JP6502628B2

Apparatuses and methods for maintaining PH in nickel electroplating baths

Abstract

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JP6502628B2, drawing sheet 1
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34 claims: 8 independent, 26 dependent

  1. 1
    半導体基板上にニッケルを電気めっきするための電気めっきシステムであって、 ニッケル塩を含む 電解質溶液を電気めっき中 にpHが3.0~5.0の範囲に 保持するように構成された電気めっき槽と、酸素除去装置と 、前記電解質溶液のpHを測定するように構成されたpH計と を備え、 前記電気めっき槽は、 (a)カソード室と;(b)電気めっき中に可溶性ニッケルアノードを保持するように構成されたアノード室と;(c)前記アノード室内に配置され、電気めっき中にニッケルイオンを生成するよう構成された可溶性ニッケルアノードと;(d)前記アノード室と前記カソード室との間にある多孔質セパレータであって、電気めっき中にイオン電流を通過させるが電解質溶液の通過は阻止する、多孔質セパレータと;(e)電気めっき中に前記半導体基板を保持するための半導体基板ホルダと を備え、 前記酸素除去装置は、電気めっき中および前記システムが電気めっきしていない休止時間中に前記電解質溶液がアノード室に流れる際に、前記電解質溶液中の酸素濃度を下げるように構成された 電気めっきシステム。
  2. 2
    前記多孔質セパレータは、前記アノード室とカソード室との酸素濃度の差を維持す る、 請求項1に記載の電気めっきシステム。
  3. 3
    前記電気めっきシステムが電気めっきしていないとき、前記電解質溶液は、一部またはすべての休止時間中に前記アノード室に流れ続ける請求項1に記載の電気めっきシステム。
  4. 4
    前記酸素除去装置は、一部またはすべての休止時間中に前記アノード室に流れる前記電解質溶液中の酸素濃度を下げるように構成された請求項3に記載の電気めっきシステム。
  5. 5
    前記酸素除去装置は、一部またはすべての休止時間中に前記アノード室に流れる前記電解質溶液中の酸素濃度を、休止時間中に前記可溶性ニッケルアノードに接触している際に電解質溶液のpH が上 昇しないレベルまで下げるように構成された請求項4に記載の電気めっきシステム。
  6. 6
    前記酸素除去装置は、電解質溶液中の酸素濃度 を1 ppm以下のレベルまで下げるように構成された請求項1に記載の電気めっきシステム。
  7. 7
    前記酸素除去装置は、電解質溶液中の酸素濃度 を0 .5ppm以下のレベルまで下げるように構成された請求項6に記載の電気めっきシステム。
  8. 8
    前記システムは、前記半導体基板上にニッケルを電気めっきしている間に前記電解質溶液を大気に曝露するように構成された請求項1に記載の電気めっきシステム。
  9. 9
    前記アノード室へ入る流体入口と、前記アノード室から出る流体出口と、前記流体入口および前記流体出口に連結し、前記半導体基板上にニッケルを電気めっきしている間に前記電解質溶液を前記アノード室に流すように構成されたアノード室再循環ループとをさらに備え、前記酸素除去装置は、前記アノード室再循環ループにおいて前記アノード室へ入る流体入口よりも上流側に配置された請求項1から請求項8のうちいずれか一項に記載の電気めっきシステム。
  10. 10
    電解質溶液を保持するための前記電気めっき槽の外部に設置された浴タンクをさらに備え、前記浴タンクは、流体入口および流体出口を備え、前記流体入口および流体出口は、前記アノード室再循環ループに連結された請求項9に記載の電気めっきシステム。
  11. 11
    前記酸素除去装置は、前記アノード室の上流かつ前記浴タンクの下流にある前記アノード室再循環ループに 配置 された脱気装置を備える請求項10に記載の電気めっきシステム。
  12. 12
    前記カソード室へ入る流体入口と、前記カソード室から出る流体出口と、前記カソード室の前記流体入口および流体出口に連結するとともに、前記浴タンクの前記流体入口および流体出口にも連結しているカソード室再循環ループとをさらに備え、前記カソード室再循環ループは、前記半導体基板にニッケルを電気めっきしている間に前記電解質溶液が前記カソード室に流れるように構成された請求項10に記載の電気めっきシステム。
  13. 13
    前記酸素除去装置は、前記アノード室の上流かつ前記浴タンクの下流にある前記アノード室再循環ループに配置された脱気装置を備え、 前記脱気装置は、前記カソード室再循環ループには設けられていない 請求項12に記載の電気めっきシステム。
  14. 14
    電解質溶液を保持するための前記電気めっき槽の外部に設置された浴タンクと、 前記アノード室の上流かつ前記酸素除去装置および前記浴タンクの下流にある前記アノード室再循環ループに設置されるフィルタ と をさらに備え、前記フィルタは、前記電解質溶液から粒子を除去するように構成された請求項9に記載の電気めっきシステム。
  15. 15
    前記酸素除去装置は 、酸 素のないガスで前記電解質溶液をスパージングするためのデバイスを備える、請求項1から請求項8のうちいずれか一項に記載の電気めっきシステム。
  16. 16
    前記pH計によって出力された値に応答して前記酸素除去装置を動作させるための論理回路をさらに備える 請求項1 に記載の電気めっきシステム。
  17. 17
    前記電解質溶液中の酸素濃度を測定するように構成された酸素センサをさらに備える、請求項1から請求項8のうちいずれか一項に記載の電気めっきシステム。
  18. 18
    請求項1から請求項8のうちいずれか一項に記載の電気めっきシステムであって、更に、 前記半導体基板が前記半導体基板ホルダに保持されている間に前記半導体基板にバイアス電圧を供給するように構成された半導体基板電気接触部と;対極と接触している間に前記対極にバイアス電圧を供給するように構成された対極電気接触部と;前記対極電気接触部に対して十分な正のバイアス電圧を供給した時点で前記電解質溶液中に遊離水素イオンを発生するように構成された酸発生面と;前記対極電気接触部に対して負のバイアス電圧を、前記電解質溶液からのニッケルイオンを還元して前記半導体基板面にめっきするのに十分なほど前記半導体基板電気接触部に供給するとともに、前記対極電気接触部に対して正のバイアス電圧を、前記酸発生面で遊離水素イオンを発生するのに十分なほど前記酸発生面に供給して、これによって前記電解質溶液のpHを下げるように構成された、1つ以上の電力ユニットと 備える電気めっきシステム。
  19. 19
    前記遊離水素イオンは、前記電解質溶液中の水分子の電気分解によって前記酸発生面に発生する請求項18に記載の電気めっきシステム。
  20. 20
    前記酸発生面は、 前記電解質溶液中 で腐 食しない導電性で耐食性の材料を含む本体と;前記本体へのコーティングであって、白金か、白金、ニオブ、ルテニウム、イリジウム、およびタンタルの酸化物から選択される1つ以上の金属酸化物のいずれかを含むコーティングと を含む請求項18に記載の電気めっきシステム。
  21. 21
    前記導電性で耐食性の材料は、チタン、タンタル、ニオブ、またはジルコニウムである請求項20に記載の電気めっきシステム。
  22. 22
    請求項18に記載の電気めっきシステムであって、 流体入口および流体出口を有する酸発生浴タンクであって、ある容量の前記電解質溶液を保持するように設計され、内部に前記酸発生面が設置される、酸発生浴タンクと;前記酸発生浴タンクの流体出口を前記アノード室の流体入口および/またはカソード室の流体入口に流体連結するとともに、前記酸発生浴タンクの流体入口を前記アノード室の流体出口および/またはカソード室の流体出口に流体連結する、酸発生浴タンクの再循環ループと;を備え、 前記対極電気接触部はさらに、前記酸発生浴タンク内に設置された対極にバイアス電圧を供給するように構成され;前記酸発生浴タンクの再循環ループを通して前記電解質溶液が循環する間、前記酸発生浴タンクの流体出口を流れる前記電解質溶液のpHは、前記酸発生浴タンクの流体入口を流れる前記電解質溶液よりも低い 電気めっきシステム。
  23. 23
    前記多孔質セパレータは 、イ オン交換部位のない細孔性膜である、請求項1から請求項8のうちいずれか一項に記載の電気めっきシステム。
  24. 24
    半導体基板上にニッケルを電気めっきするための電気めっきシステムであって、 ニッケル塩を含む 電解質溶液を電気めっき中 にpHが3.0~5.0の範囲に 保持するように構成された電気めっき槽と、酸素除去装置と、電解質溶液再循環システムとを備え、 前記電気めっき槽は、 (a)カソード室と;(b)電気めっき中にニッケルアノードを保持するように構成されたアノード室と;(c)前記アノード室と前記カソード室との間にある多孔質セパレータであって、電気めっき中にイオン電流を通過させるが電解質溶液の通過は阻止する、多孔質セパレータと;(d)電気めっき中に前記半導体基板を保持するための半導体基板ホルダと を備え、 前記酸素除去装置は、電気めっき中および前記システムが電気めっきしていない休止時間中に前記電解質溶液がアノード室に流れる際に、前記電解質溶液中の酸素濃度を下げるように構成され、 前記電解質溶液再循環システムは、前記カソード室から除去された電解質溶液と前記アノード室から除去された電解質溶液を混合するために、アノード室再循環ループとカソード室再循環ループとを備え、前記両ループは、一つ以上の共有流体分配ラインを有し、 前記酸素除去装置は、前記アノード室再循環ループ内であって、前記アノード室から上流かつ浴タンクの下流に配置された脱気装置を備え、前記脱気装置は、カソード室再循環ループ内には設けられていない、 電気めっきシステム。
  25. 25
    請求項24記載の電気めっきシステムであって、 前記電解質溶液再循環システムは、前記浴タンクを、前記電解質溶液を貯留するために、電気めっき槽の外部に配設し、前記浴タンクは、流体入口と流体出口とを備え、前記流体入口及び流体出口は、前記アノード室再循環ループに連結されている 電気めっきシステム。
  26. 26
    請求項24記載の電気めっきシステムであって、前記電解質溶液再循環システムは、前記浴タンクを、前記電解質溶液を貯留するために、電気めっき槽の外部に配設し、前記浴タンクは、流体入口と流体出口とを備え、前記流体入口及び流体出口は、前記アノード室再循環ループに連結されており、前記アノード室から除去された電解質溶液と前記カソード室から除去された電解質溶液を混合した電解質溶液を保持するように構成された 電気めっきシステム。
  27. 27
    前記アノード室再循環ループおよび前記カソード室再循環ループは、少なくとも一つのフィルタを共有している請求項24記載の電気めっきシステム。
  28. 28
    前記アノード室再循環ループおよび前記カソード室再循環ループは、少なくとも一つのポンプを共有している請求項24記載の電気めっきシステム。
  29. 29
    前記多孔質セパレータは、前記アノード室とカソード室との酸素濃度の差を維持可 する 請求項24記載の電気めっきシステム。
  30. 30
    前記酸素除去装置は、一部またはすべての休止時間中に前記アノード室に流れる前記電解質溶液中の酸素濃度を、休止時間中に前記ニッケルアノードに接触している電解質溶液のpH が上 昇しないレベルまで下げるように構成された請求項24記載の電気めっきシステム。
  31. 31
    請求項24記載の電気めっきシステムであって、 前記半導体基板が前記半導体基板ホルダに保持されている間に前記半導体基板にバイアス電圧を供給するように構成された半導体基板電気接触部と;対極と接触している間に前記対極にバイアス電圧を供給するように構成された対極電気接触部と;前記対極電気接触部に対して十分な正のバイアス電圧を供給した時点で前記電解質溶液中に遊離水素イオンを発生するように構成された酸発生面と;前記対極電気接触部に対して負のバイアス電圧を、前記電解質溶液からのニッケルイオンを還元して前記半導体基板面にめっきするのに十分なほど前記半導体基板電気接触部に供給するとともに、前記対極電気接触部に対して正のバイアス電圧を、前記酸発生面で遊離水素イオンを発生するのに十分なほど前記酸発生面に供給して、これによって前記電解質溶液のpHを下げるように構成された、1つ以上の電力ユニットと 備える電気めっきシステム。
  32. 32
    半導体基板上にニッケルを電気めっきするための電気めっきシステムであって、 ニッケル塩を含む電解質溶液を電気めっき中にpHが3.0~5.0の範囲に保持するように構成された電気めっき槽と、酸素除去装置とを備え、 前記電気めっき槽は、 (a)カソード室と;(b)電気めっき中に可溶性ニッケルアノードを保持するように構成されたアノード室と;(c)前記アノード室内に配置され、電気めっき中にニッケルイオンを生成するよう構成された前記可溶性ニッケルアノードと;(d)前記アノード室と前記カソード室との間にある多孔質セパレータであって、電気めっき中にイオン電流を通過させるが電解質溶液の通過は阻止する、多孔質セパレータと;(e)電気めっき中に前記半導体基板を保持するための半導体基板ホルダと を備え、 前記酸素除去装置は、一部またはすべての休止時間中に前記アノード室に流れる前記電解質溶液中の酸素濃度を、休止時間中に前記可溶性ニッケルアノードに接触している際に電解質溶液のpHが上昇しないレベルまで下げるように構成された、電気めっきシステム。
  33. 33
    半導体基板上にニッケルを電気めっきするための電気めっきシステムであって、 ニッケル塩を含む電解質溶液を電気めっき中にpHが3.0~5.0の範囲に保持するように構成された電気めっき槽と、酸素除去装置とを備え、 前記電気めっき槽は、 (a)カソード室と;(b)電気めっき中に可溶性ニッケルアノードを保持するように構成されたアノード室と;(c)前記アノード室内に配置され、電気めっき中にニッケルイオンを生成するよう構成された可溶性ニッケルアノードと;(d)前記アノード室と前記カソード室との間にある多孔質セパレータであって、電気めっき中にイオン電流を通過させるが電解質溶液の通過は阻止する、多孔質セパレータと;(e)電気めっき中に前記半導体基板を保持するための半導体基板ホルダと を備え、 前記酸素除去装置は、電気めっき中および前記システムが電気めっきしていない休止時間中に前記電解質溶液がアノード室に流れる際に、前記電解質溶液中の酸素濃度を下げるように構成され、酸素のないガスで前記電解質溶液をスパージングするためのデバイスを備える、電気めっきシステム。
  34. 34
    半導体基板上にニッケルを電気めっきするための電気めっきシステムであって、 ニッケル塩を含む電解質溶液を電気めっき中にpHが3.0~5.0の範囲に保持するように構成された電気めっき槽と、酸素除去装置とを備え、 前記電気めっき槽は、 (a)カソード室と;(b)電気めっき中に可溶性ニッケルアノードを保持するように構成されたアノード室と;(c)前記アノード室内に配置され、電気めっき中にニッケルイオンを生成するよう構成された可溶性ニッケルアノードと;(d)前記アノード室と前記カソード室との間にある多孔質セパレータであって、電気めっき中にイオン電流を通過させるが電解質溶液の通過は阻止する、多孔質セパレータと;(e)電気めっき中に前記半導体基板を保持するための半導体基板ホルダと を備え、 前記酸素除去装置は、電気めっき中および前記システムが電気めっきしていない休止時間中に前記電解質溶液がアノード室に流れる際に、前記電解質溶液中の酸素濃度を下げるように構成され、 当該電気めっきシステムは、 更に、 前記半導体基板が前記半導体基板ホルダに保持されている間に前記半導体基板にバイアス電圧を供給するように構成された半導体基板電気接触部と;対極と接触している間に前記対極にバイアス電圧を供給するように構成された対極電気接触部と;前記対極電気接触部に対して十分な正のバイアス電圧を供給した時点で前記電解質溶液中に遊離水素イオンを発生するように構成された酸発生面と;前記対極電気接触部に対して負のバイアス電圧を、前記電解質溶液からのニッケルイオンを還元して前記半導体基板面にめっきするのに十分なほど前記半導体基板電気接触部に供給するとともに、前記対極電気接触部に対して正のバイアス電圧を、前記酸発生面で遊離水素イオンを発生するのに十分なほど前記酸発生面に供給して、これによって前記電解質溶液のpHを下げるように構成された、1つ以上の電力ユニットと、 を備える電気めっきシステム。
Independent claims34