以加熱基板％的加熱部（加熱器⑴ 以露出於其下方的狀態内裝於基板保持部1〇，該加敎部w 的下面係以封片18封住基板霄的形式而保持。藉此，基 板W係保持在加熱部14之下面，並藉由加熱部14，以ζ 會在基板W上產生局部性溫度不均的方式進行加熱。此 外’加熱部14具有溫度調節機㉟，藉此可將基 至任何溫度。 ’' 殼體12係連接於可進行上下動作及自由旋轉的主軸 Μ的下端，該下端設有朝内側突出且可密封基板w之周 圍部的封片爪18，此外，其周圍設置有可使基板w出入 的開口 20。 殼體12之下方配置有用以保持無電解電鍍液22的電 鍍槽24。該電鍍槽24係以例如特氟.（Tefi〇n)製造，以減 少與電鍍液之間的摩擦，其内部形成有與由底部中央延伸 本紙張尺度_巾關家標準（CNS)A4規格⑽x 297公^丁 313133 --_------I--·1111111 » — — — — — — — — IAHVI ί請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 1254085 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 發明說明（I2 ) 至上方的電鍍液供給路徑26相連 的電鍍室28。該電铲室28 . ν通用以保持電鍍液22 h、、 係以溢流檔板30包圍周円，品 在邊溢流檔板3 0的外侧，則> ° 而 藉此，電f夜22^ 有電鑛液排出路徑32。 電鍍液22從電鍍液供給 入至雷雜它9«咖 崎仏26以向上的流向被導 電鍍至28内，並溢流過溢 路徑32棑出至外部。 &板3〇而從電鏡液排出 在此，與由電鍍室28的底面28a H>所保持的基板W相對向的區域，伟;部 # '細具有例如形成牵牛 化t的流線形，朝上方向外擴展的2次曲面。藉此，在且 有電鍍室28的底面…的2次曲線的區域中，電鑛液2; 沿者電鍍室28的底面28a形成層流而暢流無阻，而不會在 流動途中發生局部性漩渦。 此外，在接近電鍍槽24内部的電鍍室28的底面 的位置上，埋設有沿著該底面叫的2次曲面而形成的加 熱部34。藉此，經加熱而由電鍍液供給路徑％導入電鍍 室28的電鍍液22即使在搬送過程中冷卻’仍可藉由該加 熱部34加熱到一定的溫度。此外，亦可設置隔熱材取代加 熱部34,而當例如電鍍液溫度不太高時，甚至可省略加熱 部或隔熱材。 ^ 本實施形態的無電解電鍍裝置，係先將基板w由開口 20放入殼體12之内部，並在載置保持於封片爪18上的狀 態下使基板保持部10下降，並以基板保持部1〇壓接保持 基板W。在該狀態下，利用内裝於基板保持部1 〇的加熱 部14將基板W全區加熱到與導入電鍍室28内的電錢液22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） ' ------ 五 - --------訂--------^ 線 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁} 12 313133 A7 1254085

五、發明說明（D 溫度相同的一定溫度。 另一方面，由電鍍液供給路徑26將加熱至一定溫度 的電鍍液2 2導入電鍍室2 8内，並使之由溢流檔板溢流而 出。導入該電鍍槽24的電鍍液22溫度，例如在25至9〇 C ’並以55至80°C左右為佳，此外，該電鍍液22的流量， 例如在1至30L(公升）/min，而以！至2〇L/min為佳，最理 想則在1至l〇L/min左右。 在该狀態下’將基板W以例如〇至1 〇〇rpm(〇至 lOOmiir1) ’或較佳之〇至5〇rpm(〇至5〇mijrl)，或更理想 之0至20rpm(0至lOmilr1)左右的旋轉速度旋轉並下降， 使基板W浸潰到電鍍室28内的電鍍液22内，以在基板w 表面進行銅電鍍處理。電鍍液的溫度及流量、基板的旋轉 速度的最適值，因各程序而有差異。 因此，藉由以基板保持部i 〇保持基板w，並以内裝 於該保持部10的加熱部14將基板w加熱到與電鍍液22 相同的溫度’同時使基板浸潰到預定溫度的電鍍液中進行 電鍍處理，以防止在電鍍處理中，基板w的表面s的面内 產生/m度不均，或電鍍溫度在電鍍處理中產生變化。同時， 藉由在電鍍至28内形成向上方流動且向外侧擴展的電鍍 液22的穩定流向，可使在電鍍處理中的電鍍液22相對於 基板W的表面S的垂直方向的速度分佈（擴散層或交界層 厚度)在該表面S的全區域形成均句狀態。藉此，可在基板 W的表面S i ’形成例如不會對CMP程序、平板程序造 成問題的具1句膜厚的鋼電鍍膜。此外，當目的在於助生 本紙張尺度適用中關家標準撕公爱.丁 313133 --------------------訂·--------- (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 13 1254085

五、發明說明（I4 層的形成時’可使助生層厚度均勻，並可使連接於後的埋 孔性穩定。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 在疋成經過預定時間的電鍍處理後，使基板W上昇， 亚依照需要進行液切後，以前述相反動作將電鍍後的基板 W搬送到殼體〗2之外。當基板上的封片爪打亂流向而無 法維持均㈣膜料，如第5 ®所*，在基板保持部1〇 下面，裝設真空夾盤或靜電夾盤38，並以該真空夾盤或 靜電夾盤38,吸住保持基板w，並藉由將封片安裝在基板 W之背面侧而將該位置予以密封，即可省略封片爪。 第3圖係表示本發明之第2實施形態之無電解電鍍裝 置L在本實施形態的無電解電鍍裝置中，將電鍍槽24作成 覆蓋新材40與該心材40表面的被覆材42的積層構造將 配管穿過該心材40與被覆材之間，藉由在該配管44之内 部導入加熱媒體46，以構成外套構造之加熱部48。而在本 例中，係將加熱媒體46從電鍍槽Μ之外侧導入至配管44 之内部’加熱媒體46係朝電鍍槽24之内側依序流入於配 管44之内部。其他構成則與第2圖所示者大致相同。 根據本實施形態，電鍍液22係藉由朝外側流動於電 鍍室28内而慢慢冷卻，但可藉由加熱媒體46有效率地加 熱該經冷卻之電鍍液22,使電鍍液22的溫度變為一定。 第4圖係具傷第2圖及第3圖所示之無電解電鑛裝置 之基板處理裝置的整體構成圖。該基板處理裝置 矩形狀的設置板50上，其具備有：裝戴卸载單元52a、52b . 用以進行前置處理的洗淨裝置54、56;藉由電鑛時作為活 _ . --------^-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 14 313133 1254085 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 15 性化劑的SnC“液等，進行活性化處理的活性化處理裝置 58 ;藉由進行無電解電鍍時作為觸媒之pdc込液等，進行 觸媒賦予處理’亦即進行Pd賦予處理的觸媒賦予裝置; 以及無電解電鍍裝置62。基板處理裝置亦具備有：進行電 鍍處理後之後序處理的洗淨•乾燥裝置64、66 ;在該等裳 置間進行基板W搬送的2台的搬送裝置（搬送自動裝 置）68、70 ;以及暫放台72。 在此，一方的洗淨•乾燥裝置64，在本例中，係由滾 輪清洗單元所構成’另一方的洗淨•乾燥裝置6 6則由具備 筆形海绵的旋轉乾燥單元所構成。此外，位於裝載卸載單 元52a、52b側的搬送裝置68，係乾式自動裝置，而夾著 暫放台72而位於相反側的搬送裝置70，係具備反轉機構 的濕式自動裝置θ乾式自動裝置係用以搬送乾式（已乾燥） 之基板W，而濕式自動裝置則用以搬送濕式（濕潤型）之基 板W 〇 接著，說明由上述構成之基板處理裝置所進行之一連 串的電鍍處理步驟。首先，利用一方的搬送裝置68將由裝 載卸載裝置52a、52b所保持的基板W取出，並放置到暫 放台72上θ另一方的搬送裝置70，則將基板W搬送至洗 淨裝置54，在此進行前洗淨處理後，搬送至活性化處理裝 置5 8，在此，藉由包含SnC 12等活性化劑進行活性化處理。 其次將基板W搬送至與活性化處理裝置58鄰接的觸媒賦 予裝置60，在此，藉由PdC 12液等觸媒進行觸媒賦予處理 後進行沖洗處理0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 313133 „ --------訂--------Μ 線 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 1254085 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 16 五、發明說明（i6 ) 在上述過程中，於活性化處理裝置5 8中，來自活性 化劑SnCi2的離子Sn2+會吸附於基板W的表面。該離子Sn2 + 藉由觸媒賦予裝置60中的PdC 12的Pd2+而氧化成Sn4+， 相反地，Pd2+則還元為金屬Pd。該金屬Pd析出於基板W 之表面，而成為下一無電解電鍍步驟的觸媒層θ該過程亦 可使用Pd/Sn膠質的1液觸媒進行。此外，以上所述之觸 媒賦予步驟，如同本例，係以活性化處理裝置5 8與觸媒賦 予裝置60進行，亦可藉由其他裝置處理後移送基板w -此外，根據存在於半導體基板的凹部内表面材質、狀態， 有時可省略前述活性化處理及/或觸媒賦予處理β 搬送裝置70將基板W搬送至洗淨裝置56，在此進行 前洗淨處理後，再搬送到無電解電鍍裝置62，並在此使用 預定之還原劑與預定之電鍍液以進行無電解電鍍處理β此 時，在固液界面藉由還原劑之分解所產生的電子，經由基 板表面之觸媒供給至Cu2+ ’以作為金屬Cl!析出至觸媒上 而形成銅電鍍膜。在觸媒方面，除Pd之外5亦可使用遷 移金屬之Fe、Co、Ni、Cu、Ag等。 其次’利用搬送裝置6 8將電鍍後之基板w從無電解 電鍍裝置6 2中取出並搬送到洗淨•乾燥裝置6 4 6在該洗 淨•乾燥裝置64中，係藉由滾輪以清水將基板洗淨基板並 使之乾燥。然後，搬送裝置68將該基板搬至洗淨·乾燥裝 置66，並將該基板在洗淨*乾燥裝置中進行筆形海绵 所執行之洗淨及旋轉乾燥後，返回裝載卸載單元52a、 52b@基板在其後被搬送至電鍍裝置或氧化膜形成裝置。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱） 313133 —；------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 17 1254085 A7 _ B7 五、發明說明（17 ) 處理步驟之其他例’係藉由洗淨裝置54進行觸媒賦 予之前處理洗淨，而以活性化處理装置58進行觸媒賦予程 序，以觸媒賦予裝置60進行觸媒賦予之後序處理以洗淨 裝置56進行電鐘前處理洗淨，以無電解電鍍裝置進行 電鍍處理程序，而在無電解電鍍裝置62中迅速進行電鐘後 洗淨，以防止電鍍之成長。 此外，在本例中，雖舉例以無電解電鍍形成鋼電鍍 膜，但以銅電鍍成膜的電鍍膜，除鋼之外，還有鎳侧、鎳 碟、姑鱗、鎳鎢罐、鎳鈷磷、鈷鎢磷等。 如以上之說明’藉由本發明，可在電鍍處理中，防止 在被電鍍材的被電鍍面内產生溫度不均，及電鏡溫度在電 鍍處理中產生變化，同時，使電鍍處理中的電鍍液相對於 被電鍍材的被電鍍面的垂直方向的速度分佈（擴散層或交 界層厚度）在該被電鍍面的全區域形成均勻狀態，並藉由被 電鍍材的被電鍍面，可形成具均勻膜厚的電鍍膜。 第6圖為本發明之第2樣態之無電解電鐘裝置之基本 構造之概略構成圖。如第6圖所示，該無電解電鍍裝置， 係具備：半導體基板W ;用以保持半導體基板w的基板保 持裝置（基板保持機構）11〇;用以保持電鍍液（電鍍處理 液）125的電鍍處理液保持裝置（電鍍處理保持機構）丨2〇。使 用如第6圖所示之無電解電鍍裝置，進行鋼或銅合金或鈷 合金之電鍍，可形成第1A圖所示之助生層7,藉由銅電鍍 可進行助生層7的補強，藉由銅電鍍可形成第1B圖所示 之鋼層6，此外進行鈷合金或鎳合金或銅合金之電鍍可形 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 313133 —；------------------* 訂—-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1254085 A7 B7

五、發明說明（W 成第1C圖所示之支配綠 、 -線保濩膜8。進行銅電鍍時所使用的 銅電鍍液，係在硫酸鋼液中 履中加入次亞磷酸鈉或乙醛酸等還 原劑後，再加入錯化劑、Η (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) W PH緩衝劑、pH調整劑等。此外， 進行鎳合金電鍍時所伟田认 用的鎳電鍍液，係在氯化鎳及硫酸 鎳中，為Ni-P膜時，加 加入夂亞磷酸鈉作為還原劑，而為 Νι-Β膜時則使用氫化硼鈉令 閉作為遇原劑，在此之外，還加入 錯化劑、pH緩衝劑等。 在此，基板保持裝置110，係將半導體基板w以其被 電鑛面W1朝正下方（下方向）之方式予以保持的構造。此 時’半導體基板W的被雷♦而 ^ ^鍍面W1以外的面，則藉由以該 基板保持裝置110加以覆嘗的古_ 復盖的方式，以避免電鍍液附著於 上。此外基板保持裝置110的上面中央，裝設有用可旋轉 自由地支撐該基板保持裳置11G的旋轉驅動軸ln。旋轉 驅動轴111係連接於益1、去 "、、圖不之馬達等旋轉驅動裝置（旋轉 驅動機構）。 另一方面，電鑛處理液保持褒置120之構成上，係設 置有：以於内部設置有加熱器H的加熱保持部121作為底 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 面，將電鍍液125保持在加埶保捭邱 …你狩砟1 2 1周圍之上的環狀 檔板123。 然後在電鍍處理液保持裝置120的檔板123内側填入 無電解電鑛液125，並藉由加熱器H將該電鑛液昇溫到最 適合無電解電鍍的預定溫度（無電解電鍍處理溫度，例如6〇 °c )並保持在一定溫度。 接著，在前述基板保持裝置110的下方，將半導體基 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 18 313133 1254085 A7 B7 五、發明說明（l9 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 板W以其被電鍍面wi向下的方式予以保持，使被電鍍面 W1浸潰於電鍍液125中並接觸電鍍液。同時，旋轉基板 保持裝置110(並不一定要回轉）。藉此，以在半導體基板w 的被電鍍面W1上進行銅電鍍。 根據如上所述之本發明，其構造係在將半導體基板w 的被電鍍面W1朝下的狀態下與電鍍液125接觸，因此在 構造上可降低電鍍液125的的深度，因此只需在電錢處理 液保持裝置120中保持最小需求量的電鍍液125即可，而 可實現電鍍處理液保持裝置120的小型化。此外，因於加 熱器保持部121内設置有加熱器Η，因此與第n圖所示之 以往的電鍍處理槽280相比，更能夠實現裝置的小型化。 此外’只需使用少量的電鍍液即可，而能夠達到正確的溫 度管理。另外，亦可降低用於電鍍液加熱的消耗電力。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另一方面，如前所述，在無電解電鍍反應時，一般會 產生氣體（Η2氣體）’因此在第6圖所示之無電解電鍰裝置 之基本構成中，氣體有滯留於其下面之虞。此外，即使旋 轉基板保持裝置110，氣體之一部份亦會集中於半導體基 板W的下面中央的回轉中心部分，而不易排出。因此本案 之發明者為了有效去除前述氣體，乃進行以下之改進。 〔於電鍍液中溶入產生氣體之方法〕 一種選擇無電解電鍍液材質的方法，係將因無電解電 鍍反應而產生的氣體的量，減少到可完全溶解於電鍍液中 的程度。此時，無電解電鍍裝置的構成如第6圖所示一般。 在電鍍液中，以預定的溶解度溶解氩氣等氣體。因 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公Ε--------- 19 313133 1254085 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 五、發明說明（2〇 此，若藉由減少所產生之氣體的量，而使所產生之氣體完 全溶解於電鍍液中，即可防止氣體殘留在被電鍍面明 上。 〔於電鍍液中形成排出氣體之流向之方法〕 本方法如第7圖所示，係在電鍵液125的底面附近設 置藉由來自外部的磁氣而產生回轉的電磁攪拌器S，益藉 由敎轉該檀摔器而於電鍍液中形成如第7圖之箭頭所示之 流向（從被電鍍面W1的中央朝向外周的流向），藉此以將 產生於被電鍍面W1下面的氣體朝外周方向排除。此外， 作為產生流向的方法，除電磁攪拌器s之外，無庸置疑地 尚有以馬達旋轉動葉輪（impeller)的方法或由喷嘴喷射電 鐘液的方法等各種方法皆可利用。 (於被電鍍面傾斜的狀態下，使之與電鍍液接觸的方法〕 本方法如第8圖所示，係在將基板保持裝置11〇、由 該裝置所保持的半導體基板胃以及旋轉驅動軸ui整體， 以相對於水平面傾斜預定角度的狀態下，使被電鍍面wi 浸潰於電鍍液125中，藉此，可使於被電鍍面W1下面所 產生的氣體，沿著傾斜設置的被電鍍面W1上昇排除。 〔將被電鍍面設置為傾斜狀態的同時，利用與該面垂直之 軸以外的軸使半導體基板W旋轉的方法〕 本方法如第9圖所示，係在將基板保持裝置ιι〇與由 該裝置保持的半導體基板W，以相對於水平面傾斜預=角 度的狀態下’只將徒轉驅動軸⑴垂直設置（亦即，將=轉 驅動轴111以相對於基板保持裝置u 〇的面傾斜的方式設 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】0 X 297公釐） 313133 —；------------------訂--------h 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 20 A7 1254085 _____________一 五、發明說明（21 ) 置），在該狀態下’旋轉驅動旋轉驅動軸1 1 1。依照如此構 成，除了可使被電鍍面W1之下面所產生的氣體，沿著傾 斜設置的被電鍍面W1上昇之外，藉由基板保持裝置UQ 以及半導體基板w上下搖動，以攪拌電鍍液，而得以更有 效地排除氣體。 〔將被電鍍面設置為傾斜狀態的同時，利用與該面垂直之 軸以外的轴使半導體基板W旋轉，並將旋轉中心設置於半 導體基板W中心之外的位置的方法〕 本方法如第10圖所示，係在將基板保持裝置110與由 該裝置所保持的半導體基板W，以相對於水平面傾斜預定 角度的狀態下，只將旋轉驅動軸11〗垂直設置（亦即，將旋 轉驅動轴111以相對於基板保持裝置〗丨〇的面傾斜的方式 設置），此時，將旋轉驅動輛1U設置於半導體基板冒中 心之外的位置以旋轉驅動旋轉驅動軸U1。依照如此之構 成，除了可使被電鍍面W1之下面所產生的氣體，沿著傾 斜設置的被電鍍面wi上昇之外，由於基板保持裝置11〇 以及半導體基板W會上下搖動同時進行離心旋轉，因此可 攪拌電鍍液’而達到有效排除氣體的目的。 以上，係參照第6圖乃至第10圖說明本發明之實施 形癌，但本發明並不限於上述各實施形態，只要不超出專 利申請範圍及說明書與圖面所記載之技術性思想範圍者， 即可做各種變形。此外，即使為未直接記載於說明書及圖 面之任何形狀或構造、材質，只要可達到本發明之作用、 效果者，均涵蓋於本發明之技術性思想範圍内。例如，本 本g尺度適用中國國家標準（(^S)A4規格⑵〇 χ 297公餐)-------- 313133 — I*------— — II嘿 ----- 丨訂---------線 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 21 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 22 I254085 A7 ------H__—___ 五、發明說明（22 ) " 1-- 备明之無電解電鐘裝置，並不限於助生層及配線用鋼層之 ^成上，亦可利用於配線保護膜形成或擴散防止膜形成 此外，本發明之無電解電鍍裝置，亦可使用在無電解 電鍍之前序處理步驟或觸媒處理步驟。亦即，可藉由使用 於前序處理步驟或觸媒處理步驟中所利用之其他無電解電 鍍處理液，來取代無電解電鍍液，而以無電解電鍍裝置進 行該等處理。此外，在上述實施形態中，雖舉出對半導體 基板W進行無電解電鍍之例子，但本發明亦適用於對半導 體基板以外的各種基板進行無電解電鍍之情況。 如上所述，藉由本發明之第2樣態可獲得以下優良效 果。 (1) 在將半導體基板之被電鍍面朝下的狀態下，可直 接接觸電鍍處理液，因此可降低電鍍處理液的深度，以達 到用以收容電鍍處理液之電鍍處理液保持裝置的小型化， 以及裝置整體的小型化。 (2) 在將半導體基板w的被電鍍面wi朝下的狀態 下’可直接與電鍍液接觸’因此可降低電鍍液的的深度， 並減少所使用之電鍍處理液的量，而容易達到電鍍處理液 之正確的溫度管煙，並且可減低用以加熱保溫的消耗電 力。 (3) 由於在被電鍍面傾斜的狀態下，可接觸無電解電 鐘處理液’故容易將產生於被電鍍面上的氣體從被電鍍面 上予以去除。 (4) 即使無電解電鍍處理液在被電鍍面上形成預定方 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 313133 j ------- 丨訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1254085 A7 B7 五、發明說明（Μ ) 向之流向，亦可使被電鍍面上所產生之氣體隨著無電解電 鍍處理液之流向輕易地從被電鍍面上予以去除。 (5)在電鍍處理液保持裝置本身設置加熱器時，可達到 裝置的小型化。 —^------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 23 313133

Claims (1)

1254085 站、::： 第90126453號專利申請案 申請專利範圍修正本 (94年9月8曰） 1· 一種無電解電鍍裝置（62)，其係具備有：具有加熱部 (14) ’並使被電鍍面（s)朝下以保持被電鍍材（42)之保持 部（10);以及，將預定溫度之無電解電鍍液（22)導入電 錢室（28)内部，並使之溢流於溢流檔板（3〇)同時予以保 持之電鍍槽（24);其特徵為：係使由前述保持部（1〇)所 保持之被電鍍材（42)與前述電鍍槽（24)内的電鍍液（22) 相接觸以進行電鍍處理， 其中，前述保持部（10)係構成可自由旋轉之形式。 2.如申請專利範圍第1項之無電解電鍍裝置（62)，其中， 刖述電鍍液（22)係藉由向上之流向而導入至前述電鍍 槽（24)内。 3·如申請專利範圍第i項之無電解電鍍裝置（62)，其中， 前述電鍍室(28)底面（28 a)之至少與由前述保持部（10) 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 所保持的被電鍍材（42)相對向的區域，係具有朝上方且 向外擴張的2次曲面。 4.如申請專利範圍第1項之無電解電鍍裝置（62)，其中， 在前述電鍍槽（24)内部設置有：用以將該電鍍槽（24)所 保持的電鍍液（22)進行加熱的加熱部（14)或可與外部進 行隔熱之隔熱材。 5· —種基板處理裝置，其特徵為具備有：無電解電鍍裝置 (62) ’其具有：具有加熱部（14)，並使被電鍍面（s)朝下 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐） 313133修正本 1254085 以保持被電鍍材（42)之保持部（1〇);將預定溫度之無電 解電鍍液（22)導入電鍍室（28)之内部，並使之溢流至溢 流檔板（30)同時予以保持之電鍍槽（24);並且使由前述 保持部（10)所保持之被電鍍材（42)與前述電鍍槽（24)内 的電鍍液（22)相接觸以進行電鍍；以及 在藉由前述無電解電鍍裝置（62)對基板（1)表面進 行無電解電鍍之前，形成觸媒層的裝置， 其+" ’前述保持部（1〇)係藉由真空夾盤或靜電夾盤 (38)來保持被電鍍材（42)而構成者。 6· —種無電解電鍍裝置，其特徵為具備有：在保持於預定 之電鍍處理溫度的狀態下，儲蓄電鍍處理液（22)之電鍍 處理液保持裝置（120);以及 在使該被電鍍面（S)朝下的狀態下保持基板（1)，同 時使所保持之基板（1)的被電鍍面（S)與前述電鍍處理液 (22)相接觸之構造的基板保持裝置（11〇), 其_，前述保持部（10)係構成可自由旋轉之形式， 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 而前述電鍍處理液保持裝置（12〇)之構成，係於底 面（28a)設置加熱器（H)，並且於加熱器（η)的周圍上設置 用以保持電鍍處理液（22)的檔板。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 313133修正本