JP2001192845A

JP2001192845A - 無電解メッキ装置及び無電解メッキ方法

Info

Publication number: JP2001192845A
Application number: JP2000004662A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Konishi; 信夫小西; Takehiko Orii; 武彦折居
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2001-07-17

Abstract

(57)【要約】【課題】ＡｌやＷよりも低抵抗の配線を形成する。【解決手段】反応槽７と、被処理面に微細な凹凸パター
ンが形成されたウェハＷを反応槽７内に保持するスピン
チャック３と、反応槽７にＣｕ化合物とトリエタノール
アミンを含有する処理液を供給する液供給流路９と、処
理液中にＯ₂を含有する気体を多孔質のガスバブリング
部材１８から供給する供給源１６から構成され、反応槽
７内に配置したウェハＷを処理液中に浸漬してウェハＷ
表面に形成された凹凸パターンの凹所に無電解メッキに
よりＣｕを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体や絶縁体の
微細溝や微細孔からなる配線部に無電解メッキにより配
線を形成する無電解メッキ装置及び無電解メッキ方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の微細化と高集積化に伴っ
て、これに用いられる金属配線もまた微細化と多層化が
進行している。この微細金属配線材料として従来はＡｌ
合金が用いられてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のＡｌ
（アルミニウム）を用いた配線構造では、以下に示す課
題があった。

【０００４】微細化に伴う配線抵抗の増大や動作電流密
度の増大によるエレクトロマイグレーション耐性の劣化
が問題となってきている。また、このようなＡｌ（アル
ミニウム）合金配線層間を電気的に接続するための金属
プラグ（ビアプラグ）は、従来はＣＶＤ法によってＷ等
の高融点金属をビアホールヘ埋め込むことにより形成さ
れてきたが、ビア抵抗の低減のために電気抵抗率のより
低い金属材料を用いて形成することが望まれている。

【０００５】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、ＡｌやＷ（タング
ステン）よりも低抵抗の配線を形成することのできる無
電解メッキ装置及び無電解メッキ方法を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の観点に
よれば、メッキ反応槽と、このメッキ反応槽に設けら
れ、被処理面に微細な凹凸パターンが形成された基板が
載置される載置台と、メッキ反応槽にＣｕ含有化合物と
含窒素脂肪族化合物とを含有する処理液を供給する処理
液供給機構と、メッキ反応槽内に貯溜された処理液中に
浸漬可能に載置台の上方に設けられたガスバブリング部
材と、Ｏ₂及びＯ₃の少なくとも一方を含有する反応促進
気体をガスバブリング部材に供給して処理液中に反応促
進気体を吹き込ませる反応促進気体供給機構と、メッキ
反応槽から処理液を排出する排液機構とを具備してなる
ことを特徴とする無電解メッキ装置が提供される。

【０００７】このような構成によれば、Ｃｕ化合物と含
窒素脂肪族化合物とを含む処理液に基板を浸漬すること
で、凹凸パターンの凹所内にＣｕ成分が析出し、Ｃｕ配
線が形成される。また、処理液中に反応促進気体を噴射
しながらメッキ析出を行うことで反応速度が飛躍的に向
上する。

【０００８】望ましくは、反応促進気体供給機構は、ガ
スバブリング部材に反応促進気体を実質的に均等に供給
するように連通する複数の孔を有する分散板とする。こ
れにより、反応促進気体が基板表面に対して均一に供給
される。従って、基板表面におけるメッキ析出が面内で
均一に進行する。また望ましくは、ガスバブリング部材
は載置台上の基板に対向配置され、メッキ反応槽内の処
理液中に浸漬される。

【０００９】また望ましくは、基板に対してガスバブリ
ング部材及び分散板を回転させながら反応促進気体を処
理液中に供給する。これにより、基板の回転方向に対し
ても反応促進気体が均一に供給され、メッキ析出の面内
均一性がさらに向上する。

【００１０】また望ましくは、メッキ反応槽に処理液又
は基板を加熱する加熱機構を設ける。これにより、メッ
キ析出を所定の温度で行うことが可能となる。望ましく
は無電解メッキ時の基板の加熱温度は２０〜１００℃、
さらに望ましくは４０〜６０℃の範囲とすることが望ま
しい。この温度で行うことにより、常温で行う場合より
も反応速度が向上し、かつ自己分解による溶液中でのメ
ッキ析出が生じない。もちろん、これよりも低い温度で
行うことも可能である。さらに望ましくは、反応促進気
体の供給時に密閉された反応槽内でメッキ反応を生じさ
せることにより、反応促進気体の酸化が防止でき、効率
的にメッキ析出を行うことができる。

【００１１】また、望ましくは、液循環手段を用いて処
理液供給機構から供給された処理液を排液機構から排出
させて処理液を再びメッキ反応槽内に戻す。これによ
り、基板表面でメッキ反応が終了した処理液が新しい処
理液に置き換わり、被処理面に効率よく処理液を供給す
ることができる。従って、被処理面におけるメッキ析出
を促進することができる。

【００１２】また、この発明の第２の観点によれば、メ
ッキ反応槽内にＣｕ化合物と含窒素脂肪族化合物とを含
む処理液を供給し、被処理面に微細な凹凸パターンが形
成された基板を該処理液中に浸漬する工程と、処理液中
に少なくともＯ₂及びＯ₃の少なくとも一方を含有する反
応促進気体を吹き込み、ガスバブリングにより被処理面
に対する処理液の反応を促進させて基板の凹凸パターン
の凹所にＣｕ成分を析出させる工程とを含むことを特徴
とする無電解メッキ方法が提供される。

【００１３】また、反応促進気体をバブリングにより処
理液中に注入する。これにより、基板表面まで充分に反
応促進気体が供給され、メッキ析出反応速度が向上す
る。

【００１４】また、このような処理液及び反応促進気体
の組み合わせで、基板の凹所底面に表面あれを形成する
前処理を行ってから基板を処理液に浸漬してメッキ析出
を行うことにより、基板の凹所内のみに選択的にＣｕを
形成することができる。

【００１５】また、反応促進気体を密閉されたメッキ反
応槽に導入することにより、反応促進気体の酸化が防止
でき、効率的にメッキ析出を行うことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の一実施形態を説明する。

【００１７】本実施形態では、半導体ウェハ上の微細孔
にＣｕメッキを形成する場合について説明する。

【００１８】図１は本実施形態に係る無電解メッキ装置
１の全体構成を示すブロック構成図である。図１に示す
ように、この無電解メッキ装置１のチャンバ２内には載
置台としてのスピンチャック３が設けられている。スピ
ンチャック３は例えばウェハＷをほぼ水平に保持するた
めの真空吸着機構（図示せず）を備えている。このスピ
ンチャック３はウェハ保持部３ａと支持部３ｂを有す
る。また、このスピンチャック３の回転軸３ｂは、例え
ばスプラインシール軸受７ｇを介して反応槽底部の環状
支持部７ｆに回転可能に、かつ昇降可能に支持されてい
る。

【００１９】スピンチャック３はモータ４の回転駆動軸
に連結されている。さらに、スピンチャック３は昇降機
構５によって昇降可能に支持されている。モータ４及び
昇降機構５の制御信号はコントローラ６から出力され
る。

【００２０】スピンチャック３は有底筒状の反応槽７で
周囲を取り囲まれている。この反応槽７は、例えば同心
円状に深さが異なる底部７ａ，７ｂを有し、中央の底部
７ａは周辺の底部７ｂよりも深くなっている。反応槽７
内の液は、底部７ｂから中央底部７ａに向けて滑らかに
流出するようになっている。なお、処理液が滑らかに流
出する形態であれば、このように２段階の段差構造でな
くても、例えば中心部が深くなった円錐形状や多段構造
であってもよい。中央底部７ａ上にはシールリング７ｃ
が、周辺底部７ｂ上にはシールリング７ｄがそれぞれ設
けられている。さらに、反応槽７の側部の上端部にはシ
ールリング７ｅが設けられている。また、ウェハ保持部
３ａが中央底部７ａに収まるように構成されている。

【００２１】中央底部７ａには、ドレン８が開口してい
る。ドレン８は例えば液回収再生装置のタンク（図示せ
ず）に連通している。反応槽７の側部には、液供給流路
９が開口している。さらに反応槽７の側部であって液供
給流路９よりも低い位置に、排液流路１０が開口してい
る。また、さらに反応槽７の側部であって液供給流路９
よりも高い位置に、複数の排気路１１が連通している。
反応槽７の底部には、ウェハＷ及び反応槽７内に供給さ
れる処理液を加熱するヒータ７ｈが埋設されている。

【００２２】チャンバ２の上部には、チャンバ２に対向
してカバー１２が配置されている。チャンバ２の底部及
び側部とカバー１２とで処理室１３が規定される。カバ
ー１２は円筒状のカバー本体１２ａとカバー本体１２ａ
を支持する支持部１２ｂからなる。支持部１２ｂは例え
ばモータ１４の回転軸に連結されている。カバー１２は
昇降機構１５によって昇降可能に支持されている。さら
に、昇降機構１５には例えばフレキシブルチューブ１６
ａを介してエアオペレーティドバルブ１６に連結されて
いる。このエアオペレーティドバルブ１６はガス供給配
管１６ｂを介してガス供給源に連通している。ガス供給
源２６にはＯ₂ガス又はＯ₃ガスが収容されている。モー
タ１４、昇降機構１５及びエアオペレーティドバルブ１
６の駆動回路にはコントローラ６から指令信号が出力さ
れるようになっている。また、カバー１２は回転軸とな
る支持部１２ｂを中心にカバー本体１２ａが回転可能に
なっている。

【００２３】カバー本体１２ａのチャンバ２と対峙する
側には、円筒状でカバー本体１２ａよりも小径の分散板
１７が設けられている。さらにこの分散板１７の下には
円板状のガスバブリング部材１８が取り付けられてい
る。ガスバブリング部材１８は所定の気孔率を有する多
孔質体、例えばセラミック等からなり、ウェハＷに対し
て略水平に保持されている。分散板１７、カバー本体１
２ａ及び支持部１２ｂの内部には流路１９が設けられ、
この流路１９はモータ１４及び昇降機構１５を介してフ
レキシブルチューブ１６ａに連通している。

【００２４】図２は分散板１７のＡ−Ａ断面における平
面図である。断面が円形形状の分散板１７の下面にて複
数の分散口２１が開口している。分散口２１は、分散板
１７に同心円状に配置され、気体が均等に配分されるよ
うになっている。流路１９はガスバブリング部材１８と
の接触面において複数の分散口２１に分岐している。ま
た、駆動機構（図示せず）により処理室１３内に進退可
能にノズル２２が配置されている。

【００２５】図３は処理液供給機構４１の詳細な構成例
を示す図である。反応槽７側部に設けられた液供給流路
９及び排液流路１０は反応槽７外で連通しており、その
通路にはポンプ４２が設けられている。このポンプ４２
を駆動することにより、反応槽７から排液流路１０を通
じて排出された処理液を再び液供給流路９を通じて反応
槽７に循環して供給することができるようになってい
る。なお、この循環する処理液が逆流するのを防止する
ため、液供給流路９及び排液流路１０の間には逆止弁１
０ａが設けられている。

【００２６】両通路９及び１０には、脱イオン水供給通
路４３及び薬液供給通路４４が連通している。脱イオン
水供給通路４３は例えば流量検出用のフォトセンサ又は
マグネットを内蔵するフローメータ４５（ＦＭ）を介し
て脱イオン水槽４６に連通している。

【００２７】例えば図示しないフォトセンサはコントロ
ーラ６に流量検出信号を送信し、受信信号に基づきコン
トローラ６はポンプ４３ａ及びエアオペレーティドバル
ブ４７の動作をフィードバック制御する。ＦＭ４５には
流量調整用ダイヤルが設けられ、作業者がダイヤルを回
すことによって流量が設定されるようになっている。な
お、実際の流量が設定流量値に達しない場合にはコント
ローラ６がアラーム出力をするようになっている。他の
フローメータ４８，４９，５０，５１の構成はＦＭ４５
と実質的に同じである。また、脱イオン水供給通路４３
にはエアオペレーティドバルブ４７及び逆止弁４３ｂが
設けられ、液供給流路９及び排液流路１０を循環する処
理液が脱イオン水槽４６に逆流するのを防止する。脱イ
オン水の汲み上げは脱イオン水供給通路４３に設けられ
たポンプ４３ａによりなされる。エアオペレーティドバ
ルブ４７の弁体は、モータ４７ａにより制御される。

【００２８】各薬液槽５２〜５５の薬液供給通路４４に
はＦＭ４８〜５１がそれぞれ設けられている。また、薬
液供給通路４４にはエアオペレーティドバルブ５６及び
逆止弁４４ｄが設けられ、液供給流路９及び排液流路１
０を循環する薬液が薬液槽５２〜５５に逆流するのを防
止する。薬液の汲み上げは各薬液層５２〜５５に対応し
て薬液供給通路４４に設けられたポンプ４８ａ〜５１ａ
によりなされる。また、分岐した薬液供給通路４４のそ
れぞれには逆止弁４４ａ〜４４ｃ、４９ｂ，５０ｂ及び
５１ｂが設けられ、各薬液層５２〜５５同士が混合する
のを防止する。エアオペレーティドバルブ５６の弁体
は、モータ５６ａにより制御される。

【００２９】薬液槽５２〜５５にはそれぞれ薬液Ａ〜Ｄ
が収容されている。薬液Ａ〜Ｄの組成を図４に示す。ま
た、例えば図４に示される薬液Ａ〜Ｄの濃度比に対して
供給される脱イオン水の濃度比は８２５ｍｌ／ｌであ
る。

【００３０】なお、例えば薬液Ａ及びＣに含まれるトリ
エタノールアミンは含窒素脂肪族化合物であり、他の含
窒素脂肪族化合物でもよい。薬液Ｂに含まれるホルムア
ルデヒドの還元作用はアルカリ性で有効なので、トリエ
タノールアミンはＣｕ²⁺イオンを含む溶液をアルカリ性
に保つために錯化剤として加えられる。

【００３１】また、薬液Ｂに含まれるホルムアルデヒド
は、還元剤として用いられるもので、還元作用はアルカ
リ性で有効である。また、銅塩化物は、Ｃｕ²⁺イオンを
供給するために薬液Ｂに含まれている。

【００３２】薬液Ｄに含まれる水酸化ナトリウムは、上
記薬液Ａ〜Ｃを含む処理液のｐＨを調節するために供給
されるもので、処理液をアルカリ性に保つのに用いられ
る。

【００３３】フローメータ４５，４８〜５１及びエアオ
ペレーティドバルブ４７及び５６の制御信号はコントロ
ーラ６から出力される。

【００３４】上記構成の無電解メッキ装置を用いた本実
施形態の無電解メッキ方法を図５〜図８に示す装置断面
の工程図及び図９に示すウェハ断面図を用いて説明す
る。

【００３５】まず、図５に示すように、ウェハＷを図示
しない搬送機構によりチャンバ２内に搬入する。このウ
ェハＷは、図９（ａ）に示すように、Ｓｉ基板８１上に
例えば膜厚０．２μｍのＳｉＮ膜８２が形成され、さら
にこのＳｉＮ膜８２上に例えば膜厚０．６μｍのＴＥＯ
Ｓ（テトラエトキシシラン；Ｓｉ（ＯＣ₂）Ｈ₅）₄）か
らなる薄膜８３が形成されている。ＴＥＯＳ薄膜８３は
選択的に除去されＳｉＮ膜８２表面が露出し、コンタク
トホール８４が形成されている。また、このウェハＷは
前処理として行われるプラズマ処理により、コンタクト
ホール８４底部に表面荒れが形成されている。ウェハＷ
搬入の際には、コントローラ６により昇降機構１５が制
御され、カバー１２が反応槽７に対して充分に高い位置
まで上昇する。さらに、コントローラ６により昇降機構
５を制御してスピンチャック３を上昇させた状態で、チ
ャンバ２内に搬入されたウェハＷをスピンチャック３上
に載置する。スピンチャック３はウェハＷを吸着保持す
る。

【００３６】次に、スピンチャック３を下降させてシー
ルリング７ｃ及び７ｄにスピンチャック３及びウェハＷ
を接触させてウェハＷ裏面側と反応槽７の底部をシール
する。これにより、後に供給される処理液がウェハＷの
裏面側に浸入しないようにし、裏面においてメッキ析出
が進行するのを防止する。

【００３７】次に、例えば図３及び図６に示すように、
エアオペレーティドバルブ４７を開栓して脱イオン水槽
４６から脱イオン水を汲み上げ、脱イオン水供給通路４
３，液供給流路９を介して処理室１３内に脱イオン水を
供給する。所定量の脱イオン水が供給されたところでエ
アオペレーティドバルブ５６を開栓し、薬液槽５２〜５
５から所定量薬液Ａ〜Ｄを順次ポンプ４８ａ〜５１ａに
より汲み上げ、薬液供給通路４４を介して処理室１３内
に薬液Ａ〜Ｄを順次供給する。そして、このような薬液
Ａ〜Ｄの含まれた処理液が所定量供給され、図４に示す
濃度比が保たれたところで、処理液を排液流路１０から
ポンプ４２を用いて処理室１３から排出するとともに、
液供給流路９から再度処理室１３内に供給して処理液を
循環させる。

【００３８】次に、図７に示すように、カバー１２を下
降させてカバー本体１２ａの周縁部をシールリング７ｅ
に接触させてカバー１２と反応槽７をシールする。これ
により、反応槽７内に密閉された処理室１３が形成され
る。また、カバー１２を下降させることにより、ガスバ
ブリング部材１８が処理液に浸される。なお、処理液の
温度は、処理液内に配置されたセンサ（図示せず）の検
出温度に基づいてヒータ７ｈを必要に応じて作動させる
ことにより、２０〜１００℃、望ましくは４０〜６０℃
の範囲となるように制御される。

【００３９】次に、処理室１３内にある大気を一旦排気
路１１から排気してから処理室１３内に例えばＯ₂ガス
を供給する。このＯ₂ガスの供給は次のように行われ
る。まず、コントローラ６によりＯ₂ガスが備蓄された
エアオペレーティドバルブ１６を開栓し、供給口２０か
ら昇降機構１５，モータ１４を介して流路１９にＯ₂ガ
スを導入する。そして、分散口２１で分岐したＯ₂ガス
はガスバブリング部材１８の裏面側に入る。また、反応
の終了したガスは、排気路１１から排出される。

【００４０】ガスバブリング部材１８では、その内部の
多数の孔を介してその表面側に略均一にＯ₂ガスが供給
される。ガスバブリング部材１８の表面側は処理液に浸
されているため、Ｏ₂ガスの供給により処理液がバブリ
ングされる。これにより、Ｏ₂ガスはウェハＷの被処理
面に達し、ウェハＷ表面における無電解メッキ反応速度
が向上する。

【００４１】薬液Ａ〜Ｄによるメッキ反応を以下に示
す。ここで、薬液Ａ及びＣに含まれるトリエタノールア
ミンとＣｕ²⁺イオンが結合して生じた錯イオンをＣｕ²⁺
−Complexで代表すれば、無電解Ｃｕメッキの反応は次
式で表される。

【００４２】Ｃｕ²⁺−Complex＋２ＨＣＨＯ＋４ＯＨ^-→
Ｃｕ＋２ＨＣＯＯ^-＋Ｈ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋Complex この反応は触媒反応で、触媒である配線孔のＴＥＯＳ薄
膜８３側部及びＳｉＮ膜８２表面において選択的に進行
する。このメッキ析出の選択性は、配線孔底部の表面あ
れにはメッキ析出し、かつＴＥＯＳ表面の酸化された膜
にはメッキ析出しないことにより得られる。また、メッ
キ析出するＣｕ自体がこの反応の触媒として働くので、
反応は自己持続性を示し、メッキ膜は時間の経過と共に
成長する。このＯ₂ガスを供給することによりメッキ反
応速度が飛躍的に向上する。

【００４３】無電解メッキ反応は、ウェハＷと処理液と
の接触面において進行する。従って、処理液を循環させ
ることにより、ウェハＷ表面でメッキ反応が終了した処
理液が新しい処理液に置き換わり、被処理面に効率よく
処理液を供給することができる。従って、被処理面にお
けるメッキ析出を促進することができる。

【００４４】また、このＯ₂供給の際にモータ１４を回
転駆動することによりカバー１２を１０〜５００ｒｐｍ
で回転させる。分散口２１からガスバブリング部材１８
に供給されるＯ₂は面内すべての点において均一である
とはいえず、またガスバブリング部材１８の機能では処
理室１３内へのＯ₂の供給は完全に均一とはいえない。
そこで、カバー１２自体を回転させながらＯ₂を供給さ
せることにより、処理液に供給されるＯ₂の面内均一性
がさらに向上する。

【００４５】次に、図８に示すように、カバー１２を上
昇させる。また、スピンチャック３を上昇させ、シール
リング７ｃとスピンチャック３を離間させるとともに、
シールリング７ｄとウェハＷを離間させる。これによ
り、ウェハＷと周辺底部７ｂの間隙から反応槽７の底部
の中心部近傍に向けて処理液が流れ出し、中央底部７ａ
に流れ込む。そして、この処理液はポンプ（図示せず）
を用いてドレン８から排出される。駆動機構（図示せ
ず）によりウェハＷの上部にノズル２２を配置する。そ
して、コントローラ６によりモータ４を制御してウェハ
Ｗを回転させることにより、ウェハＷ表面に付着した処
理液を遠心力により飛散させる。さらに、このウェハＷ
を回転させながらノズル２２から脱イオン水を供給し、
ウェハＷ表面をリンスする。脱イオン水の供給が終了し
た後もウェハＷを回転させることによりウェハＷ表面を
乾燥させ、無電解メッキ工程が終了する。メッキが終了
したウェハＷは、コンタクトホール８４内にＣｕメッキ
層８５が析出する。

【００４６】図１０は無電解メッキ工程終了後のウェハ
Ｗ表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影した顕
微鏡写真を示す図である。図１０に示すように、円形の
コンタクトホール８４内に選択的にＣｕメッキ層８５が
析出しているのが確認できた。

【００４７】以上説明したようなプロセスを用いれば、
以下の効果を得ることができる。

【００４８】第１に、Ｃｕ化合物と含窒素脂肪族である
トリエタノールアミンとを含有する処理液中にウェハＷ
を浸漬することにより、ＡｌやＷよりも低抵抗の配線を
ウェハＷの配線孔に析出形成させることができる。

【００４９】第２に、反応槽７内の処理液中にＯ₂を含
有する気体を注入することにより、無電解メッキの反応
性が飛躍的に向上する。また、反応槽内に注入されるＯ
₂を含有する気体を、多孔質の円板を介してバブリング
により注入することにより、Ｏ₂をウェハＷの面内に均
一に供給することができ、無電解メッキ反応の面内均一
性が保持される。

【００５０】第３に、カバー１２を回転させながらＯ₂
を含有する気体を処理液内に導入することにより、さら
に面内に均一にウェハＷにＯ₂ガスを供給することがで
きる。

【００５１】第４に、このような処理液及びＯ₂ガスを
導入し、かつウェハＷのホール８４の底部に表面あれを
形成する前処理を行うことにより、コンタクトホール８
４内に選択的にＣｕメッキの析出を施すことができる。

【００５２】第５に、反応槽７底部に加熱機構を設け、
処理液を４０〜６０℃に保持しながらメッキの析出を行
うことにより、常温で行う場合よりも反応速度が向上
し、かつ自己分解による処理液中でのメッキ析出が生じ
ない。

【００５３】第６に、Ｏ₂を含有する気体を導入する際
に処理室１３内を密閉することにより、Ｏ₂の酸化が防
止でき、効率的にメッキ析出を行うことができる。

【００５４】第７に、処理室１３内に供給される処理液
を液供給流路９及び排液流路１０により循環させること
により、ウェハＷ表面でメッキ反応が終了した処理液が
新しい処理液に置き換わり、被処理面に効率よく処理液
を供給することができる。従って、被処理面におけるメ
ッキ析出を促進することができる。

【００５５】なお、本発明に係る無電解メッキ装置は、
本実施形態における構成以外にも適用可能である。

【００５６】例えば、被処理体として半導体ウェハを示
したが、例えばＬＣＤ基板等でもよい。また、常温でメ
ッキ析出を施す場合には、ヒータ７ｈを設ける必要がな
い。また、薬液に含有される還元剤としてホルムアルデ
ヒドを用いたが、これに限定されるものではなく、例え
ばロッシェル塩、ブドウ糖その他還元力の弱い有機薬品
を用いることができる。また、半導体ウェハの表面に微
細な孔が形成され、この孔にＣｕメッキからなるコンタ
クトホールを形成する場合を示したが、例えばライン状
の微細な溝にＣｕメッキからなる配線を形成する場合で
ももちろんよい。

【００５７】なお、薬液Ａ〜Ｄの供給順序は必ずしもこ
れに限定されるものではなく、異なる順序でももちろん
よい。また、上記４種類の薬液（Ａ〜Ｄ）の濃度はそれ
ぞれ２倍の濃度であっても構わない。すなわち、脱イオ
ン水の濃度比を下げ、薬液Ａ〜Ｄをそれぞれ５５〜１１
０，６０〜１２０，４０〜８０，２０〜４０ｍｌ／ｌの
範囲の濃度比としてもよい。またヒータ７ｈを制御する
ことにより、処理液温度は４０〜６０℃に保持するのが
望ましい。また、４種類の薬液による処理時間は、７分
〜３０分であるのが望ましい。

【００５８】また、反応槽７の底部にヒータ７ｈを設け
て処理液を所定の温度に保持したが、これに限定される
ものではない。例えば図１１に示すようにスピンチャッ
ク３’のウェハ保持部３ａ’内に加熱機構１１１を設け
てウェハＷを裏面から加熱する構成でも構わない。この
場合、処理液を所定の温度に保持することが好ましい。
また、ウェハＷを均一に加熱するため、ウェハ保持部３
ａ’はウェハＷと同径あるいはそれよりも大きな径を有
していることが望ましい。

【００５９】また、反応促進気体としてＯ₂ガスを用い
たが、Ｏ₃ガスを用いてもよい。

【００６０】なお、この無電解メッキ装置は、図１２〜
図１４に示すウェハ処理ユニットに適用されることが望
ましい。

【００６１】図１２に示すように、この塗布現像処理シ
ステム１２１は、ウェハＷが収容されたカセットＣＲか
らウェハＷを順次取り出すカセットステーション１２２
と、カセットステーション１２２によって取り出された
ウェハＷに対しレジスト液塗布及び現像のプロセス処理
を行うプロセス処理部１２３とを備えている。カセット
ステーション１２２は、半導体ウェハＷを例えば２５枚
単位で収納したカセットＣＲが出し入れされる載置台１
２４を備えている。

【００６２】前記カセットステーション１２２では、図
１２に示すように、載置台１２４上の位置決め突起部１
２４ａの位置に、複数個例えば４個までのカセットＣＲ
が、夫々のウェハ出入り口をプロセス処理部１２３側に
向けてＸ方向に一列に載置され、このカセット配列方向
（Ｘ方向）およびカセットＣＲ内に収容されたウェハＷ
のウェハ配列方向（Ｚ方向；垂直方向）に移動可能なサ
ブアーム機構１２５が各カセットＣＲに選択的にアクセ
スするようになっている。さらにこのサブアーム機構
１２５は、θ方向に回転自在に構成されており、このウ
ェハＷを前記プロセス処理部１２３に設けられたメイン
アーム機構１２６に受け渡すことができるようになって
いる。また、後述するようにプロセス処理部１２３側の
第３の処理ユニット群Ｇ３の多段ユニット部に属するア
ライメントユニット（ＡＬＩＭ）及びエクステンション
ユニット（ＥＸＴ）にもアクセスできるようになってい
る。

【００６３】カセットステーション１２２とプロセス処
理部１２３間でのウェハＷの受け渡しは第３のユニット
群Ｇ３を介して行われる。この第３の処理ユニット群Ｇ
３は、図１４に示すように複数のプロセス処理ユニット
を縦型に積み上げて構成したものである。すなわち、こ
の処理ユニット群Ｇ３は、ウェハＷを冷却処理する２つ
のクーリングユニット（ＣＯＬ）、ウェハＷの位置合わ
せをするアライメントユニット（ＡＬＩＭ）、ウェハＷ
を待機させておくためのエクステンションユニット（Ｅ
ＸＴ）、無電解メッキ後の乾燥処理を行う４つのドライ
ユニット（ＤＲＹ）を順次下から上へと積み上げて構成
されている。

【００６４】前記ウェハＷのメインアーム機構１２６へ
の受け渡しは、前記エクステンションユニット（ＥＸ
Ｔ）及びアライメントユニット（ＡＬＩＭ）を介して行
われる。

【００６５】また、図１２に示すように、このメインア
ーム機構１２６の周囲には、前記第３の処理ユニット群
Ｇ３を含む第１〜第５の処理ユニット群Ｇ１〜Ｇ５がこ
のメインアーム機構１２６を囲むように設けられてい
る。前述した第３の処理ユニット群Ｇ３と同様に、他の
処理ユニット群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ４，Ｇ５も各種の処理ユ
ニットを上下方向に積み上げ的に構成されている。

【００６６】この発明の無電解メッキ装置（ＰＬＴ）
は、図１３に示すように、第１、第２の処理ユニット群
Ｇ１，Ｇ２に設けられている。この第１，第２の処理ユ
ニット群Ｇ１，Ｇ２は、無電解メッキ装置（ＰＬＴ）を
上下方向に積み上げ構成したものである。

【００６７】一方、前記メインアーム機構１２６は、図
１４に示すように、上下方向に延接された筒状のガイド
１２７の内側に、メインアーム１２８を上下方向（Ｚ方
向）に昇降自在に装備している。筒状のガイド１２７は
モータ（図示せず）の回転軸に接続されており、このモ
ータの回転駆動力によって、前記回転軸を中心としてメ
インアーム１２８と一体に回転し、これによりメインア
ーム１２８はθ方向に回転自在となっている。なお、筒
状のガイド１２７は前記モータによって回転される別の
回転軸（図示せず）に接続するように構成してもよい。
上記したようにメインアーム１２８を上下方向に駆動す
ることで、ウェハＷを前記各処理ユニット群Ｇ１〜Ｇ５
の各処理ユニットに対して任意にアクセスさせることが
できるようになっている。

【００６８】第４の処理ユニット群Ｇ４は、図１３に示
すように、クーリングユニット（ＣＯＬ）、エクステン
ション・クーリングユニット（ＥＸＴ・ＣＯＬ）、エク
ステンションユニット（ＥＸＴ）、クーリングユニット
（ＣＯＬ）、４つのドライユニット（ＤＲＹ）を下から
上へと順次積み上げて構成したものである。

【００６９】前記カセットステーション１２２から第３
の処理ユニット群Ｇ３のエクステンションユニット（Ｅ
ＸＴ）を介してウェハＷを受け取ったメインアーム機構
１２６は、先ず、このウェハＷを第３の処理ユニット群
Ｇ３のクーリングユニット（ＣＯＬ）に搬入し、冷却処
理を行う。

【００７０】冷却処理されたウェハＷは、メインアーム
機構１２６によって第１の処理ユニット群Ｇ１（もしく
は第２の処理ユニット群Ｇ２）の無電解メッキ装置（Ｐ
ＬＴ）に対向位置決めされ、搬入される。

【００７１】前述したように無電解メッキ方式によりメ
ッキが施されたウェハＷは無電解メッキ装置（ＰＬＴ）
から取り出される。そして、メインアーム機構１２６に
よってアンロードされ、第３の処理ユニット群Ｇ３又は
第４の処理ユニット群Ｇ４のドライユニット（ＤＲＹ）
に挿入される。このウェハＷはドライユニット（ＤＲ
Ｙ）で乾燥された後、さらにクーリングユニット（ＣＯ
Ｌ）で冷却される。

【００７２】なお、この乾燥は例えば、減圧法によるも
のであってもよい。すなわち、ウェハＷをドライユニッ
ト（ＤＲＹ）若しくはこれとは別に設けられたチャンバ
内に挿入し、ウェハＷ周辺を減圧することでウェハＷ表
面を乾燥する方法であってもよい。

【００７３】次に、このウェハＷはクーリングユニット
（ＣＯＬ）で冷却された後、メインアーム機構１２６に
よりエクステンションユニット（ＥＸＴ）に挿入する。
そして、このエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介
してカセットステーション１２２に設けられたサブアー
ム機構１２５に受け渡される。

【００７４】ウェハＷを受け取ったサブアーム機構１２
５は、受け取ったウェハＷを順次カセットＣＲ内に収納
する。

【００７５】なお、第４の処理ユニット群Ｇ４は、第３
の処理ユニット群Ｇ３とほぼ同様に構成されており、第
３の処理ユニット群Ｇ３による処理と選択的に使用可能
である。すなわち、第３の処理ユニット群Ｇ３による処
理に時間がかかって処理が律速される場合等に、第４の
処理ユニット群Ｇ４を用いることにより、処理時間の短
縮が可能となる。さらに、第５の処理ユニット群Ｇ５
は、選択的に設けられるもので、この例では前記第４の
処理ユニット群Ｇ４と同様に構成されている。また、こ
の第５の処理ユニット群Ｇ５はレール１２９によって移
動可能に保持され、前記メインアーム機構１２６及び前
記第１〜第４の処理ユニット群Ｇ１〜Ｇ４に対するメン
テナンス処理を容易に行い得るようになっている。

【００７６】この発明の基板処理装置を図１２〜図１４
に示したウェハ処理ユニットに適用した場合、各処理ユ
ニットが上下に積み上げ式に構成されているから装置の
設置面積を著しく減少させることができる。

【００７７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、基
板の凹凸パターンの凹所内にＡｌやＷよりも低抵抗のＣ
ｕをメッキにより形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る無電解メッキ装置の
全体構成を示す縦断面図。

【図２】同実施形態に係る分散口のＡ−Ａ断面を示した
図。

【図３】同実施形態に係る処理液供給機構の詳細な構成
を示す図。

【図４】同実施形態に係る無電解メッキに用いられる薬
液の組成を示す図。

【図５】同実施形態に係る無電解メッキ方法のウェハＷ
搬入動作を示す工程断面図。

【図６】同実施形態に係る無電解メッキ方法の処理液導
入動作を示す工程断面図。

【図７】同実施形態に係る無電解メッキ方法のメッキ析
出動作を示す工程断面図。

【図８】同実施形態に係る無電解メッキ方法のメッキ析
出後動作を示す工程断面図。

【図９】同実施形態に係る無電解メッキの対象とする半
導体ウェハの縦断面図。

【図１０】同実施形態に係る無電解メッキの施されたウ
ェハＷの顕微鏡写真を示す図。

【図１１】同実施形態に係る加熱機構の変形例を示す断
面図。

【図１２】同実施形態に係る無電解メッキ装置が適用さ
れるウェハ処理ユニットの平面図。

【図１３】同実施形態に係る無電解メッキ装置が適用さ
れるウェハ処理ユニットの正面図。

【図１４】同実施形態に係る無電解メッキ装置が適用さ
れるウェハ処理ユニットの背面図。

【符号の説明】

１…無電解メッキ装置、２…チャンバ、３，３’…スピ
ンチャック、３ａ，３ａ’…ウェハ保持部、３ｂ…支持
部、４…モータ、５…昇降機構、６…コントローラ、７
…反応槽、７ａ…中央底部、７ｂ…周辺底部、７ｃ〜７
ｅ…シールリング、７ｆ…環状支持部、７ｇ…スプライ
ンシール軸受、８…ドレン、９…液供給流路、１０…排
液流路、１０ａ…逆止弁、１１…排気路、１２…カバ
ー、１２ａ…カバー本体、１３…処理室、１４…モー
タ、１５…昇降機構、１６…エアオペレーティドバル
ブ、１６ａ…フレキシブルチューブ、１６ｂ…ガス供給
配管、１７…分散板、１８…ガスバブリング部材、１９
…流路、２０…供給口、２１…分散口、２２…ノズル、
２６…ガス供給源、４１…処理液供給機構、４２…ポン
プ、４３…脱イオン水供給通路、４３ａ…ポンプ、４３
ｂ…逆止弁、４４…薬液供給通路、４４ａ〜４４ｄ…逆
止弁、４５…フローメータ（ＦＭ）、４６…脱イオン水
槽、４７…エアオペレーティドバルブ、４７ａ…モー
タ、４８〜５１…フローメータ（ＦＭ）、４８ａ〜５１
ａ…ポンプ、４９ｂ，５０ｂ，５１ｂ…逆止弁、５２〜
５５…薬液槽、５６…オペレーティドバルブ、５６ａ…
モータ、８１…Ｓｉ基板、８２…ＳｉＮ膜、８３…薄膜
（ＴＥＯＳ膜）、８４…コンタクトホール、８５…Ｃｕ
メッキ層、１１１…加熱機構

フロントページの続きＦターム(参考） 4K022 AA01 AA05 AA37 BA08 DA01 DB04 DB13 DB15 DB17 DB18 DB24 EA02 4M104 BB04 DD53

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】メッキ反応槽と、このメッキ反応槽に設けられ、被処理面に微細な凹凸パ
ターンが形成された基板が載置される載置台と、前記メッキ反応槽にＣｕ含有化合物と含窒素脂肪族化合
物とを含有する処理液を供給する処理液供給機構と、前記メッキ反応槽内に貯溜された前記処理液中に浸漬可
能に前記載置台の上方に設けられたガスバブリング部材
と、Ｏ₂及びＯ₃の少なくとも一方を含有する反応促進気体を
前記ガスバブリング部材に供給して前記処理液中に反応
促進気体を吹き込ませる反応促進気体供給機構と、前記メッキ反応槽から前記処理液を排出する排液機構と
を具備してなることを特徴とする無電解メッキ装置。
【請求項２】さらに前記反応促進気体供給機構は、前
記ガスバブリング部材に反応促進気体を実質的に均等に
供給するように連通する複数の孔を有する分散板を具備
することを特徴とする請求項１に記載の無電解メッキ装
置。
【請求項３】さらに前記ガスバブリング部材は、前記
載置台上の基板に対向配置され、前記メッキ反応槽内の
処理液中に浸漬されることを特徴とする請求項１に記載
の無電解メッキ装置。
【請求項４】さらに前記ガスバブリング部材及び前記
分散板を回転させる回転駆動機構を有することを特徴と
する請求項１に記載の無電解メッキ装置。
【請求項５】さらに前記メッキ反応槽は、前記処理液
及び前記基板の少なくとも一方を加熱する加熱機構を有
することを特徴とする請求項１に記載の無電解メッキ装
置。
【請求項６】さらに前記処理液供給機構から供給され
た処理液を前記排液機構から排出させて該処理液を再び
前記メッキ反応槽内に戻す液循環手段を有することを特
徴とする請求項１に記載の無電解メッキ装置。
【請求項７】メッキ反応槽内にＣｕ化合物と含窒素脂
肪族化合物とを含む処理液を供給し、被処理面に微細な
凹凸パターンが形成された基板を該処理液中に浸漬する
工程と、前記処理液中に少なくともＯ₂及びＯ₃の少なくとも一方
を含有する反応促進気体を吹き込み、ガスバブリングに
より前記被処理面に対する処理液の反応を促進させて前
記基板の凹凸パターンの凹所にＣｕ成分を析出させる工
程とを含むことを特徴とする無電解メッキ方法。
【請求項８】前記メッキ反応槽を密閉した状態で前記
反応促進気体により前記処理液をバブリングすることを
特徴とする請求項７に記載の無電解メッキ方法。
【請求項９】前記凹凸パターンの少なくとも凹所底面
に表面あれを形成した後に、前記処理液中に基板を浸漬
し、ガスバブリングを行うことを特徴とする請求項７に
記載の無電解メッキ方法。
【請求項１０】前記処理液を前記メッキ反応槽内で循
環させながらガスバブリングを行うことを特徴とする請
求項７に記載の無電解メッキ方法。