CN1480988A - 基板的镀膜方法及镀膜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基板的镀膜方法及镀膜装置，在镀液(106)中，通过高速旋转基板(101)去除吸附在基板(101)被镀面的Cu籽晶膜(104)表面上的气泡(105)。然后，在镀液(106)中，通过低速旋转基板(101)在Cu籽晶膜(104)上生长镀Cu膜(107)。由此可防止在镀膜中因被镀面吸附的气泡而产生的缺陷。

Description

基板的镀膜方法及镀膜装置
技术领域
本发明涉及一种基板的镀膜方法及电镀膜装置，具体涉及利用电镀法形成布线等的技术。
背景技术
以往，作为在硅半导体基板上形成的LSI的布线材料，主要采用铝。但是，近年来，随着半导体集成电路的高度集成化及组装的高速化，电阻比铝低的且具有高抗电迁移(EM)性的铜作为布线材料引人注目。此外，作为铜膜的成膜方法，有如特许文献1记载的电镀法。
以下，参照附图说明利用电镀法的以往的基板镀膜法。
图10(a)～(c)是表示以往的基板镀膜法的各工序的模式图。
首先，如图10(a)所示，一边循环镀液10，一边将由基板夹持机构12夹持为水平状态的基板1 1浸渍在镀液10中，然后，利用控制装置(图示省略)，以30rpm的旋转速度，与基板夹持机构12一起旋转基板11。此外，在基板夹持机构12上安装有与基板11的被镀面相接的电极13、为防止电极13与镀液10接触而与该电镀面相接的密封部14。
此时，如图10(a)及(b)所示，在旋转基板11的被镀面的下侧，滞留尺寸大约在几十μm的气泡15，另一方面，如图10(c)所示，通过旋转基板11和镀液10的上升流10a，从基板11的被镀面向基板夹持机构12的外侧驱逐气泡15。此时，气泡15的驱逐在1秒以内结束。此外，气泡15的驱逐是否完成，根据在镀液10中浸渍半导体基板11时外加的微小电流，通过调查电阻值的变化加以确认。
特许文献1：特开2001-316869号公报
可是，一旦在镀液中浸湿半导体基板，则例如在Cu籽晶膜表面等被镀面上吸附尺寸大约几μm以下的微小气泡。但是，由于用以往的镀膜方法及镀膜装置不能去除这种微小的气泡，所以，在其后的镀膜生长中，存在被镀面吸附气泡的部分阻碍镀膜生长的问题。
图11(a)、(b)、图12(a)、(b)及图13(a)～(c)说明了以往的基板镀膜方法存在的问题。
具体是，如图11(a)所示，在基板21上依次沉积层间绝缘膜22、TaN阻挡膜23及Cu籽晶(seed)膜24后，如在镀液26中使作为被镀面的Cu籽晶膜24的表面朝下浸渍基板21，则气泡25吸附在Cu籽晶膜24的表面。如在此种状态下进行镀膜处理，由于在Cu籽晶膜24表面吸附气泡25的状态下形成镀膜27，所以最终，如图11(b)所示，镀膜27内产生凹痕缺陷(凹形缺陷)28和中空(void)29。
此外，如图12(a)所示，在基板21上依次沉积层间绝缘膜22、TaN阻挡膜23及Cu籽晶膜24时，在Cu籽晶膜24上附着微粒30的情况下产生如下问题。即，基板21与镀液26接触时，以该微粒30为核，气泡25吸附在Cu籽晶膜24的表面，结果是与前述的情况一样，如图12(b)所示，镀膜27内产生凹痕缺陷28和中空29。
这些缺陷，具体是凹痕缺陷28和中空29等，例如一旦产生在由填埋于绝缘膜22的镀膜27构成的布线部分，或由填埋于达到下层布线的中空的镀膜27构成的接触部分等的内部，则引起抗电迁移性恶化等可靠性降低。
此外，在以往的基板镀膜方法中，有时产生如图13(a)～(c)所示的问题。
如图13(a)所示，在基板51上形成第1层间绝缘膜52，同时在第1层间绝缘膜52上填埋由TaN阻挡膜53及Cu籽晶膜54构成的下层布线。此时，在Cu籽晶膜54中产生起因于上述凹痕缺陷等的凹坑。其结果是，如在包含下层布线的第1层间绝缘膜52的上面形成SiN膜55及第2层间绝缘膜56，则由于上述凹坑，有时在第2层间绝缘膜56的表面上也产生凹坑57。在宽幅布线(上层布线)的形成区域产生这种凹坑57的情况下，在产生该凹坑57的部分难以引起严重的不良影响。但是，在第2层间绝缘膜56的上层布线形成区域以外的其他区域上复制凹坑57时，由于该凹坑57的凹形状，在用于形成上层布线沟槽的石印时，有时产生图形不良。或者，如图13(b)所示，在第2层间绝缘膜56上，在填埋由TaN阻挡膜58a及镀Cu膜58b构成的上层布线58时，产生如下问题。即，在研磨布线材料时，研磨残余物TaN阻挡膜59a及Cu膜59b也被填埋在凹坑57内，由此，如图13(c)所示，形成造成上层布线58中的布线间短路的导电性部分59。此外，图13(c)是与图13(b)对应的俯视图。换言之，图13(b)是图13(c)的BB′线的剖面图。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是防止在镀膜中产生由于被镀面中气泡的吸附而产生的缺陷。
为达到上述目的，本发明的第1基板镀膜方法，是以通过将基板的被镀面朝下浸渍在镀液中对基板进行镀膜处理的基板镀膜方法为前提，其处理工序包括：通过在镀液中按第1旋转速度旋转基板而去除上述基板所吸气泡的工序；在气泡去除工序后，在镀液中，通过按比第1旋转速度低的第2旋转速度旋转基板，对基板进行镀膜处理的工序。
如采用第1基板镀膜方法，由于在开始镀膜处理之前，在镀液中高速旋转基板，因此能够去除基板所吸附的几乎所有气泡。由此能够避免在镀膜中形成起因于气泡的凹痕缺陷或中空。
此外，本发明的第2基板镀膜方法，是以通过将基板的被镀面朝下浸渍在镀液中对基板进行镀膜处理的基板镀膜方法为前提，具有在将基板浸渍在镀液中之前使被镀面湿润性提高的工序。
如采用第2基板镀膜方法，由于在将基板浸渍在镀液中之前使基板被镀面的湿润性提高，因此在将基板浸渍在镀液中时能够大大降低基板所吸附气泡的数量。所以，能够避免在镀膜中形成起因于气泡的凹痕缺陷或中空。
如采用本发明，由于在开始镀膜处理之前在镀液中高速旋转基板，或由于在将基板浸渍在镀液中之前提高基板被镀面的湿润性，所以能够在基板不吸附气泡的状态下对基板进行镀膜处理。因此，由于能够避免在镀膜中形成起因于气泡的凹痕缺陷或中空，所以，能够制造例如在镀膜为布线用导电膜时布线间不易产生短路并具有可靠性高的电子装置。
附图说明
图1(a)～(e)是表示本发明第1实施方式的基板镀膜方法中各工序的剖面图。
图2(a)～(c)是表示采用本发明第1实施方式的基板镀膜方法的、具有双波形花纹结构的铜布线形成方法的各工序的剖面图。
图3是表示在图2(b)所示的工序中不进行本发明第1实施方式的基板镀膜方法的气泡去除工序情况的图。
图4(a)～(e)是表示本发明第2实施方式的基板镀膜方法中各工序的剖面图。
图5(a)～(e)是表示本发明第3实施方式的基板镀膜方法中各工序的剖面图。
图6(a)～(e)是表示本发明第4实施方式的基板镀膜方法中各工序的剖面图。
图7(a)及(b)是表示本发明第5实施方式的基板镀膜装置构成的模式图。
图8是本发明第5实施方式的基板镀膜装置的基板夹持机构中夹持基板部分的放大图。
图9是以本发明第5实施方式的基板镀膜装置的基板夹持机构中夹持基板部分作为以往构成时的放大图。
图10(a)～(c)是表示以往的基板镀膜法中各工序的模式图。
图11(a)及(b)是用于说明以往基板镀膜法中存在的问题点的图。
图12(a)及(b)是用于说明以往基板电镀膜法中存在的问题点的图。
图13(a)～(c)是以用于说明往基板电镀膜法中存在的问题点的图。
图中：101基板，102层间绝缘膜，103TaN阻挡膜，104Cu籽晶膜，105气泡，106镀液，107镀Cu膜，111纯水喷嘴，112纯水流，113纯水，114纯水中的气泡，115微粒，116超音波振动外加纯水喷嘴，117超音波振动外加纯水流，118超音波振动发生器，151基板，152第1层间绝缘膜，153下层布线，153a TaN阻挡膜，153b Cu膜，154第2层间绝缘膜，155TaN阻挡膜，156Cu籽晶膜，157镀Cu膜，158气泡，200镀液，201镀液容器，202泵，203过滤器，204电镀槽，205阳极电极，206整流板，207超音波振动发生器，208镀液回收槽，209基板，210基板夹持机构，210a阴极电极，210b密封部，211A超音波振动外加清洗液喷嘴，211B清洗液喷嘴，212清洗废液回收槽。
具体实施方式
以下，就本发明的实施方式，以形成由最能显示本发明效果的布线材料Cu构成的布线用镀膜的情况为例，参照附图进行说明。
此外，第1～第4实施方式的基板镀膜法的特征是，在将基板101浸在镀液106时，去除在作为被镀面的Cu籽晶膜104的表面产生的气泡105(参照图1、图4～6)。此时，在各实施方式的方法中，通过旋转基板101使镀液106沿被镀面流动，从被镀面去除的气泡105被冲向基板101的周边区域。因此，在各实施方式的方法中所采用的基板镀膜装置中，详细情况见后述，基板夹持机构210的密封部210b与基板209的被镀面的接触角度优选设定为超过90°(更优选120°以上150°以下)。这样，就可以防止在密封部210b与基板209接触的部分滞留气泡(参照图8)。
第1实施方式
以下，参照附图说明本发明的第1实施方式的基板镀膜方法。
图1(a)～(e)是表示第1实施方式的基板镀膜方法中各工序的剖面图。此外，在图1(a)～(e)中，以正面朝下的状态表示形成布线等的基板的主面。
首先，如图1(a)所示，在基板101上依次沉积层间绝缘膜102、TaN阻挡膜103及Cu籽晶膜104。
然后，如图1(b)所示，将该基板101夹持在基板夹持机构(图示省略)，同时用该机构，将基板101正面朝下浸在镀液106中。此时，在被镀面的Cu籽晶膜104的表面上吸附气泡105。在这里，气泡105是尺寸在几μm～10μm以下的微小气泡，起因于Cu籽晶膜104表面的氧化或有机物的影响，或Cu籽晶膜104自身附着的微粒等。即，气泡105不是因镀膜槽的搅拌等而产生的尺寸在几十μm以上的大气泡。此外，在图1(b)中，为便于理解说明，放大表示气泡105。
然后，如图1(c)所示，将Cu籽晶膜104表面浸渍在镀液106中，直接高速旋转由基板夹持机构夹持的基板101，由此使气泡105脱离Cu籽晶膜104的表面。此时，在不进行气泡105的去除的情况下，即在基板101上吸附气泡105的状态直接进行镀膜生长时，由于Cu籽晶膜104上附着气泡105的部分不引起镀膜生长，所以就会产生凹痕缺陷或中空(参照图11(a)、(b)或图12(a)、(b))。
具体是，在本实施方式中，为防止上述缺陷的发生，按例如100rpm以上、500rpm以下(更优选100rpm以上200rpm以下)的旋转数(旋转速度)旋转基板101例如1～20秒。此外，由于在后面的镀膜生长工序中的通常的基板旋转数为10～100rpm(更优选10rpm以上60rpm以下)，所以在图1(c)所示工序(基板高速旋转气泡去除工序)的基板旋转数与通常的基板旋转数相比为相当高的高速度。在本实施方式中，利用该基板高速旋转气泡去除工序确实能够从基板101去除气泡105。
然后，如图1(d)所示，将Cu籽晶膜104表面浸渍在镀液106中，直接将被基板夹持机构夹持的基板101的旋转数减小到例如10～60rpm。此时，由于Cu籽晶膜104的表面不存在气泡105，因此不产生凹痕缺陷等，可以对基板101进行镀膜处理。即，在Cu籽晶膜104的上面，能够缓缓地生长具有高可靠性的镀Cu膜107。图1(e)表示完成镀Cu膜107的镀膜生长的状态。
如上所述，如采用第1实施方式，由于在开始镀膜处理之前，在镀液106中高速旋转基板101，因此能够去除基板101吸附的几乎所有气泡105。因此，由于能够避免在镀Cu膜107中形成起因于吸附气泡105的凹痕缺陷或中空，所以能够制造布线间不易发生短路的且具有高可靠性的电子装置。
下面，参照图2(a)～(c)说明采用本实施方式的、具有双波形花纹结构的铜布线形成方法。此外，在图2(a)～(c)中，以正面朝下的状态表示形成布线等的基板的主面。
首先，如图2(a)所示，在基板151上形成第1层间绝缘膜152，同时在第1层间绝缘膜152上填埋由TaN阻挡膜153a及Cu膜153b构成的下层布线153。然后，分别在下层布线153及第1层间绝缘膜152的上面形成第2层间绝缘膜154后，在第2层间绝缘膜154上形成由达到下层布线153的孔和上层布线用槽构成的凹部。随后，依次沉积TaN阻挡膜155及Cu籽晶膜156，以便使在含有该凹部的第2层间绝缘膜154上将该凹部填埋到一半左右。
下面，如图2(b)所示，将该基板151正面朝下浸在镀液(图示省略)中后，对基板151进行基板高速旋转气泡去除工序。然后，降低基板151的旋转数，对基板151进行镀膜处理。由此，能够形成具有高可靠性的镀Cu膜157，使在Cu籽晶膜156上完全填埋上述凹部。
以下，如图2(c)所示，采用例如CMP法去除上述凹部外侧的镀Cu膜157、Cu籽晶膜156及TaN阻挡膜155，由此形成与下层布线153电连接的上层布线。
此外，图3作为比较例示出了不按图2(b)所示的工序进行本实施方式的晶片高速旋转气泡去除工序时的情况。
如图3所示，在不进行基板高速旋转气泡去除工序的情况下，在将基板151正面朝下浸渍在镀液中时，Cu籽晶膜156的表面吸附气泡158，在吸附状态直接进行镀Cu膜157的镀膜生长。其结果是，例如由于在气泡158覆盖上述凹部的状态结束了镀Cu膜157的生长，对双波形花纹结构产生较大的不适合。
此外，在第1实施方式中，是将基板101浸在镀液106中后，旋转基板101去除气泡105。但是，也可以用比图1(d)所示的镀膜处理工序中的旋转数高的高速度，例如按与气泡去除工序(基板高速旋转气泡去除工序)大致相同的旋转数一边旋转基板101，一边在镀液106中浸湿基板101。
此外，在第1实施方式中，在实施气泡去除工序时，优选使镀液106对流(循环)。这样，更能够确实从基板101的表面冲走气泡105。
此外，在第1实施方式中，在实施气泡去除工序时，优选对镀液106外加超声波振动。这样，更能够确实从基板101的表面冲走气泡105。
此外，在第1实施方式中，在气泡去除工序中，也可以不对Cu籽晶膜104外加电压(电镀电流)，但在气泡去除工序中，为防止薄的Cu籽晶膜104(特别是形成在凹部的部分)在镀液106中溶解，也可以一边对基板101外加弱电流，一边进行气泡去除工序。此外，此时，外加给基板101的电压最好是使基板101中的电镀电流密度达到0.1～5.0mA/cm2的电压值。而电镀处理中的基板的通常电镀电流密度大约在10mA/cm2以上。
此外，在第1实施方式中，基板101浸在镀液106中，接着实施基板高速旋转气泡去除工序。但是，在基板高速旋转对微细开口部(例如，被镀面存在的凹部中的至少最小直径的凹部)的镀膜填埋带来不适合时，也可以在基板101浸在镀液106中后，对微细开口部进行镀膜填埋，然后实施气泡去除工序。这样，既能够镀膜填埋微小中空等的微细开口部，又能够除去气泡。此时，假设微细开口部的开口直径例如为0.16μm，填埋微细开口部所需的镀膜厚度在则0.08μm以下。此外，填埋微细开口部所需的镀膜厚度最好是在镀膜生长结束时的最终厚度(目标厚度)的20％以下。此外，填埋微细开口部时的基板旋转数最好比气泡去除工序(基板高速旋转气泡去除工序)中的基板旋转数低，例如是与图1(d)所示的镀膜处理工序中的基板旋转数大约相同的基板旋转数。
此外，在第1实施方式中，以形成由Cu构成的布线用镀膜为对象。但是，本实施方式当然也适合于形成由其他材料构成的其他用途的镀膜。
第2实施方式
下面，参照附图说明本发明的第2实施方式的基板镀膜方法。
图4(a)～(e)是表示本发明第2实施方式的基板镀膜方法中各工序的剖面图。而且，在图4(a)～(e)中，以正面朝下的状态表示形成布线等的基板的主面。
首先，如图4(a)所示，在基板101上依次沉积层间绝缘膜102、TaN阻挡膜103及Cu籽晶膜104。
然后，在本实施方式中，一边在正面朝下的状态将基板101夹持在基板夹持机构(图示省略)，一边从纯水喷嘴111对被镀面Cu籽晶膜104表面喷射纯水流112。
可是，如通常的镀膜处理一样，在Cu籽晶膜104的沉积之后，如不进行特殊处理，因Cu籽晶膜104表面氧化，或受基板盒或者来自周围保护气体的有机污染的影响，结果使Cu籽晶膜104表面对镀液106(参照图4(c))的润湿性恶化。与此相反，在本实施方式中，由于在将基板101浸渍在镀液106中之前，预先用纯水113(参照图4(b))浸湿Cu籽晶膜104的表面，因此能够改善Cu籽晶膜104表面的润湿性。
具体是，如图4(b)所示，通过对Cu籽晶膜104的表面喷吹纯水113，Cu籽晶膜104的表面达到润湿状态，其结果，在将基板101浸渍在镀液106时，Cu籽晶膜104表面吸附的气泡105(参照图4(c))的数量减少。
但是，在对Cu籽晶膜104的表面喷吹纯水113时，在Cu籽晶膜104的表面附着的纯水113中产生比较大的气泡114。即，在本实施方式中，在将基板101浸渍在镀液106时，Cu籽晶膜104表面吸附的气泡总量虽减少，但此时，在Cu籽晶膜104的表面有时残存尺寸大小超过几μm大气泡114。
因此，下面，如图4(c)所示，利用上述基板夹持机构将基板101正面朝下浸在镀液106中后，如图4(d)所示，高速旋转由该机构夹持的基板101。结果，通过由旋转基板101产生的离心力，能够使在镀液106中浸湿基板101时产生的气泡105从Cu籽晶膜104的表面脱离，同时还能够去除在对Cu籽晶膜104表面喷吹纯水113时产生的大气泡114。此外，在图4(b)及(c)中，为便于理解说明，放大表示气泡105及114。
此时，在图4(d)所示的工序(基板高速旋转气泡去除工序)中，按例如100rpm以上、500rpm以下(最好是100rpm以上200rpm以下)的旋转数(旋转速度)旋转基板101例如1～20秒。此外，由于在后面的镀膜生长工序中通常的基板旋转数为10～100rpm(最好是10rpm以上60rpm以下)，所以，基板高速旋转气泡去除工序的基板旋转数与一般的基板旋转数相比为相当高的高速度。
然后，将Cu籽晶膜104的表面浸渍在镀液106中，直接将基板夹持机构夹持的基板101的旋转数减小到例如10～60rpm，由此实施镀膜生长(镀膜处理)。此时，通过上述基板高速旋转气泡去除工序，由于能够使气泡105及气泡114脱离Cu籽晶膜104的表面，因此不产生凹痕缺陷等并且能够对基板101进行镀膜处理。即，在Cu籽晶膜104的上面能够慢慢生长具有高可靠性的镀Cu膜107。图4(e)表示完成镀Cu膜107的镀膜生长的状态。
如上所述，如采用第2实施方式，由于在将基板101浸渍在镀液106中之前，提高基板101的被镀面的Cu籽晶膜104表面的湿润性，能够大大降低在基板101浸渍在镀液106中时基板101吸附的气泡105的数量。此外，在开始镀处理之前，由于在镀液106中高速旋转基板101，所以能够去除基板101吸附的几乎所有气泡105及114。因此，由于能够避免在镀Cu膜107中形成起因于吸附气泡105及114的凹痕缺陷或中空，所以能够制造布线间不易发生短路的且具有高可靠性的电子装置。
此外，在第2实施方式中，是在基板101浸在镀液106中之后，旋转基板101去除气泡105及114。但是，也可以用比镀膜处理工序中的旋转数高的高速度，例如按与气泡去除工序(基板高速旋转气泡去除工序)相同的旋转数一边旋转基板101，一边在镀液106中浸湿基板101。
此外，在第2实施方式中，在实施气泡去除工序时，最好使镀液106对流(循环)。这样，更能够确实从基板101的表面冲走气泡105及114。
此外，在第2实施方式中，在实施气泡去除工序时，最好对镀液106外加超声波振动。这样，更能够确实从基板101的表面冲走气泡105及114。
此外，在第2实施方式中，在气泡去除工序中，也可以不对Cu籽晶膜104外加电压(电镀电流)，但在气泡去除工序中，为防止薄的Cu籽晶膜104(特别是形成在凹部的部分)在镀液106中溶解，也可以一边对基板101外加弱电流，一边进行气泡去除工序。此外，此时，外加给基板101的电压最好是使基板101中的电镀电流密度达到0.1～5.0mA/cm2的电压值。而电镀处理中的基板的一般电镀电流密度大约在10mA/cm2以上。
此外，在第2实施方式中，在将基板101浸渍在镀液106中之前，为提高基板101的被镀面(Cu籽晶膜104的表面)的润湿性，用纯水喷嘴111向该被镀面提供纯水。但是，也可以用其他供给机构向该被镀面提供其他液体。
此外，在第2实施方式中，在镀液106中浸湿基板101，接着实施基板高速旋转气泡去除工序。但是，在基板高速旋转对微细开口部(例如，被镀面存在的凹部中的至少最小直径的凹部)的镀膜填埋带来不适合时，也可以在基板101浸在镀液106中后，对微细开口部进行镀膜填埋，然后实施气泡去除工序。这样，既能够镀膜填埋微小中空等的微细开口部，又能够除去气泡。此时，假设微细开口部的开口直径例如为0.16μm，填埋微细开口部所需的镀膜厚度在0.08μm以下。此外，填埋微细开口部所需的镀膜厚度最好是在镀膜生长结束时的最终厚度(目标厚度)的20％以下。此外，填埋微细开口部时的基板旋转数最好比气泡去除工序(基板高速旋转气泡去除工序)的基板旋转数低的、例如是与镀膜处理工序中的基板旋转数大致相同的基板旋转数。
此外，在第2实施方式中，也可以省略图4(d)所示的气泡去除工序。
此外，在第2实施方式中，以形成由Cu构成的布线用镀膜为对象。但是，本实施方式当然也适合于形成由其他材料构成的其他用途的镀膜。
第3实施方式
下面，参照附图说明本发明的第3实施方式的基板镀膜方法。
图5(a)～(e)是表示本发明第3实施方式的基板镀膜方法的各工序的剖面图。而且，在图5(a)～(e)中，以正面朝下的状态表示形成布线等的基板的主面。
首先，如图5(a)所示，在基板101上依次沉积层间绝缘膜102、TaN阻挡膜103及Cu籽晶膜104。此时，在Cu籽晶膜104的表面附着在沉积Cu籽晶膜104时产生的铜等的微粒115。一旦在该微粒115存在于Cu籽晶膜104表面的状态下，在镀液中浸渍基板101，则产生以微粒115为核的气泡，结果在镀膜内产生缺陷。
因此，作为本实施方式的特征，在Cu籽晶膜104的沉积后，将基板101正面朝下夹持在基板夹持机构(图示省略)，同时从外加超声波振动的纯水喷嘴116对被镀面Cu籽晶膜104的表面喷射外加超声波振动的纯水流117。该外加超声波振动的纯水流117沿基板101的整个表面喷射。由此，如图5(b)所示，能够去除Cu籽晶膜104的表面附着的微粒115。因此，由于能够抑制在将基板101浸渍在镀液中时产生以微粒115为核的气泡，所以能够避免在镀膜中形成凹痕缺陷或中空等。
此外，在图5(a)所示的工序中，对被镀面的Cu籽晶膜104的表面外加超声波振动而去除微粒115的同时，通过对Cu籽晶膜104的表面喷吹纯水，也能提高该表面对镀液的润湿性。其结果，能够进一步降低在基板101浸渍在镀液中时基板101吸附的微小气泡的数量。但是，在利用外加超声波振动的纯水清洗Cu籽晶膜104的表面时，该表面有时附着比较大的气泡。
因此，下面，如图5(c)所示，在上述基板夹持机构中以正面朝下的状态夹持的基板101上的Cu籽晶膜104的表面浸在镀液106中后，如图5(d)所示，高速旋转由该机构夹持的基板101。其结果是，通过由旋转基板101产生的离心力，能够使在镀液106中浸湿基板101时产生的微小气泡105从Cu籽晶膜104的表面脱离，同时还能够去除在对Cu籽晶膜104表面喷吹外加超声波振动的纯水113时产生的大气泡。此外，在图5(c)中，为便于理解说明，放大表示气泡105。
此时，在图5(d)所示的工序(基板高速旋转气泡去除工序)，按例如100rpm以上、500rpm以下(最好是100rpm以上200rpm以下)的旋转数(旋转速度)旋转基板101例如1～20秒。此外，由于在后面的镀膜生长工序中通常的基板旋转数为10～100rpm(最好是10rpm以上60rpm以下)，所以，基板高速旋转气泡去除工序的基板旋转数与通常的基板旋转数相比为相当高的高速。
然后，将Cu籽晶膜104的表面浸渍在镀液106中，将基板夹持机构夹持的基板101的旋转数减小到例如10～60rpm后，按照对镀液106外加电场的普通电镀法实施镀膜生长(镀膜处理)。此时，通过上述基板高速旋转气泡去除工序，由于使气泡105及114脱离Cu籽晶膜104的表面，所以不产生凹痕缺陷等并能够对基板101进行镀膜处理。即，在Cu籽晶膜104的上面能够慢慢生长具有高可靠性的镀Cu膜107。图5(e)表示完成镀Cu膜107的镀膜生长的状态。
如上所述，如采用第3实施方式，由于在将基板101浸渍在镀液106中之前，在去除基板101的被镀面的Cu籽晶膜104的表面附着的微粒115的同时，提高了该表面的湿润性，因此能够大大降低在基板101浸渍在镀液106时基板101吸附的气泡的数量。此外，在开始镀膜处理之前，由于在镀液106中高速旋转基板101，因此能够去除基板101吸附的几乎所有气泡。因此，由于能够避免在镀Cu膜107中形成起因于吸附气泡的凹痕缺陷或中空，所以能够制造布线间不易发生短路的且具有高可靠性的电子装置。
此外，在第3实施方式中，是在基板101浸在镀液106中后，旋转基板101去除气泡。但是，也可以以比镀膜处理工序中的旋转数高的高速度，例如按与气泡去除工序(基板高速旋转气泡去除工序)大致相同的旋转数一边旋转基板101，一边在镀液106中浸湿基板101。
此外，在第3实施方式中，在实施气泡去除工序时，最好使镀液106对流(循环)。这样，更能够确实从基板101的表面冲走气泡。
此外，在第3实施方式中，在实施气泡去除工序时，最好对镀液106外加超声波振动。这样，更能够确实从基板101的表面冲走气泡。
此外，在第3实施方式中，在气泡去除工序，也可以不对Cu籽晶膜104外加电压(电镀电流)，但在气泡去除工序中，为防止薄的Cu籽晶膜104(特别是形成在凹部的部分)在镀液106中溶解，也可以一边对基板101外加弱电流，一边进行气泡去除工序。此外，此时，外加给基板101的电压最好是使基板101中的电镀电流密度达到0.1～5.0mA/cm2的电压值。而电镀处理中的基板的通常电镀电流密度大约在10mA/cm2以上。
此外，在第3实施方式中，在将基板101浸渍在镀液106中之前，为去除被镀面Cu籽晶膜104的表面附着的微粒115，对该被镀面外加超声波振动。但是，在本实施方式中，不特别限定去除微粒115的方法。此外，为提高该被镀面的润湿性，对该被镀面提供了纯水，但也可以向该被镀面提供其他液体。此时，也可以对该其他液体外加超声波振动。
此外，在第3实施方式中，在镀液106中浸湿基板101，接着实施基板高速旋转气泡去除工序。但是，在基板高速旋转对微细开口部(例如，被镀面存在的凹部中的至少最小直径的凹部)的镀膜填埋带来不适合时，也可以在基板101浸在镀液106中后，对微细开口部进行镀膜填埋，然后实施气泡去除工序。这样，既能够镀膜填埋微小中空等的微细开口部，又能够去除气泡。此时，假设微细开口部的开口直径例如为0.16μm，则填埋微细开口部所需的镀膜厚度在0.08μm以下。此外，填埋微细开口部所需的镀膜厚度最好是在镀膜生长结束时的最终厚度(目标厚度)的20％以下。此外，填埋微细开口部时的基板旋转数最好比气泡去除工序(基板高速旋转气泡去除工序)中的基板旋转数低，例如是与镀膜处理工序中的基板旋转数大致相同的基板旋转数。
此外，在第3实施方式中，也可以省略图5(d)所示的气泡去除工序。
此外，在第3实施方式中，以形成由Cu构成的布线用镀膜为对象。但是，本实施方式当然也适合于形成由其他材料构成的其他用途的镀膜。
第4实施方式
下面，参照附图说明本发明的第4实施方式的基板镀膜方法。
图6(a)～(e)是表示本发明第4实施方式的基板镀膜方法的各工序的剖面图。而且，在图6(a)～(e)中，以正面朝下的状态表示形成布线等的基板的主面。
首先，如图6(a)所示，在基板101上依次沉积层间绝缘膜102、TaN阻挡膜103及Cu籽晶膜104。
然后，如图6(b)所示，将该基板101夹持在基板夹持机构(图示省略)，同时用该机构，将基板101正面朝下浸在镀液106中。此时，在被镀面的Cu籽晶膜104的表面吸附气泡105。此外，镀液106贮存在安装有超声波振动发生器118的电镀液(图示省略)中。
然后，如图6(c)所示，将Cu籽晶膜104表面浸渍在镀液106中，直接用超声波振动发生器118对镀液106外加超声波振动。该图6(c)所示的工序(气泡去除工序)是本实施方式的特征，由此能够去除Cu籽晶膜104的表面吸附的气泡105。此时，通过实施与第1～第3实施方式相同的基板高速旋转气泡去除工序，即通过高速旋转由基板夹持机构夹持的基板101，能够进一步提高去除气泡105的效果。此外，在图6(b)及(c)中，为便于理解说明，放大表示气泡105。
然后，如图6(d)所示，通过对基板101进行通常的镀膜处理，在Cu籽晶膜104的上面能够慢慢生长镀Cu膜107。图6(e)表示完成镀Cu膜107的电镀生长的状态。
如上所述，如采用第4实施方式，由于在开始镀膜处理之前，在浸湿基板101的镀液106中外加超声波振动，因此能够去除基板101吸附的微小气泡。因此，由于能够避免在镀Cu膜107中形成起因于吸附气泡的凹痕缺陷或中空，所以能够制造布线间不易发生短路的且具有高可靠性的电子装置。
此外，在第4实施方式中，在实施气泡去除工序时，最好使镀液106对流(循环)。这样，更能够确实从基板101的表面冲走气泡。
此外，在第4实施方式中，作为安装在贮存镀液106的电镀液的阳极电极，在采用以铜为主要成分的电极时，通过对镀液106外加超声波振动，有可能由阳极电极产生微粒。为防止此种情况发生，作为阳极电极的材料最好使用实质上不溶解于镀液106的材料，例如铂等。但是，在此种情况下，为补偿因镀铜处理造成的镀液106中铜浓度的降低，需要通过另一途径为镀液106补充铜成分。
此外，在第4实施方式中，在实施气泡去除工序时，最好使镀液106对流(循环)。这样，更能够确实从基板101的表面冲走气泡。
此外，在第4实施方式中，在将基板101浸渍在镀液106中之前，与第2实施方式一样，最好向被镀面的Cu籽晶膜104的表面提供例如纯水，由此提高被镀面的润湿性。此时，最好与第3实施方式一样，例如可通过对纯水外加超声波振动，进一步去除该被镀面附着的微粒。此外，即使对于在对Cu籽晶膜104表面喷吹纯水时产生的大气泡，通过采用本实施方式的超声波振动发生器118，也能与Cu籽晶膜104表面附着的小气泡105一同除去。
此外，在第4实施方式中，在外加超声波的气泡去除工序中，也可以对各电极外加电压。换言之，也可以不对Cu籽晶膜104外加电压(电镀电流)。但在气泡去除工序中，为防止薄的Cu籽晶膜104在镀液106中溶解，也可以一边对基板101外加弱电流，一边进行气泡去除工序。此外，此时，外加给基板101的电压最好是使基板101中的电镀电流密度达到0.1～5.0mA/cm2的电压值。而电镀处理中的基板的通常电镀电流密度大致在10mA/cm2以上。
此外，在第4实施方式中，在镀液106中浸湿基板101，接着实施外加超声波的气泡去除工序。但是，在超声波振动对微细开口部(例如，被镀面存在的凹部中的至少最小直径的凹部)的镀膜填埋带来不适合时，也可以在基板101浸在镀液106中后，对微细开口部进行镀膜填埋，然后实施气泡去除工序。这样，既能够镀膜填埋微小中空等的微细开口部，又能够去除气泡。此时，假设微细开口部的开口直径例如为0.16μm，则填埋微细开口部所需的镀膜厚度在0.08μm以下。此外，填埋微细开口部所需的镀膜厚度最好是在镀膜生长结束时的最终厚度(目标厚度)的20％以下。
此外，在第4实施方式中，以形成由Cu构成的布线用镀膜为对象。但是，本实施方式当然也适合于形成由其他材料构成的其他用途的镀膜。
第5实施方式
下面，参照附图说明本发明的第5实施方式的基板镀膜装置。
图7(a)及(b)是表示本发明第5实施方式的基板镀膜装置的构成的模式图，(a)表示在镀液中浸渍基板前的状态，(b)表示在镀液中浸渍基板后的状态。
本实施方式的镀膜装置，如图7(a)及(b)所示，具有贮存镀液200的镀液容器201。镀液200经泵202及过滤器203从镀液容器201送到电镀槽204。
在电镀槽204中设置阳极电极205和整流板206。作为本实施方式的特征之一，在电镀槽204中设置对镀液200外加超声波振动的超声波振动发生器207。此外，在电镀槽204的外侧，设置镀液回收槽208，由此能够使从电镀槽204溢出的镀液200返回镀液容器201，重复使用。即，本实施方式的镀膜装置具有使镀液200在镀液容器201和电镀槽204的之间循环的镀液循环机构。
基板夹持机构210设置在电镀槽204的上侧，该机构在夹持基板209的同时，将基板209正面朝下浸渍在贮存在电镀槽204中的镀液200内。基板夹持机构210能够在夹持基板209的状态下旋转。
图8是基板夹持机构210夹持基板209的部分的放大图。如图8所示，在基板夹持机构210中，设有与基板209的被镀面相接的阴极电极210a和为防止阴极电极210a与镀液200接触而与基板209的被镀面相接的密封部210b。即，如图7(b)所示，在贮存在电镀槽204中的镀液200中浸渍基板209的状态下，通过在阳极电极205和阴极电极210a之间，即在阳极电极205与基板209的被镀面(例如Cu籽晶层表面)之间外加电压，能够进行镀膜生长。此外，作为本实施方式的特征之一，在密封部210b上支承基板209的部分与基板209的被镀面，无相对垂直的位置关系而是有倾斜的位置关系。换言之，密封部210b与基板209被镀面的接触角度，从基板209的中间一侧看大于90°，最好在120°以上150°以下的范围。
此外，本实施方式的镀膜装置，作为其特征，如图7(a)所示，在电镀槽204的外侧，相对于基板209的被镀面，具有能够供给外加超声波振动的纯水等清洗液的外加超声波振动的清洗液喷嘴211A。此处，也可以设置在通常状态下能够供给清洗液的清洗液喷嘴211B，来代替能外加超声波振动的喷嘴211A。此外，在电镀槽204的外侧(确切地讲在镀液回收槽208的外侧)，设置用于回收使用过的清洗液的清洗废液回收槽212。另外，图7(b)表示将基板209浸渍在镀液200中后的状态，图中省略了喷嘴211A或211B及清洗废液回收槽212。
以下，说明本实施方式的特征所产生的效果。
在本实施方式中，在电镀槽204中设置为镀液200外加超声波振动的超声波振动发生器207。由此，能够容易去除在将由基板夹持机构210夹持的基板209浸渍在贮存于电镀槽204的镀液200中时基板209吸附的大小几μm的微小气泡。
此外，在本实施方式中，如图8所示，密封部210b与基板209的被镀面的接触角度大于90°。可是，如图9所示的以往的结构那样，如果密封部210b与基板209的被镀面的接触角度为90°，换言之，如果密封部210b中的支承基板209的部分与基板209的被镀面垂直相接，则产生如下问题。即，在去除基板209的表面附着的气泡时，例如在镀液200中驱赶的一部分气泡滞留在由密封部210b与基板209接触构成的角部。其结果是，不能充分从基板209的被镀面去除气泡。与此相对，在本实施方式中，如图8所示，密封部210b与基板209的被镀面的接触角度大于90°，密封部210b与基板209的接触部分具有下部平缓扩展的形状。因此，通过根据第1～第3实施方式说明的基板夹持机构210的旋转或者电镀槽204中的镀液200的对流或根据第4实施方式说明的向镀液200外加超声波振动，向基板209的被镀面的外侧驱赶的气泡，不像以往那样滞留在密封部210b与基板209的接触部分(角部)。结果，能够很容易从基板209的被镀面去除气泡。
此外，在本实施方式中设置喷嘴211A或211B，其在将基板209浸渍在贮存于电镀槽204的镀液200中之前，对基板209的被镀面供给如纯水(或外加超声波振动的纯水)。因此，由于既能够提高基板209的被镀面的润湿性，又能够去除该被镀面附着的微粒，所以能够大大降低在镀液200中浸渍基板209时基板209吸附的气泡的数量。
下面，参照图7(a)及(b)说明进行第1～第4实施方式的镀膜方法时的本实施方式的镀膜装置的操作。
首先，将基板209装在基板夹持机构210上。然后，在第1或第4实施方式的情况下，利用基板夹持机构210，直接将基板209浸在贮存于电镀槽204中的镀液200内，在第2或第3实施方式的情况下，在对基板209进行了后述的预处理后，与第1或第4实施方式一样，将基板209浸在镀液200内。在该预处理中，采用具有能对基板209喷吹液体的机构(例如，清洗液喷嘴等)的装置。然后，用基板夹持机构210旋转基板209，同时对基板209外加电压，如此进行镀膜的形成。另外，在第1实施方式的情况下，在外加用于镀膜处理所需电压之前，用基板夹持机构210，以比镀膜处理中的旋转数高的旋转数，在镀液200中旋转基板209。此外，在第4实施方式的情况下，在外加镀膜处理所需电压之前，用基板夹持机构210，在镀液200中一边旋转基板209，一边用超声波振动发生器207对贮存于电镀槽204中的镀液200外加超声波振动。
下面，说明第2或第3实施方式的预处理。
在第2实施方式中，在将基板209浸在镀液200中之前，用清洗液喷嘴211A或211B对基板209喷射如纯水等。此外，在第3实施方式中，用外加超声波振动的清洗液喷嘴211A，对基板209喷射如外加超声波振动的纯水等。这样，在各实施方式中，在能得到提高基板209被镀面润湿性的效果的同时，在第3实施方式中还能够去除在将基板209浸在电镀液200中时附着在基板209表面的成为气泡生成核的微粒。另外，在第2或第3实施方式中，在采用喷嘴211A或211B清洗时，如用基板夹持机构210旋转或上下移动基板209，则能够进一步提高清洗效果。此外，在基板209的表面附着起因于喷射纯水等清洗液而产生的气泡的情况下，在开始预处理之前，通过在贮存在电镀槽204中的镀液200中高速旋转基板209，能够去除气泡。
如上所述，如采用本实施方式的镀膜装置，在去除基板209表面吸附的气泡后，或在基板209表面不附着气泡的状态下，能够对基板209进行镀膜处理。这样，由于能够防止在镀膜中形成起因于气泡的凹痕缺陷或中空，所以能够得到均匀的镀膜。因此，例如在采用镀膜作为布线用导电膜时，能够制造布线间不易产生短路的并具有高可靠性的电子装置。
此外，在本实施方式中，也与第4实施方式一样，作为安装在贮存镀液200的电镀槽204上的阳极电极205，在采用以铜为主要成分的电极时，通过对镀液200外加超声波振动，有可能由阳极电极205产生微粒。为防止此种情况发生，作为阳极电极205的材料最好使用实质上不溶解于镀液200的材料，例如铂等。但是，在此种情况下，为补偿因镀铜处理造成的镀液200中铜浓度的降低，需要通过另一途径为镀液200补充铜成分。
此外，在本实施方式中，为向基板209的被镀面供给纯水等液体，采用喷嘴211A或211B，但不特别限定上述液体供给机构。
此外，在本实施方式中，以形成由Cu构成的布线用镀膜为对象。但是，本实施方式当然也适合于形成由其他材料构成的其他用途的镀膜。
如上所述，本发明的镀膜方法及镀膜装置，由于具有能够防止在镀膜中形成凹痕缺陷或中空的效果，所以特别适用于用电镀法形成布线等。

Claims (30)

1.一种基板镀膜方法，通过将基板的被镀面朝下浸渍在镀液中，对所述基板进行镀膜处理，其特征在于，具有如下处理工序：
在所述镀液中，通过按第1旋转速度旋转所述基板，去除所述基板所吸气泡的工序；
在所述气泡去除工序之后，在所述镀液中，通过按比第1旋转速度低的第2旋转速度旋转所述基板，对所述基板进行镀膜处理的工序。
2.如权利要求1所述的基板镀膜方法，其特征在于：所述第1旋转速度为100rpm以上200rpm以下。
3.如权利要求1所述的基板镀膜方法，其特征在于：所述第2旋转速度为10rpm以上60rpm以下。
4.如权利要求1所述的基板镀膜方法，其特征在于：在所述气泡去除工序中外加给所述基板的电流密度，比对所述基板进行镀膜处理时外加给所述基板的电流密度小。
5.如权利要求1所述的基板镀膜方法，其特征在于：在所述气泡去除工序之前，还包括在所述被镀面侧的所述基板上形成籽晶层的工序，
所述气泡去除工序包括防止所述籽晶层在所述镀液中溶解的工序。
6.如权利要求1所述的基板镀膜方法，其特征在于：所述气泡的尺寸在10μm以下。
7.如权利要求1所述的基板镀膜方法，其特征在于：在所述镀液中，所述基板由具有与所述被镀面接触的电极和与所述被镀面接触的密封部的基板夹持机构夹持，以防止该电极与所述镀液接触，
所述密封部与所述被镀面的接触角度为120°以上150°以下。
8.如权利要求1所述的基板镀膜方法，其特征在于：所述气泡去除工序包括向所述镀液外加超声波振动的工序。
9.如权利要求1所述的基板镀膜方法，其特征在于，在所述气泡去除工序之前，还包括：在所述镀液中，将所述基板镀膜处理到填埋设置于所述被镀面上的凹部中至少最小直径的凹部的工序。
10.如权利要求9所述的基板镀膜方法，其特征在于：用于填充所述最小直径的凹部所需的镀膜厚度为该镀膜的目标厚度的20％以下。
11.如权利要求1所述的基板镀膜方法，其特征在于，在所述气泡去除工序之前，还包括：一边按所述第1旋转速度或按比所述第2旋转速度高的第3旋转速度旋转所述基板，一边在所述镀液中浸渍所述基板的工序。
12.一种镀膜方法，通过将基板的被镀面朝下浸渍在镀液中，对所述基板进行镀膜处理，其特征在于：具有在将所述基板浸渍在所述镀液中之前提高所述被镀面湿润性的工序。
13.如权利要求12所述的基板镀膜方法，其特征在于：提高所述湿润性的工序包括向所述被镀面提供液体的工序。
14.如权利要求13所述的基板镀膜方法，其特征在于：提高所述湿润性的工序包括去除所述被镀面上附着的微粒的工序。
15.如权利要求14所述的基板镀膜方法，其特征在于：去除所述微粒的工序包括对所述被镀面外加超声波振动的工序。
16.如权利要求14所述的基板镀膜方法，其特征在于：去除所述微粒的工序包括对所述被镀面提供外加了超声波振动的液体的工序。
17.如权利要求12所述的基板镀膜方法，其特征在于，具有如下工序：
在提高所述湿润性的工序之后，通过按第1旋转速度在所述镀液中旋转所述基板，在去除所述基板上吸附的气泡后，通过按比所述第1旋转速度低的第2旋转速度在所述镀液中旋转所述基板，对所述基板进行镀膜处理的工序。
18.一种基板镀膜装置，其特征在于，具有：
贮存镀液的电镀槽；
设置在所述电镀槽上的第1电极；
夹持作为镀膜处理对象的基板的基板夹持机构；
第2电极，其设置在所述基板夹持机构上并与所述基板的被镀面接触；
密封部，其设置在所述基板夹持机构上并与所述被镀面接触，以防止所述第2电极与所述电解液接触；
液体供给机构，其在电镀槽的外侧，向所述被镀面提供外加了超声波振动的液体。
19.如权利要求18所述的基板镀膜装置，其特征在于：还具有使贮存在所述电镀槽中的所述镀液循环的镀液循环机构。
20.如权利要求18所述的基板镀膜装置，其特征在于：所述基板夹持机构，是在夹持所述基板的状态下旋转所述基板。
21.如权利要求18所述的基板镀膜装置，其特征在于：所述第1电极由在所述电镀液不溶解的材料构成。
22.如权利要求18所述的基板镀膜装置，其特征在于：所述第1电极由铂构成。
23.如权利要求18所述的基板镀膜装置，其特征在于：所述密封部与所述被镀面的接触角度为120°以上150°以下。
24.一种基板镀膜装置，其特征在于，具有：
贮存镀液的电镀槽；
设置在电镀槽中的第1电极；
夹持作为镀膜处理对象的基板的基板夹持机构；
第2电极，其设置在所述基板夹持机构上并与所述基板的被镀面接触；
密封部，其设置在所述基板夹持机构上并与所述被镀面接触，以防止第2电极与所述电解液接触；
超声波振动外加机构，其设置在所述电镀槽中，并为贮存在所述电镀槽的所述镀液外加超声波振动。
25.如权利要求24所述的基板镀膜装置，其特征在于：在所述电镀槽的外侧，还设有向所述被镀面提供液体的液体提供机构。
26.如权利要求24所述的基板镀膜装置，其特征在于：还设有使贮存在所述电镀槽中的所述镀液循环的镀液循环机构。
27.如权利要求24所述的基板镀膜装置，其特征在于：所述夹持机构，使所述基板在夹持的状态下旋转。
28.如权利要求24所述的基板镀膜装置，其特征在于：所述第1电极由在所述镀液中不溶解的材料构成。
29.如权利要求24所述的基板镀膜装置，其特征在于：所述第1电极由铂构成。
30.如权利要求24所述的基板镀膜装置，其特征在于：所述密封部与所述被镀面的接触角度为120°以上150°以下。
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