JP2004068151A - Plating method of substrate and plating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板のメッキ方法及びメッキ装置に関し、特に電解メッキ法により配線等を形成する技術に関するものである。 The present invention relates to a plating method and a plating apparatus for a substrate, and more particularly to a technique for forming a wiring or the like by an electrolytic plating method.
従来、シリコンよりなる半導体基板上に形成されたLSIの配線材料としては、主にアルミニウムが使用されてきた。しかし、近年、半導体集積回路の高集積化及び高速化に従い、アルミニウムよりも抵抗が低く且つ高エレクトロマイグレーション(EM)耐性を有する銅が配線材料として注目されている。また、銅膜の成膜方法としては、例えば特許文献1に記載されているような電解メッキ法がある。 Conventionally, aluminum has been mainly used as a wiring material of an LSI formed on a semiconductor substrate made of silicon. However, in recent years, as the integration and speed of semiconductor integrated circuits have increased, copper, which has lower resistance than aluminum and high electromigration (EM) resistance, has attracted attention as a wiring material. As a method for forming a copper film, for example, there is an electrolytic plating method as described in Patent Document 1.
以下、電解メッキ法による従来の基板メッキ方法について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a conventional substrate plating method using an electrolytic plating method will be described with reference to the drawings.
図10(a)〜(c)は従来の基板メッキ方法の各工程を示す模式図である。 FIGS. 10 (a) to 10 (c) are schematic views showing each step of a conventional substrate plating method.
まず、図10(a)に示すように、メッキ液10を循環させながら、基板保持機構12により水平状態に保持された基板11をメッキ液10に浸漬した後、制御装置(図示省略)を用いて、基板保持機構12と共に基板11を30rpmの回転速度で回転させる。尚、基板保持機構12には、基板11の被メッキ面と接する電極13と、電極13をメッキ液10から保護するように該メッキ面と接するシール14とが取り付けられている。
First, as shown in FIG. 10A, while circulating the
このとき、図10(a)及び(b)に示すように、回転する基板11の被メッキ面の下側には、数十μm程度の大きさを持つ気泡15が滞留する一方、図10(c)に示すように、該基板11の回転とメッキ液10の上昇流10aとによって、気泡15は、基板11の被メッキ面から基板保持機構12の外側へと追い出される。ここで、気泡15の追い出しは1秒以内で終了する。また、気泡15の追い出しが終了したかどうかは、半導体基板11をメッキ液10に浸漬した時に印加した微小電流により抵抗値の変化を調べることによって確認する。
ところで、半導体基板をメッキ液へ接液すると、数μm程度以下のサイズを持つ微小な気泡が、例えばシードCu膜表面等の被メッキ面に吸着する。しかしながら、従来のメッキ方法及びメッキ装置によると、この微小な気泡を除去することができないため、その後のメッキ成長時に、被メッキ面における気泡吸着部分においてメッキ成長が阻害されるという問題が生じる。 By the way, when the semiconductor substrate is brought into contact with the plating solution, minute bubbles having a size of about several μm or less are adsorbed on the surface to be plated such as the surface of the seed Cu film. However, according to the conventional plating method and plating apparatus, it is not possible to remove these minute bubbles, so that there is a problem that plating growth is hindered at the bubble-adsorbed portion on the plating target surface during subsequent plating growth.
図11(a)、(b)、図12(a)、(b)及び図13(a)〜(c)は、従来の基板メッキ方法における問題点を説明するための図である。 FIGS. 11 (a), (b), FIGS. 12 (a), (b) and FIGS. 13 (a) to 13 (c) are diagrams for explaining problems in the conventional substrate plating method.
具体的には、図11(a)に示すように、基板21上に層間絶縁膜22、TaNバリア膜23及びCuシード膜24を順次堆積した後、基板21を、被メッキ面であるCuシード膜24の表面を下向きにしてメッキ液26に浸漬すると、気泡25がCuシード膜24の表面に吸着する。この状態でメッキ処理を行なうと、Cuシード膜24の表面に気泡25が吸着したままメッキ膜27が形成されるので、最終的に、図11(b)に示すように、メッキ膜27内に凹欠陥(凹型欠陥)28やボイド29が発生する。
Specifically, as shown in FIG. 11A, after sequentially depositing an
また、図12(a)に示すように、基板21上に層間絶縁膜22、TaNバリア膜23及びCuシード膜24を堆積した時点においてCuシード膜24上にパーティクル30が付着している場合には次のような問題が生じる。すなわち、基板21をメッキ液26に接液した際に、このパーティクル30が核となって気泡25がCuシード膜24の表面に吸着する結果、先に述べた場合と同様に、図12(b)に示すように、メッキ膜27内に凹欠陥28やボイド29が発生する。
Further, as shown in FIG. 12A, when
これらの欠陥、具体的には凹欠陥28やボイド29等が、例えば絶縁膜22に埋め込まれたメッキ膜27よりなる配線部分、又は下層配線に達するホールに埋め込まれたメッキ膜27よりなるコンタクト部分等の内部で発生すると、エレクトロマイグレーション耐性の劣化等の信頼性の低下が起こる。
These defects, specifically, the
その他、従来の基板メッキ方法においては、図13(a)〜(c)に示すような問題が生じる場合がある。 In addition, in the conventional substrate plating method, there may be a problem as shown in FIGS.
図13(a)に示すように、基板51上に第1の層間絶縁膜52が形成されていると共に、第1の層間絶縁膜52には、TaNバリア膜53及びCuメッキ膜54からなる下層配線が埋め込まれている。ここで、Cuメッキ膜54中には、前述の凹欠陥等に起因する窪みが生じている。その結果、下層配線を含む第1の層間絶縁膜52の上に、SiN膜55及び第2の層間絶縁膜56を形成すると、前述の窪みに起因して第2の層間絶縁膜56の表面にも窪み57が生じてしまう場合がある。
As shown in FIG. 13A, a first
このような窪み57が、幅の広い配線(上層配線)の形成領域に生じた場合には、該窪み57が生じた部分において深刻な不良は起こりにくい。しかし、第2の層間絶縁膜56における上層配線形成領域以外の他の領域に窪み57が転写された場合、該窪み57の凹形状に起因して、上層配線溝を形成するためのリソグラフィー時にパターン不良が発生してしまう場合がある。或いは、図13(b)に示すように、第2の層間絶縁膜56に、TaNバリア膜58a及びCuメッキ膜58bからなる上層配線58を埋め込む際には次のような問題が生じる。すなわち、配線材料の研磨時に、研磨残りであるTaN膜59a及びCu膜59bが窪み57にも埋め込まれ、それにより、図13(c)に示すように、上層配線58における配線間ショートの原因となる導電性部分59が形成されてしまう。尚、図13(c)は、図13(b)と対応する平面図である。言い換えると、図13(b)は、図13(c)のBB’線の断面図である。
(4) When such a
前記に鑑み、本発明は、被メッキ面における気泡の吸着に起因してメッキ膜中に欠陥が生じることを防止することを目的とする。 In view of the above, it is an object of the present invention to prevent a defect from occurring in a plating film due to adsorption of bubbles on a surface to be plated.
前記の目的を達成するために、本発明に係る第1の基板メッキ方法は、基板の被メッキ面を下向きにしてメッキ液に浸漬することにより基板に対してメッキ処理を行なうメッキ方法を前提とし、メッキ液中において基板を第1の回転速度で回転させることにより、基板に吸着している気泡を除去する工程と、気泡を除去する工程よりも後に、メッキ液中において基板を第1の回転速度よりも低速の第2の回転速度で回転させることにより、基板に対してメッキ処理を行なう工程とを備えている。 In order to achieve the above object, the first substrate plating method according to the present invention is based on the premise that a plating process is performed on a substrate by immersing the substrate in a plating solution with the surface to be plated facing downward. Removing the air bubbles adsorbed on the substrate by rotating the substrate at a first rotation speed in the plating solution; and performing the first rotation in the plating solution after the step of removing the air bubbles. Performing a plating process on the substrate by rotating the substrate at a second rotation speed lower than the speed.
第1の基板メッキ方法によると、メッキ処理の開始前にメッキ液中において基板を高速で回転させるため、基板に吸着した気泡のほとんどを除去することができる。このため、気泡の吸着に起因してメッキ膜中に凹型欠陥やボイドが形成されることを回避できる。 According to the first substrate plating method, since the substrate is rotated at a high speed in the plating solution before the plating process is started, most of the air bubbles adsorbed on the substrate can be removed. For this reason, it is possible to avoid the formation of concave defects and voids in the plating film due to the adsorption of bubbles.
また、本発明に係る第2の基板メッキ方法は、基板の被メッキ面を下向きにしてメッキ液に浸漬することにより基板に対してメッキ処理を行なうメッキ方法を前提とし、基板をメッキ液に浸漬する前に、被メッキ面の濡れ性を向上させる工程を備えている。 Further, the second substrate plating method according to the present invention is based on the premise that the substrate is plated in a plating solution by plating the substrate by immersing the substrate in a plating solution with the surface to be plated facing downward. Before the process, a step of improving the wettability of the surface to be plated is provided.
第2の基板メッキ方法によると、基板をメッキ液に浸漬する前に基板の被メッキ面の濡れ性を向上させるため、基板をメッキ液に浸漬した際に基板に吸着する気泡の数を大きく低減できる。このため、気泡の吸着に起因してメッキ膜中に凹型欠陥やボイドが形成されることを回避できる。 According to the second substrate plating method, the number of bubbles adsorbed to the substrate when the substrate is immersed in the plating solution is greatly reduced in order to improve the wettability of the substrate to be plated before the substrate is immersed in the plating solution. it can. For this reason, it is possible to avoid the formation of concave defects and voids in the plating film due to the adsorption of bubbles.
本発明によると、メッキ処理の開始前にメッキ液中において基板を高速で回転させるため、又は基板をメッキ液に浸漬する前に基板の被メッキ面の濡れ性を向上させるため、基板に気泡が吸着していない状態で、基板に対してメッキ処理を行なうことができる。従って、メッキ膜中に凹型欠陥やボイドが形成されることを回避できるので、例えばメッキ膜が配線用導電膜である場合には、配線間ショートが発生しにくく且つ高信頼性を持つ電子デバイスを製造できる。 According to the present invention, air bubbles are generated in the substrate in order to rotate the substrate at a high speed in the plating solution before starting the plating process, or to improve the wettability of the surface to be plated of the substrate before immersing the substrate in the plating solution. The plating process can be performed on the substrate in a state where the substrate is not adsorbed. Therefore, it is possible to avoid the formation of concave defects and voids in the plating film. For example, when the plating film is a conductive film for wiring, an electronic device that is less likely to cause a short circuit between wirings and has high reliability. Can be manufactured.
以下、本発明の各実施形態について、本発明の効果が最も現れる配線材料であるCuよりなる配線用メッキ膜を形成する場合を例として、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking as an example the case of forming a wiring plating film made of Cu, which is a wiring material exhibiting the best effects of the present invention.
尚、第1〜第4の実施形態に係る基板メッキ方法は、基板101をメッキ液106に接液した際に被メッキ面であるCuシード膜104の表面に生じる気泡105を除去する点に特徴がある(図1、図4〜6参照)。ここで、各実施形態の方法においては、基板101の回転により被メッキ面に沿ってメッキ液106が流れることによって、被メッキ面から除去された気泡105が基板101の周縁部分へと押し流される。従って、各実施形態の方法に用いる基板メッキ装置においては、後に詳述するが、基板保持機構210のシール210bにおける基板209の被メッキ面に対する接触角を90°を超える角度(より好ましくは120°以上で且つ150°以下の角度)に設定する。このようにすると、シール210bにおける基板209と接触部分に気泡が滞留することを防止できる(図8参照)。
It should be noted that the substrate plating methods according to the first to fourth embodiments are characterized in that bubbles 105 generated on the surface of the
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る基板メッキ方法について図面を参照しながら説明する。
(1st Embodiment)
Hereinafter, a substrate plating method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(a)〜(e)は、第1の実施形態に係る基板メッキ方法の各工程を示す断面図である。尚、図1(a)〜(e)においては、配線等が形成される基板の主面をフェイスダウン状態で示している。 FIGS. 1A to 1E are cross-sectional views showing each step of the substrate plating method according to the first embodiment. In FIGS. 1A to 1E, the main surface of the substrate on which the wiring and the like are formed is shown in a face-down state.
まず、図1(a)に示すように、基板101上に層間絶縁膜102、TaNバリア膜103及びCuシード膜104を順次堆積する。
First, as shown in FIG. 1A, an
続いて、図1(b)に示すように、この基板101を基板保持機構(図示省略)に保持させると共に、該機構を用いて基板101をフェイスダウンでメッキ液106に接液する。このとき、被メッキ面であるCuシード膜104の表面に気泡105が吸着する。ここで、気泡105は、Cuシード膜104の表面における酸化若しくは有機汚染の影響、又はCuシード膜104自体に付着したパーティクル等に起因して生じた、数μm〜10μm程度以下のサイズの微小な気泡である。すなわち、気泡105は、メッキ槽の攪拌等に起因して生じる、数十μm程度以上の大きさの気泡ではない。尚、図1(b)においては、説明をわかりやすくするために、気泡105を拡大して示している。
Next, as shown in FIG. 1B, the
その後、図1(c)に示すように、Cuシード膜104の表面をメッキ液106に浸漬したまま、基板保持機構によって保持されている基板101を高速で回転させ、それによって気泡105をCuシード膜104の表面から脱離させる。ここで、気泡105の除去を行なわない場合、つまり基板101に気泡105が吸着したままメッキ成長を続行した場合、Cuシード膜104における気泡105の付着部分ではメッキ成長が起こらないので、凹型欠陥やボイド等が発生してしまう(図11(a)、(b)又は図12(a)、(b)参照)。
Thereafter, as shown in FIG. 1C, while the surface of the
具体的には、本実施形態においては、これらの欠陥の発生を防止する為に、例えば100rpm以上で且つ500rpm以下(より好ましくは100rpm以上で且つ200rpm以下)の回転数(回転速度)で基板101を例えば1〜20秒程度回転させる。尚、後のメッキ成長工程における通常の基板回転数が10〜100rpm(より好ましくは10rpm以上で且つ60rpm以下)であるので、図1(c)に示す工程(ウェハ高速回転気泡抜きステップ)における基板回転数は、通常の基板回転数と比べてかなり高速である。本実施形態においては、このウェハ高速回転気泡抜きステップにより、基板101から気泡105を確実に除去することができる。
Specifically, in this embodiment, in order to prevent the occurrence of these defects, the
続いて、図1(d)に示すように、Cuシード膜104の表面をメッキ液106に浸漬したまま、基板保持機構によって保持されている基板101の回転数を例えば10〜60rpm程度に小さくする。このとき、Cuシード膜104の表面には気泡105が存在しないので、凹欠陥等を発生させることなく、基板101に対するメッキ処理を行なうことができる。すなわち、Cuシード膜104の上に、高信頼性を持つCuメッキ膜107を徐々に成長させることができる。図1(e)は、Cuメッキ膜107のメッキ成長が完全に行なわれた状態を示している。
Subsequently, as shown in FIG. 1D, while the surface of the
以上に説明したように、第1の実施形態によると、メッキ処理の開始前にメッキ液106中において基板101を高速で回転させるため、基板101に吸着した気泡105のほとんどを除去することができる。このため、気泡105の吸着に起因してCuメッキ膜107中に凹型欠陥やボイドが形成されることを回避できるので、配線間ショートが発生しにくく且つ高信頼性を持つ電子デバイスを製造できる。
As described above, according to the first embodiment, since the
ここで、本実施形態の方法による、デュアルダマシン構造を持つCu配線の形成方法について図2(a)〜(c)を参照しながら説明する。尚、図2(a)〜(c)においては、配線等が形成される基板の主面をフェイスダウン状態で示している。 Here, a method for forming a Cu wiring having a dual damascene structure according to the method of the present embodiment will be described with reference to FIGS. In FIGS. 2A to 2C, the main surface of the substrate on which the wiring and the like are formed is shown in a face-down state.
まず、図2(a)に示すように、基板151上に第1の層間絶縁膜152を形成すると共に、第1の層間絶縁膜152に、TaNバリア膜153a及びCu膜153bからなる下層配線153を埋め込む。続いて、下層配線153及び第1の層間絶縁膜152のそれぞれの上に第2の層間絶縁膜154を形成した後、第2の層間絶縁膜154に、下層配線153に達するホールと上層配線用溝とからなる凹部を形成する。その後、該凹部を含む第2の層間絶縁膜154の上に該凹部が途中まで埋まるように、TaNバリア膜155及びCuシード膜156を順次堆積する。
First, as shown in FIG. 2A, a first
次に、図2(b)に示すように、基板151をフェイスダウンでメッキ液(図示省略)に浸漬した後、基板151に対して本実施形態のウェハ高速回転気泡抜きステップを行ない、その後、基板151の回転数を小さくして基板151に対してメッキ処理を行なう。これにより、Cuシード膜156の上に前記の凹部が完全に埋まるように、高信頼性を持つCuメッキ膜157を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 2B, after the
次に、図2(c)に示すように、例えばCMP法により、前記の凹部の外側のCuメッキ膜157、Cuシード膜156及びTaNバリア膜155を除去し、それによって下層配線153と電気的に接続された上層配線を形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, the
ここで、図2(b)に示す工程で本実施形態のウェハ高速回転気泡抜きステップを行なわなかった場合の様子を比較例として図3に示す。 FIG. 3 shows a comparative example in which the wafer high-speed rotation bubble removal step of the present embodiment is not performed in the step shown in FIG. 2B.
図3に示すように、ウェハ高速回転気泡抜きステップを行なわなかった場合、基板151をフェイスダウンでメッキ液に浸漬した際に、Cuシード膜156の表面に気泡158が吸着し、その状態のままCuメッキ膜157のメッキ成長が行なわれる。その結果、例えば前記の凹部が気泡158に覆われた状態のままCuメッキ膜157のメッキ成長が完了してしまうので、デュアルダマシン構造に重大な不具合が生じてしまう。
As shown in FIG. 3, when the wafer high-speed rotation bubble removal step is not performed, when the
尚、第1の実施形態において、基板101をメッキ液106に接液した後、気泡105を除去するために基板101を回転させた。しかし、これに代えて、図1(d)に示すメッキ処理工程における回転数よりも高速で、例えば気泡除去工程(ウェハ高速回転気泡抜きステップ)と同程度の回転数で基板101を回転させながら、基板101をメッキ液106に接液してもよい。
In the first embodiment, after the
また、第1の実施形態において、気泡除去工程を実施する際には、メッキ液106を対流(循環)させることが好ましい。このようにすると、基板101の表面から気泡105をより確実に押し流すことができる。
In addition, in the first embodiment, when performing the bubble removing step, it is preferable that the
また、第1の実施形態において、気泡除去工程を実施する際には、メッキ液106に超音波振動を印加することが好ましい。このようにすると、基板101の表面から気泡105をより確実に押し流すことができる。
In the first embodiment, when performing the bubble removing step, it is preferable to apply ultrasonic vibration to the
また、第1の実施形態において、気泡除去工程ではCuシード膜104に電圧(メッキ電流)を印加しなくてもよいが、気泡除去工程中に薄いCuシード膜104(特に凹部に形成されている部分)がメッキ液106に溶解することを防ぐ為に、基板101に弱い電圧を印加しながら気泡除去工程を行なってもよい。また、このとき、基板101に印加する電圧の大きさは、基板101におけるメッキ電流密度が0.1〜5.0mA/cm2 の範囲になるような大きさであることが望ましい。尚、メッキ処理中の基板における通常のメッキ電流密度は10mA/cm2 程度以上である。
In the first embodiment, it is not necessary to apply a voltage (plating current) to the
また、第1の実施形態において、基板101をメッキ液106に接液し、引き続いて、高速基板回転よる気泡除去工程を実施した。しかし、高速基板回転が微細開口部(例えば被メッキ面に存在する凹部のうち少なくとも最小径の凹部)へのメッキ膜の埋め込みに不具合をもたらす場合は、基板101をメッキ液106に接液した後、微細開口部へのメッキ膜の埋め込みを行ない、その後、気泡除去工程を実施してもよい。このようにすると、微小ホール等の微細開口部へのメッキ膜の埋め込みと、気泡除去とを両立させることができる。このとき、微細開口部の埋め込みに必要なメッキ膜の厚さは、例えば微細開口部の開口径が0.16μmであるとすると、0.08μm以下である。また、微細開口部の埋め込みに必要なメッキ膜の厚さは、メッキ成長が完了した時点におけるメッキ膜の最終的な厚さ(狙い厚さ)の20%以下であることが好ましい。また、微細開口部の埋め込み時における基板回転数は、気泡除去工程(ウェハ高速回転気泡抜きステップ)における基板回転数よりも低速の回転数、例えば図1(d)に示すメッキ処理工程における基板回転数と同程度の基板回転数であることが好ましい。
In addition, in the first embodiment, the
また、第1の実施形態において、Cuよりなる配線用メッキ膜を形成する場合を対象とした。しかし、他の材料からなるメッキ膜を他の用途のために形成する場合にも本実施形態を適用できることは言うまでもない。 In addition, the first embodiment is directed to a case where a wiring plating film made of Cu is formed. However, it goes without saying that the present embodiment can be applied to a case where a plating film made of another material is formed for another use.
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る基板メッキ方法について図面を参照しながら説明する。
(Second embodiment)
Hereinafter, a substrate plating method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図4(a)〜(e)は、第2の実施形態に係る基板メッキ方法の各工程を示す断面図である。尚、図4(a)〜(e)においては、配線等が形成される基板の主面をフェイスダウン状態で示している。 FIGS. 4A to 4E are cross-sectional views showing each step of the substrate plating method according to the second embodiment. In FIGS. 4A to 4E, the main surface of the substrate on which the wiring and the like are formed is shown in a face-down state.
まず、図4(a)に示すように、基板101上に層間絶縁膜102、TaNバリア膜103及びCuシード膜104を順次堆積する。
First, as shown in FIG. 4A, an
その後、本実施形態では、基板101をフェイスダウン状態で基板保持機構(図示省略)に保持しながら、被メッキ面であるCuシード膜104の表面に対して、純水噴射ノズル111から純水シャワー112を噴射する。
Thereafter, in the present embodiment, while holding the
ところで、通常のメッキ処理のようにCuシード膜104の堆積後に特に処理を行なわなければ、Cuシード膜104の表面は酸化されたり、又は基板カセット若しくは周囲の雰囲気からの有機汚染の影響を受けたりする結果、Cuシード膜104の表面におけるメッキ液106(図4(c)参照)に対する濡れ性が劣化する。それに対して、本実施形態では、基板101をメッキ液106に浸漬する前に、予めCuシード層104の表面を純水113(図4(b)参照)によって濡らしておくので、Cuシード膜104の表面の濡れ性を改善することができる。
By the way, if no special treatment is performed after the deposition of the
具体的には、図4(b)に示すように、Cuシード膜104の表面に純水113を吹き付けることによってCuシード膜104の表面は濡れた状態となり、その結果、基板101をメッキ液106に浸漬する際にCuシード膜104の表面に吸着する気泡105(図4(c)参照)の数が減少する。
Specifically, as shown in FIG. 4B, the surface of the
しかし、Cuシード膜104の表面に純水113を吹き付けた場合、Cuシード膜104の表面に付着した純水113中に比較的大きな気泡114が発生してしまう。すなわち、本実施形態では、基板101をメッキ液106に浸漬した時点でCuシード膜104の表面に吸着している気泡全体の数は減少するものの、該時点において数μm程度を越えるサイズの気泡114がCuシード膜104の表面に残っている場合がある。
However, when the
そこで、次に、図4(c)に示すように、前記の基板保持機構を用いて基板101をフェイスダウンでメッキ液106に接液した後、図4(d)に示すように、該機構によって保持されている基板101を高速で回転させる。その結果、基板101の回転により生じる遠心力によって、基板101をメッキ液106に接液した際に発生した微小な気泡105をCuシード膜104の表面から脱離させることができると共に、Cuシード膜104の表面に純水113を吹き付けた際に発生した大きな気泡114も除去することができる。尚、図4(b)及び(c)においては、説明をわかりやすくするために、気泡105及び114を拡大して示している。
Then, next, as shown in FIG. 4C, the
ここで、図4(d)に示す工程(ウェハ高速回転気泡抜きステップ)では、例えば100rpm以上で且つ500rpm以下(より好ましくは100rpm以上で且つ200rpm以下)の回転数(回転速度)で基板101を例えば1〜20秒程度回転させる。尚、後のメッキ成長工程における通常の基板回転数が10〜100rpm(より好ましくは10rpm以上で且つ60rpm以下)であるので、ウェハ高速回転気泡抜きステップにおける基板回転数は、通常の基板回転数と比べてかなり高速である。
Here, in the process shown in FIG. 4D (wafer high-speed rotation bubble removal step), the
続いて、Cuシード膜104の表面をメッキ液106に浸漬したまま、基板保持機構によって保持されている基板101の回転数を例えば10〜60rpm程度に小さくし、それによってメッキ成長(メッキ処理)工程を実施する。このとき、前記のウェハ高速回転気泡抜きステップによって、Cuシード膜104の表面から気泡105及び気泡114を脱離させているので、凹欠陥等を発生させることなく、基板101に対するメッキ処理を行なうことができる。すなわち、Cuシード膜104の上に、高信頼性を持つCuメッキ膜107を徐々に成長させることができる。図4(e)は、Cuメッキ膜107のメッキ成長が完全に行なわれた状態を示している。
Subsequently, while the surface of the
以上に説明したように、第2の実施形態によると、基板101をメッキ液106に浸漬する前に、基板101の被メッキ面であるCuシード膜104の表面の濡れ性を向上させるため、基板101をメッキ液106に浸漬した際に基板101に吸着する気泡105の数を大きく低減できる。また、メッキ処理の開始前にメッキ液106中において基板101を高速で回転させるため、基板101に吸着した気泡105及び114のほとんどを除去することができる。このため、気泡105及び114の吸着に起因してCuメッキ膜107中に凹型欠陥やボイドが形成されることを回避できるので、配線間ショートが発生しにくく且つ高信頼性を持つ電子デバイスを製造できる。
As described above, according to the second embodiment, before the
尚、第2の実施形態において、基板101をメッキ液106に接液した後、気泡105及び114を除去するために基板101を回転させた。しかし、これに代えて、メッキ処理工程における回転数よりも高速で、例えば気泡除去工程(ウェハ高速回転気泡抜きステップ)と同程度の回転数で基板101を回転させながら、基板101をメッキ液106に接液してもよい。
In the second embodiment, after the
また、第2の実施形態において、気泡除去工程を実施する際には、メッキ液106を対流(循環)させることが好ましい。このようにすると、基板101の表面から気泡105及び114をより確実に押し流すことができる。
In the second embodiment, when performing the bubble removing step, it is preferable that the
また、第2の実施形態において、気泡除去工程を実施する際には、メッキ液106に超音波振動を印加することが好ましい。このようにすると、基板101の表面から気泡105及び114をより確実に押し流すことができる。
In the second embodiment, when performing the bubble removing step, it is preferable to apply ultrasonic vibration to the
また、第2の実施形態において、気泡除去工程ではCuシード膜104に電圧(メッキ電流)を印加しなくてもよいが、気泡除去工程中に薄いCuシード膜104(特に凹部に形成されている部分)がメッキ液106に溶解することを防ぐ為に、基板101に弱い電圧を印加しながら気泡除去工程を行なってもよい。また、このとき、基板101に印加する電圧の大きさは、基板101におけるメッキ電流密度が0.1〜5.0mA/cm2 の範囲になるような大きさであることが望ましい。尚、メッキ処理中の基板における通常のメッキ電流密度は10mA/cm2 程度以上である。
In the second embodiment, it is not necessary to apply a voltage (plating current) to the
また、第2の実施形態において、基板101をメッキ液106に浸漬する前に、基板101の被メッキ面(Cuシード膜104の表面)の濡れ性を向上させるために、純水噴射ノズル111を用いて該被メッキ面に純水113を供給した。しかし、これに代えて、他の供給機構を用いて他の液体を該被メッキ面に供給してもよい。
Further, in the second embodiment, before the
また、第2の実施形態において、基板101をメッキ液106に接液し、引き続いて、高速基板回転による気泡除去工程を実施した。しかし、高速基板回転が微細開口部(例えば被メッキ面に存在する凹部のうち少なくとも最小径の凹部)へのメッキ膜の埋め込みに不具合をもたらす場合は、基板101をメッキ液106に接液した後、微細開口部へのメッキ膜の埋め込みを行ない、その後、気泡除去工程を実施してもよい。このようにすると、微小ホール等の微細開口部へのメッキ膜の埋め込みと、気泡除去とを両立させることができる。このとき、微細開口部の埋め込みに必要なメッキ膜の厚さは、例えば微細開口部の開口径が0.16μmであるとすると、0.08μm以下である。また、微細開口部の埋め込みに必要なメッキ膜の厚さは、メッキ成長が完了した時点におけるメッキ膜の最終的な厚さ(狙い厚さ)の20%以下であることが好ましい。また、微細開口部の埋め込み時における基板回転数は、気泡除去工程(ウェハ高速回転気泡抜きステップ)における基板回転数よりも低速の回転数、例えばメッキ処理工程における基板回転数と同程度の基板回転数であることが好ましい。
In addition, in the second embodiment, the
また、第2の実施形態において、図4(d)に示す気泡除去工程を省略してもよい。 In the second embodiment, the bubble removing step shown in FIG. 4D may be omitted.
また、第2の実施形態において、Cuよりなる配線用メッキ膜を形成する場合を対象とした。しかし、他の材料からなるメッキ膜を他の用途のために形成する場合にも本実施形態を適用できることは言うまでもない。 In the second embodiment, the case where a wiring plating film made of Cu is formed is intended. However, it goes without saying that the present embodiment can be applied to a case where a plating film made of another material is formed for another use.
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態に係る基板メッキ方法について図面を参照しながら説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a substrate plating method according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図5(a)〜(e)は、第3の実施形態に係る基板メッキ方法の各工程を示す断面図である。尚、図5(a)〜(e)においては、配線等が形成される基板の主面をフェイスダウン状態で示している。 FIGS. 5A to 5E are cross-sectional views showing each step of the substrate plating method according to the third embodiment. In FIGS. 5A to 5E, the main surface of the substrate on which the wiring and the like are formed is shown in a face-down state.
まず、図5(a)に示すように、基板101上に層間絶縁膜102、TaNバリア膜103及びCuシード膜104を順次堆積する。このとき、Cuシード膜104の表面には、Cuシード膜104の堆積時に生じた、Cu等のパーティクル115が付着している。このパーティクル115がCuシード膜104の表面に存在している状態で基板101をメッキ液に浸漬すると、パーティクル115が核となって気泡が発生し、それによってメッキ膜中に欠陥が生じてしまう。
First, as shown in FIG. 5A, an
そこで、本実施形態の特徴として、Cuシード膜104の堆積後に、基板101をフェイスダウン状態で基板保持機構(図示省略)に保持しながら、被メッキ面であるCuシード膜104の表面に対して、超音波振動印加純水噴射ノズル116から超音波振動印加純水シャワー117を噴射する。この超音波振動印加純水シャワー117は、基板101の全面に亘って噴射される。これにより、図5(b)に示すように、Cuシード膜104の表面に付着したパーティクル115を除去することができる。よって、基板101をメッキ液に浸漬した際にパーティクル115を核として気泡が発生することを抑制できるので、メッキ膜中に凹欠陥やボイド等が形成されてしまう事態を回避できる。
Therefore, as a feature of the present embodiment, after the
また、図5(a)に示す工程では、被メッキ面であるCuシード膜104の表面に超音波振動を印加してパーティクル115を除去すると同時に、Cuシード膜104の表面に純水を吹き付けることによって該表面のメッキ液に対する濡れ性も向上する。その結果、基板101をメッキ液に浸漬する際にCuシード膜104の表面に吸着する微小な気泡の数がより一層減少する。但し、前記の超音波振動が印加された純水によってCuシード膜104の表面を洗浄する際に、該表面に比較的大きな気泡が付着してしまう場合がある。
In the step shown in FIG. 5A, the
そこで、次に、図5(c)に示すように、前記の基板保持機構にフェイスダウン状態で保持された基板101におけるCuシード膜104の表面をメッキ液106に接液した後、図5(d)に示すように、該機構によって保持されている基板101を高速で回転させる。その結果、基板101の回転により生じる遠心力によって、基板101をメッキ液106に接液した際に発生した微小な気泡105をCuシード膜104の表面から脱離させることができると共に、超音波振動が印加された純水をCuシード膜104の表面に吹き付けた際に発生した大きな気泡も除去できる。尚、図5(c)においては、説明をわかりやすくするために、気泡105を拡大して示している。
Then, as shown in FIG. 5C, the surface of the
ここで、図5(d)に示す工程(ウェハ高速回転気泡抜きステップ)では、例えば100rpm以上で且つ500rpm以下(より好ましくは100rpm以上で且つ200rpm以下)の回転数(回転速度)で基板101を例えば1〜20秒程度回転させる。尚、後のメッキ成長工程における通常の基板回転数が10〜100rpm(より好ましくは10rpm以上で且つ60rpm以下)であるので、ウェハ高速回転気泡抜きステップにおける基板回転数は、通常の基板回転数と比べてかなり高速である。
Here, in the step (wafer high-speed rotation bubble removal step) shown in FIG. 5D, the
続いて、Cuシード膜104の表面をメッキ液106に浸漬したまま、基板保持機構によって保持されている基板101の回転数を例えば10〜60rpm程度に小さくした後、メッキ液106に電界を印加する通常のメッキ法に従ってメッキ成長(メッキ処理)工程を実施する。このとき、前記のウェハ高速回転気泡抜きステップによって、Cuシード膜104の表面から気泡105等を脱離させているので、凹欠陥やボイドを発生させることなく、基板101に対するメッキ処理を行なうことができる。すなわち、Cuシード膜104の上に、高信頼性を持つCuメッキ膜107を徐々に成長させることができる。図5(e)は、Cuメッキ膜107のメッキ成長が完全に行なわれた状態を示している。
Subsequently, while the surface of the
以上に説明したように、第3の実施形態によると、基板101をメッキ液106に浸漬する前に、基板101の被メッキ面であるCuシード膜104の表面に付着しているパーティクル115を除去すると共に該表面の濡れ性を向上させるため、基板101をメッキ液106に浸漬した際に基板101に吸着する気泡の数を大きく低減できる。また、メッキ処理の開始前にメッキ液106中において基板101を高速で回転させるため、基板101に吸着した気泡のほとんどを除去することができる。このため、気泡の吸着に起因してCuメッキ膜107中に凹型欠陥やボイドが形成されることを回避できるので、配線間ショートが発生しにくく且つ高信頼性を持つ電子デバイスを製造できる。
As described above, according to the third embodiment, before immersing the
尚、第3の実施形態において、基板101をメッキ液106に接液した後、気泡を除去するために基板101を回転させた。しかし、これに代えて、メッキ処理工程における回転数よりも高速で、例えば気泡除去工程(ウェハ高速回転気泡抜きステップ)と同程度の回転数で基板101を回転させながら、基板101をメッキ液106に接液してもよい。
In the third embodiment, after the
また、第3の実施形態において、気泡除去工程を実施する際には、メッキ液106を対流(循環)させることが好ましい。このようにすると、基板101の表面から気泡をより確実に押し流すことができる。
In the third embodiment, when performing the air bubble removing step, it is preferable that the
また、第3の実施形態において、気泡除去工程を実施する際には、メッキ液106に超音波振動を印加することが好ましい。このようにすると、基板101の表面から気泡をより確実に押し流すことができる。
In the third embodiment, when performing the bubble removing step, it is preferable to apply ultrasonic vibration to the
また、第3の実施形態において、気泡除去工程ではCuシード膜104に電圧(メッキ電流)を印加しなくてもよいが、気泡除去工程中に薄いCuシード膜104(特に凹部に形成されている部分)がメッキ液106に溶解することを防ぐ為に、基板101に弱い電圧を印加しながら気泡除去工程を行なってもよい。また、このとき、基板101に印加する電圧の大きさは、基板101におけるメッキ電流密度が0.1〜5.0mA/cm2 の範囲になるような大きさであることが望ましい。尚、メッキ処理中の基板における通常のメッキ電流密度は10mA/cm2 程度以上である。
In the third embodiment, it is not necessary to apply a voltage (plating current) to the
また、第3の実施形態において、基板101をメッキ液106に浸漬する前に、被メッキ面であるCuシード膜104の表面に付着しているパーティクル115を除去するために、該被メッキ面に超音波振動を印加した。しかし、本実施形態において、パーティクル115の除去方法は特に限定されるものではない。また、該被メッキ面の濡れ性を向上させるために、該被メッキ面に純水を供給したが、これに代えて、他の液体を該被メッキ面に供給してもよい。このとき、該他の液体に超音波振動を印加してもよい。
Further, in the third embodiment, before the
また、第3の実施形態において、基板101をメッキ液106に接液し、引き続いて、高速基板回転による気泡除去工程を実施した。しかし、高速基板回転が微細開口部(例えば被メッキ面に存在する凹部のうち少なくとも最小径の凹部)へのメッキ膜の埋め込みに不具合をもたらす場合は、基板101をメッキ液106に接液した後、微細開口部へのメッキ膜の埋め込みを行ない、その後、気泡除去工程を実施してもよい。このようにすると、微小ホール等の微細開口部へのメッキ膜の埋め込みと、気泡除去とを両立させることができる。このとき、微細開口部の埋め込みに必要なメッキ膜の厚さは、例えば微細開口部の開口径が0.16μmであるとすると、0.08μm以下である。また、微細開口部の埋め込みに必要なメッキ膜の厚さは、メッキ成長が完了した時点におけるメッキ膜の最終的な厚さ(狙い厚さ)の20%以下であることが好ましい。また、微細開口部の埋め込み時における基板回転数は、気泡除去工程(ウェハ高速回転気泡抜きステップ)における基板回転数よりも低速の回転数、例えばメッキ処理工程における基板回転数と同程度の基板回転数であることが好ましい。
Also, in the third embodiment, the
また、第3の実施形態において、図5(d)に示す気泡除去工程を省略してもよい。 (5) In the third embodiment, the bubble removing step shown in FIG. 5D may be omitted.
また、第3の実施形態において、Cuよりなる配線用メッキ膜を形成する場合を対象とした。しかし、他の材料からなるメッキ膜を他の用途のために形成する場合にも本実施形態を適用できることは言うまでもない。 In addition, the third embodiment is directed to a case where a wiring plating film made of Cu is formed. However, it goes without saying that the present embodiment can be applied to a case where a plating film made of another material is formed for another use.
(第4の実施形態)
以下、本発明の第4の実施形態に係る基板メッキ方法について図面を参照しながら説明する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a substrate plating method according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図6(a)〜(e)は、第4の実施形態に係る基板メッキ方法の各工程を示す断面図である。尚、図6(a)〜(e)においては、配線等が形成される基板の主面をフェイスダウン状態で示している。 6 (a) to 6 (e) are cross-sectional views showing each step of the substrate plating method according to the fourth embodiment. In FIGS. 6A to 6E, the main surface of the substrate on which the wiring and the like are formed is shown in a face-down state.
まず、図6(a)に示すように、基板101上に層間絶縁膜102、TaNバリア膜103及びCuシード膜104を順次堆積する。
First, as shown in FIG. 6A, an
続いて、図6(b)に示すように、この基板101を基板保持機構(図示省略)に保持させると共に、該機構を用いて基板101をフェイスダウンでメッキ液106に接液する。このとき、被メッキ面であるCuシード膜104の表面に気泡105が吸着する。尚、メッキ液106は、超音波振動発生器118が取り付けられたメッキ浴(図示省略)に貯留されている。
Next, as shown in FIG. 6B, the
その後、図6(c)に示すように、Cuシード膜104の表面をメッキ液106に浸漬したまま、超音波振動発生器118によってメッキ液106に超音波振動を印加する。この図6(c)に示す工程(気泡除去工程)が本実施形態の特徴であって、これによって、Cuシード膜104の表面に吸着していた気泡105を除去することが出来る。このとき、第1〜第3の実施形態と同様のウェハ高速回転気泡抜きステップを実施することにより、つまり基板保持機構によって保持されている基板101を高速で回転させることにより、気泡105を除去する効果をさらに向上させることができる。尚、図6(b)及び(c)においては、説明をわかりやすくするために、気泡105を拡大して示している。
Then, as shown in FIG. 6C, ultrasonic vibration is applied to the
続いて、図6(d)に示すように、基板101に対して通常のメッキ処理を行なうことにより、Cuシード膜104の上にCuメッキ膜107を徐々に成長させる。図6(e)は、Cuメッキ膜107のメッキ成長が完全に行なわれた状態を示している。
Next, as shown in FIG. 6D, a normal plating process is performed on the
以上に説明したように、第4の実施形態によると、メッキ処理の開始前に、基板101が浸漬されたメッキ液106に超音波振動を印加するため、基板101に付着した小さな気泡105を除去することができる。このため、気泡105の吸着に起因してCuメッキ膜107中に凹型欠陥やボイドが形成されることを回避できるので、配線間ショートが発生しにくく且つ高信頼性を持つ電子デバイスを製造できる。
As described above, according to the fourth embodiment, the ultrasonic vibration is applied to the
尚、第4の実施形態において、気泡除去工程を実施する際には、メッキ液106を対流(循環)させることが好ましい。このようにすると、基板101の表面から気泡をより確実に押し流すことができる。
In the fourth embodiment, when performing the air bubble removing step, it is preferable that the
また、第4の実施形態において、メッキ液106が貯留されたメッキ浴に取り付けられたアノード電極として、Cuを主成分とする電極を用いた場合、メッキ液106への超音波振動の印加によって、アノード電極からパーティクルが発生する可能性がある。これを防ぐためには、アノード電極の材料として、メッキ液106に実質的に溶解しない材料、例えば白金等を用いることが好ましい。但し、この場合、Cuメッキ処理によるメッキ液106中のCu濃度の低下を補償するために、メッキ液106に対してCu成分の補給を別途行なう必要がある。
In the fourth embodiment, when an electrode containing Cu as a main component is used as the anode electrode attached to the plating bath in which the
また、第4の実施形態において、基板101をメッキ液106に接液する前に、第2の実施形態と同様に、被メッキ面であるCuシード膜104の表面に例えば純水を供給し、それによって該被メッキ面の濡れ性を向上させることが好ましい。このとき、第3の実施形態と同様に、例えば純水に超音波振動を供給することによって、該被メッキ面に付着しているパーティクルを除去することがさらに好ましい。尚、Cuシード膜104の表面に純水を吹き付けた際に生じる大きな気泡についても、本実施形態の超音波振動発生器118を用いることにより、Cuシード膜104の表面に付着している小さな気泡105と共に除去することができる。
Further, in the fourth embodiment, before the
また、第4の実施形態において、超音波印加による気泡除去工程では各電極に対して電圧を印加しなくてもよい。言い換えると、Cuシード膜104に電圧(メッキ電流)を印加しなくてもよい。しかし、気泡除去工程中に薄いCuシード膜104がメッキ液106に溶解することを防ぐ為に、基板101に弱い電圧を印加しながら気泡除去工程を行なってもよい。また、このとき、基板101に印加する電圧の大きさは、基板101におけるメッキ電流密度が0.1〜5.0mA/cm2 の範囲になるような大きさであることが望ましい。尚、メッキ処理中の基板における通常のメッキ電流密度は10mA/cm2 程度以上である。
In the fourth embodiment, it is not necessary to apply a voltage to each electrode in the bubble removing step by applying ultrasonic waves. In other words, it is not necessary to apply a voltage (plating current) to the
また、第4の実施形態において、基板101をメッキ液106に接液し、引き続いて、超音波印加による気泡除去工程を実施した。しかし、超音波振動が微細開口部(例えば被メッキ面に存在する凹部のうち少なくとも最小径の凹部)へのメッキ膜の埋め込みに不具合をもたらす場合は、基板101をメッキ液106に接液した後、微細開口部へのメッキ膜の埋め込みを行ない、その後、気泡除去工程を実施してもよい。このようにすると、微小ホール等の微細開口部へのメッキ膜の埋め込みと、気泡除去とを両立させることができる。このとき、微細開口部の埋め込みに必要なメッキ膜の厚さは、例えば微細開口部の開口径が0.16μmであるとすると、0.08μm以下である。また、微細開口部の埋め込みに必要なメッキ膜の厚さは、メッキ成長が完了した時点におけるメッキ膜の最終的な厚さ(狙い厚さ)の20%以下であることが好ましい。
In addition, in the fourth embodiment, the
また、第4の実施形態において、Cuよりなる配線用メッキ膜を形成する場合を対象とした。しかし、他の材料からなるメッキ膜を他の用途のために形成する場合にも本実施形態を適用できることは言うまでもない。 (4) In the fourth embodiment, the case where a wiring plating film made of Cu is formed is intended. However, it goes without saying that the present embodiment can be applied to a case where a plating film made of another material is formed for another use.
(第5の実施形態)
以下、本発明の第5の実施形態に係る基板メッキ装置について図面を参照しながら説明する。
(Fifth embodiment)
Hereinafter, a substrate plating apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図7(a)及び(b)は第5の実施形態に係る基板メッキ装置の構成を示す模式図であり、(a)は基板をメッキ液に浸漬する前の状態を示しており、(b)は基板をメッキ液に浸漬した後の状態を示している。 FIGS. 7A and 7B are schematic diagrams illustrating a configuration of a substrate plating apparatus according to a fifth embodiment, in which FIG. 7A illustrates a state before the substrate is immersed in a plating solution, and FIG. () Shows a state after the substrate is immersed in the plating solution.
本実施形態のメッキ装置は、図7(a)及び(b)に示すように、メッキ液200を貯め置くメッキ液タンク201を有している。メッキ液200はメッキ液タンク201からポンプ202及びフィルター203を経てメッキ浴204に送られる。
The plating apparatus of the present embodiment has a
メッキ浴204中には、アノード電極205及び整流板206が設置されている。本実施形態の特徴の1つとして、メッキ浴204中には、メッキ液200に超音波振動を印加する超音波振動発生器207が設置されている。また、メッキ浴204の外側にはメッキ液回収槽208が設けられており、これによってメッキ浴204からオーバーフローしたメッキ液200をメッキ液タンク201に戻して繰り返し使用することができる。すなわち、本実施形態のメッキ装置は、メッキ液タンク201とメッキ浴204との間でメッキ液200を循環させるメッキ液循環機構を有している。
ア ノ ー ド In the
メッキ浴204の上側には、基板209を保持すると共にメッキ浴204に貯留されたメッキ液200に基板209をその被メッキ面が下向きになるように浸す基板保持機構210が設けられている。基板保持機構210は、基板209を保持した状態で回転させることができる。
A
図8は、基板保持機構210における基板209を支持する部分の拡大図である。図8に示すように、基板保持機構210には、基板209の被メッキ面と接するカソード電極210aと、カソード電極210aをメッキ液200から保護するように基板209の被メッキ面と接するシール210bが設けられている。すなわち、図7(b)に示すように、メッキ浴204に貯留されたメッキ液200に基板209を浸漬した状態で、アノード電極205とカソード電極210aとの間に、つまりアノード電極205と基板209の被メッキ面(例えばCuシード層表面)との間に電圧を印加することにより、メッキ成長を行なうことができる。尚、本実施形態の特徴の1つとして、シール210bにおける基板209を支持する部分は、基板209の被メッキ面に対して垂直な位置関係にはなく、傾斜した位置関係にある。言い換えると、基板209の被メッキ面に対するシール210bの接触角は、基板209の中央側から見て90°よりも大きく、好ましくは、120°以上で且つ150°以下の範囲にある。
FIG. 8 is an enlarged view of a portion supporting the
また、本実施形態のメッキ装置は、その特徴として、図7(a)に示すように、メッキ浴204の外側において基板209の被メッキ面に対して、超音波振動を印加した純水等の洗浄液を供給できる超音波振動印加洗浄液ノズル211Aを備えている。ここで、超音波振動を印加できるノズル211Aに代えて、洗浄液を通常の状態で供給できる洗浄液ノズル211Bを設けてもよい。また、メッキ浴204の外側(正確にはメッキ液回収槽208の外側)には、使用済みの洗浄液を回収するための洗浄廃液回収槽212が設けられている。尚、基板209をメッキ液200に浸漬した後の状態を示す図7(b)においては、ノズル211A又は211B及び洗浄廃液回収槽212を省略している。
As shown in FIG. 7A, the plating apparatus of the present embodiment is characterized in that pure water or the like to which ultrasonic vibration is applied to the surface to be plated of the
以下、本実施形態の各特徴によって生じる効果について説明する。 Hereinafter, effects produced by the features of the present embodiment will be described.
本実施形態においては、メッキ浴204中に、メッキ液200に超音波振動を印加する超音波振動発生器207が設置されている。これにより、基板保持機構210に保持された基板209を、メッキ浴204に貯留されたメッキ液200に浸漬した際に基板209に吸着する数μm以下の大きさの微小な気泡を容易に除去することができる。
In the present embodiment, an
また、本実施形態においては、図8に示すように、基板209の被メッキ面に対するシール210bの接触角は90°よりも大きい。ところで、図9に示す従来構造のように、基板209の被メッキ面に対するシール210bの接触角が90°であると、言い換えると、シール210bにおける基板209を支持する部分が基板209の被メッキ面に垂直に接していると、次のような問題が生じる。すなわち、基板209の表面に付着した気泡を除去する際に、例えばメッキ液200に押し流された気泡の一部分が、シール210bと基板209との接触によって構成される角部に溜まってしまう。その結果、基板209の被メッキ面から気泡を十分に除去することができない。それに対して、本実施形態においては、図8に示すように、基板209の被メッキ面に対するシール210bの接触角は90°よりも大きく、シール210bと基板209との接触部分が、なだらかに裾が広がったような形状を有している。従って、第1〜第3の実施形態で説明した基板保持機構210の回転若しくはメッキ浴204中におけるメッキ液200の対流又は第4の実施形態で説明したメッキ液200への超音波振動印加によって、基板209の被メッキ面の外側に押し流された気泡が、従来のようにシール210bと基板209との接触部分(角部)に溜まることがない。その結果、基板209の被メッキ面から気泡を容易に除去することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the contact angle of the
また、本実施形態においては、メッキ浴204に貯留されたメッキ液200に基板209を浸漬する前に、基板209の被メッキ面に対して、例えば純水(又は超音波振動が印加された純水)を供給するノズル211A又は211Bが設けられている。このため、基板209の被メッキ面の濡れ性を向上させたり、又は該被メッキ面に付着しているパーティクルを除去したりできるので、基板209をメッキ液200に浸漬した際に基板209に吸着する気泡の数を大きく低減できる。
In the present embodiment, before the
以下、第1〜第4の実施形態に係るメッキ方法を行なう場合における本実施形態のメッキ装置の操作について図7(a)及び(b)を参照しながら説明する。 Hereinafter, the operation of the plating apparatus of the present embodiment when performing the plating method according to the first to fourth embodiments will be described with reference to FIGS. 7 (a) and 7 (b).
まず、基板209を基板保持機構210に装着する。その後、第1又は第4の実施形態の場合には基板保持機構210を用いて基板209をそのまま、メッキ浴204に貯留されたメッキ液200に接液し、第2又は第3の実施形態の場合には、基板209に対して後述する前処理を行なった後、第1又は第4の実施形態と同様に基板209をメッキ液200に接液する。この前処理には、基板209に対して液体を吹き付けることができる機構(例えば洗浄液ノズル等)が備わった装置を用いる。その後、基板保持機構210を用いて基板209を回転させると共に基板209に電圧を印加し、それによってメッキ膜の形成を行なう。尚、第1の実施形態の場合、メッキ処理のための電圧を印加する前に、メッキ液200中において、基板保持機構210を用いて基板209を、メッキ処理中の回転数よりも高い回転数で回転させる。また、第4の実施形態の場合、メッキ処理のための電圧を印加する前に、メッキ液200中において基板保持機構210を用いて基板209を回転させながら、超音波振動発生器207を用いて、メッキ浴204に貯留されたメッキ液200に超音波振動を印加する。
First, the
ここで、第2又は第3の実施形態における前処理について説明する。 Here, the pre-processing in the second or third embodiment will be described.
第2の実施形態では、基板209をメッキ液200に接液する前に、洗浄液ノズル211Bを用いて例えば純水等を基板209に対して噴射する。また、第3の実施形態では、超音波振動印加洗浄液ノズル211Aを用いて、例えば超音波振動を印加した純水等を基板209に対して噴射する。これにより、各実施形態においては、基板209の被メッキ面の濡れ性を向上させることができるという効果が得られると共に、第3の実施形態においては更に、基板209をメッキ液200に接液した際における気泡発生の核となる、基板209の表面に付着したパーティクルを除去することができる。尚、第2又は第3の実施形態において、ノズル211A又は211Bを用いた洗浄の際に、基板保持機構210を用いて基板209を回転させたり又は上下させたりすると、洗浄効果をより一層向上させることができる。また、純水等の洗浄液の噴射に起因して基板209の表面に気泡が付着した場合には、メッキ処理の開始前に、メッキ浴204に貯留されたメッキ液200中において基板209を高速で回転させることにより、気泡を除去することができる。
In the second embodiment, for example, pure water or the like is sprayed onto the
以上に説明したように、本実施形態のメッキ装置によると、基板209の表面に吸着した気泡を除去した後に、又は基板209の表面に気泡が付着していない状態で、基板209に対してメッキ処理を行なうことができる。このため、気泡の吸着に起因してメッキ膜中に凹型欠陥やボイドが形成されることを防止できるので、均一なメッキ膜を得ることができる。従って、例えばメッキ膜が配線用導電膜である場合には、配線間ショートが発生しにくく且つ高信頼性を持つ電子デバイスを製造できる。
As described above, according to the plating apparatus of the present embodiment, plating is performed on the
尚、本実施形態においても、第4の実施形態と同様に、メッキ液200が貯留されたメッキ浴204に取り付けられたアノード電極205として、Cuを主成分とする電極を用いた場合、メッキ液200への超音波振動の印加によって、アノード電極205からパーティクルが発生する可能性がある。これを防ぐためには、アノード電極205の材料として、メッキ液200に実質的に溶解しない材料、例えば白金等を用いることが好ましい。但し、この場合、Cuメッキ処理によるメッキ液200中のCu濃度の低下を補償するために、メッキ液200に対してCu成分の補給を別途行なう必要がある。
In this embodiment, as in the fourth embodiment, when an electrode containing Cu as a main component is used as the
また、本実施形態において、基板209の被メッキ面に純水等の液体を供給するために、ノズル211A又は211Bを用いたが、このような液体供給機構は特に限定されるものではない。
Also, in the present embodiment, the
また、本実施形態において、Cuよりなる配線用メッキ膜を形成する場合を対象とした。しかし、他の材料からなるメッキ膜を他の用途のために形成する場合にも本実施形態を適用できることは言うまでもない。 In this embodiment, the case where a wiring plating film made of Cu is formed is intended. However, it goes without saying that the present embodiment can be applied to a case where a plating film made of another material is formed for another use.
以上に説明したように、本発明に係るメッキ方法及びメッキ装置は、メッキ膜中に凹型欠陥やボイドが形成されることを回避できるという効果を有するため、例えば電解メッキ法により配線を形成する場合等に特に有用である。 As described above, the plating method and the plating apparatus according to the present invention have an effect that a concave defect or a void can be prevented from being formed in a plating film. Especially useful for
101 基板
102 層間絶縁膜
103 TaNバリア膜
104 Cuシード膜
105 気泡
106 メッキ液
107 Cuメッキ膜
111 純水噴射ノズル
112 純水シャワー
113 純水
114 純水中の気泡
115 パーティクル
116 超音波振動印加純水噴射ノズル
117 超音波振動印加純水シャワー
118 超音波振動発生器
151 基板
152 第1の層間絶縁膜
153 下層配線
153a TaNバリア膜
153b Cu膜
154 第2の層間絶縁膜
155 TaNバリア膜
156 Cuシード膜
157 Cuメッキ膜
158 気泡
200 メッキ液
201 メッキ液タンク
202 ポンプ
203 フィルター
204 メッキ浴
205 アノード電極
206 整流板
207 超音波振動発生器
208 メッキ液回収槽
209 基板
210 基板保持機構
210a カソード電極
210b シール
211A 超音波振動印加洗浄液ノズル
211B 洗浄液ノズル
212 洗浄廃液回収槽
REFERENCE SIGNS
Claims (30)
前記メッキ液中において前記基板を第1の回転速度で回転させることにより、前記基板に吸着している気泡を除去する工程と、
前記気泡を除去する工程よりも後に、前記メッキ液中において前記基板を前記第1の回転速度よりも低速の第2の回転速度で回転させることにより、前記基板に対してメッキ処理を行なう工程とを備えていることを特徴とする基板メッキ方法。 A plating method for performing a plating process on the substrate by immersing the substrate in a plating solution with the surface to be plated facing downward,
Removing the air bubbles adsorbed on the substrate by rotating the substrate at a first rotation speed in the plating solution;
Performing a plating process on the substrate by rotating the substrate at a second rotation speed lower than the first rotation speed in the plating solution after the removing the bubbles. A substrate plating method, comprising:
前記気泡を除去する工程は、前記メッキ液中における前記シード層の溶解を防止する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の基板メッキ方法。 Prior to the step of removing the air bubbles, the method further comprises a step of forming a seed layer on the substrate on the side to be plated,
The substrate plating method according to claim 1, wherein the step of removing the bubbles includes a step of preventing dissolution of the seed layer in the plating solution.
前記被メッキ面に対する前記シールの接触角は、120°以上で且つ150°以下であることを特徴とする請求項1に記載の基板メッキ方法。 In the plating solution, the substrate is held by a substrate holding mechanism having an electrode in contact with the surface to be plated and a seal in contact with the surface to be plated so as to protect the electrode from the plating solution,
The substrate plating method according to claim 1, wherein a contact angle of the seal with the plating surface is equal to or greater than 120 ° and equal to or less than 150 °.
前記基板を前記メッキ液に浸漬する前に、前記被メッキ面の濡れ性を向上させる工程を備えていることを特徴とする基板メッキ方法。 A plating method for performing a plating process on the substrate by immersing the substrate in a plating solution with the surface to be plated facing downward,
A method for plating a substrate, comprising a step of improving the wettability of the surface to be plated before immersing the substrate in the plating solution.
前記メッキ液中において前記基板を第1の回転速度で回転させることにより、前記基板に吸着している気泡を除去した後、前記メッキ液中において前記基板を前記第1の回転速度よりも低速の第2の回転速度で回転させることにより、前記基板に対してメッキ処理を行なう工程とを備えていることを特徴とする請求項12に記載の基板メッキ方法。 After the step of improving the wettability,
By rotating the substrate at a first rotation speed in the plating solution, after removing the air bubbles adsorbed on the substrate, the substrate in the plating solution is rotated at a speed lower than the first rotation speed. 13. The method according to claim 12, further comprising: performing a plating process on the substrate by rotating the substrate at a second rotation speed.
前記メッキ浴中に設置された第1の電極と、
メッキ処理の対象となる基板を保持する基板保持機構と、
前記基板保持機構に設置され、且つ前記基板の被メッキ面と接する第2の電極と、
前記基板保持機構に設置され、且つ前記第2の電極を前記メッキ液から保護するように前記被メッキ面と接するシールと、
前記メッキ浴の外側において前記被メッキ面に対して、超音波振動を印加した液体を供給する液体供給機構とを備えていることを特徴とする基板メッキ装置。 A plating bath for storing a plating solution,
A first electrode installed in the plating bath;
A substrate holding mechanism for holding a substrate to be plated;
A second electrode provided on the substrate holding mechanism and in contact with a surface to be plated of the substrate;
A seal installed on the substrate holding mechanism and in contact with the plating target surface so as to protect the second electrode from the plating solution;
A substrate plating apparatus, comprising: a liquid supply mechanism that supplies a liquid to which ultrasonic vibration is applied to the surface to be plated outside the plating bath.
前記メッキ浴中に設置された第1の電極と、
メッキ処理の対象となる基板を保持する基板保持機構と、
前記基板保持機構に設置され、且つ前記基板の被メッキ面と接する第2の電極と、
前記基板保持機構に設置され、且つ前記第2の電極を前記メッキ液から保護するように前記被メッキ面と接するシールと、
前記メッキ浴中に設置され、且つ前記メッキ浴に貯留された前記メッキ液に超音波振動を印加する超音波振動印加機構とを備えていることを特徴とする基板メッキ装置。 A plating bath for storing a plating solution,
A first electrode installed in the plating bath;
A substrate holding mechanism for holding a substrate to be plated;
A second electrode provided on the substrate holding mechanism and in contact with a surface to be plated of the substrate;
A seal installed on the substrate holding mechanism and in contact with the plating target surface so as to protect the second electrode from the plating solution;
A substrate plating apparatus comprising: an ultrasonic vibration applying mechanism that is installed in the plating bath and applies ultrasonic vibration to the plating solution stored in the plating bath.
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