JP2005029820A - めっき方法、半導体装置の製造方法、及びめっき装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】凹部内にめっきを確実に埋め込むことができるめっき方法、断線し難い半導体装置を製造することができる半導体装置の製造方法、及び満遍なく基板を洗浄することができるめっき装置を提供する。
【解決手段】ウェハホルダ２５の回転によりウェハＷを回転させるとともに水供給ノズル４０から水をウェハＷ上に供給し、ウェハＷを洗浄する。ウェハＷの洗浄は、水供給ノズル４０を移動及びウェハホルダ２５の回転数等を変化させながら行う。洗浄を行った後、ウェハＷを回転させている状態で、水供給ノズル４０からの水の供給を停止し、ウェハＷの水切りを行う。水切りを行った後、アノード電極３１とカソード電極２８との間に電圧を印加し、かつ水供給ノズル４０からめっき液をウェハＷ上に供給して、ウェハＷ上にめっきを施す。
【選択図】 図５
【解決手段】ウェハホルダ２５の回転によりウェハＷを回転させるとともに水供給ノズル４０から水をウェハＷ上に供給し、ウェハＷを洗浄する。ウェハＷの洗浄は、水供給ノズル４０を移動及びウェハホルダ２５の回転数等を変化させながら行う。洗浄を行った後、ウェハＷを回転させている状態で、水供給ノズル４０からの水の供給を停止し、ウェハＷの水切りを行う。水切りを行った後、アノード電極３１とカソード電極２８との間に電圧を印加し、かつ水供給ノズル４０からめっき液をウェハＷ上に供給して、ウェハＷ上にめっきを施す。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板にめっきを施すめっき方法、半導体装置を製造する半導体装置の製造方法、及び基板の洗浄を行い得るめっき装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高集積化と高機能化を達成するためにデバイスの動作速度の向上が要求されている。それに伴い、各素子を繋ぐ配線の微細化及び多層化が進んでいる。そして、この微細化及び多層化に対応すべく、配線材料として低抵抗でありエレクトロマイグレーション耐性に優れたＣｕを用いるとともに配線溝内及びビアホール内に配線材料を埋め込んで配線を形成するダマシン法が用いられている。
【０００３】
ところで、配線溝等内にＣｕを埋め込む際には、埋め込み速度に優れた電解めっき法が用いられている。ところが、電解めっき法で配線溝等内にＣｕを埋め込むと、配線溝等内にボイドが発生してしまうことがある。このようなボイドは、断線原因となるので抑制されることが好ましい。現在、このようなボイドの発生を抑制するため、電解めっき法で配線を形成する前に界面活性剤或いは純水を半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）に供給して、前処理を施している（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。なお、このような前処理を行い得るめっき用前処理装置としては、前処理液をノズルからウェハに供給する装置が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−９２９５３号公報
【特許文献２】
特開２００２−１２９３８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような前処理をウェハに施した場合であっても、配線溝等内に確実に埋め込むことはできない。これは、ウェハの配線溝等内に気泡が発生し易いこと及びめっき液の濃度が変化してしまうことが原因であると考えられる。即ち、ウェハ表面には炭素含有物が付着しており、ウェハ表面が強度の疎水状態となっている。ここで、特許文献１では界面活性剤をウェハに供給しているが、このような界面活性剤は有機化合物であり、炭素含有物を除去することは困難である。また、特許文献２ではウェハ表面に純水を供給しているが、例えば純水を霧状にしてウェハに吹き付けることでウェハ表面を濡らし、ウェハ表面が濡れた状態のまま電解めっきを施しているため、ウェハ表面の炭素含有物は除去され難い。このため、界面活性剤及び純水をウェハに供給した場合であっても、依然として強度の疎水状態が維持されているので、配線溝等内に気泡が発生し易くなり、配線溝等内に確実に銅を埋め込むことができないものと考えられる。また、特許文献２では、純水で濡れた状態で電解めっきを施しているためにめっき液が希釈されてしまい、最適値に調整した銅濃度、添加剤濃度が変化してしまう。このため、めっき液の濃度が変化してしまい、配線溝等内に確実に銅を埋め込むことができないものと考えられる。
【０００６】
また、上記したようなめっき用前処理装置でウェハに前処理を施した場合には、場所により前処理効果がばらついてしまう。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものである。凹部内にめっきを確実に埋め込むことができるめっき方法、断線し難い半導体装置を製造することができる半導体装置の製造方法、及び満遍なく基板を洗浄することができるめっき装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願発明の一態様によれば、表面に凹部が形成された基板の表面に水を供給し、前記基板を洗浄する工程と、前記洗浄した基板を水切り或いは乾燥する工程と、前記水切り或いは乾燥した基板の表面にめっき液を供給し、前記基板にめっきを施す工程とを具備することを特徴とするめっき方法が提供される。
【０００９】
本願発明の他態様によれば、表面に凹部が形成された基板の表面に水を供給し、前記基板に付着している炭素含有物を取り除く工程と、前記炭素含有物を取り除いた基板の表面にめっき液を供給し、前記基板にめっきを施す工程とを具備することを特徴とするめっき方法が提供される。
【００１０】
本願発明の他態様によれば、半導体素子が形成され、かつ表面に凹部が形成された基板の表面に水を供給し、前記基板を洗浄する工程と、前記洗浄した基板を水切り或いは乾燥する工程と、前記水切り或いは乾燥した基板の表面にめっき液を供給し、めっき法により前記基板に配線膜を形成する工程と、前記凹部に埋め込まれた部分以外の配線膜を除去する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１１】
本願発明の他態様によれば、半導体素子が形成され、かつ表面に凹部が形成された基板の表面に水を供給し、前記基板に付着している炭素含有物を取り除く工程と、前記炭素含有物を取り除いた基板を水切り或いは乾燥する工程と、前記水切り或いは乾燥した基板の表面にめっき液を供給し、めっき法により前記基板に配線膜を形成する工程と、前記凹部に埋め込まれた部分以外の配線膜を除去する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１２】
本願発明の他態様によれば、表面に凹部が形成された基板を保持する基板保持部材と、前記基板保持部材に保持された基板の表面にめっきを施すめっき機構と、前記基板の表面に水を供給する水供給ノズルと、前記基板と前記水供給ノズルとを相対的に移動させる移動機構と、前記水供給ノズルから前記基板の表面に前記水を供給しているときに前記移動機構を作動させるコントローラと、前記基板を回転させる回転機構と、前記基板の回転数、回転方向を制御するコントローラと、を具備することを特徴とするめっき装置が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、第１の実施の形態について説明する。図１は本実施の形態に係る半導体装置の製造プロセスの流れを示したフローチャートであり、図２〜図３は本実施の形態に係る半導体装置の模式的な製造プロセス図である。
【００１４】
図１及び図２（ａ）に示されるように、トランジスタ等のような半導体素子（図示せず）が形成された半導体ウェハＷ（以下、単に「ウェハ」という。）上に、例えば化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）により層間絶縁膜１を形成する（ステップ１）。層間絶縁膜１は、例えば低誘電率絶縁物から構成されている。このような低誘電率絶縁物としては、例えば、ＳｉＯＦ、ＳｉＯＣ、或いは多孔質シリカ等が挙げられる。
【００１５】
ウェハＷ上に層間絶縁膜１を形成した後、図２（ｂ）に示されるように、フォトリソグラフィ技術により層間絶縁膜１に配線溝及びビアホールのような凹部１ａを形成する（ステップ２）。具体的には、まず、ウェハＷを回転させながら層間絶縁膜１上に化学増幅型のフォトレジストを塗布する。フォトレジストを塗布した後、所定のパターンが形成されたマスクを使用して、ｉ線のような紫外線或いはＫｒＦ或いはＡｒＦのような遠紫外線で露光する。その後、現像液により現像して、層間絶縁膜１上にレジストパターンを形成する。層間絶縁膜１上にレジストパターンを形成した後、レジストパターンをマスクとして、ＣＦ４或いはＣＨＦ３のようなＣＦ系のガスにより層間絶縁膜１をドライエッチングし、層間絶縁膜１に凹部１ａを形成する。最後に、層間絶縁膜１に凹部１ａを形成した後、アッシングによりレジストパターンを取り除く。
【００１６】
層間絶縁膜１に凹部１ａを形成した後、図２（ｃ）に示されるように、層間絶縁膜１上に、例えばスパッタリング或いはＣＶＤにより層間絶縁膜１への金属の拡散を抑制するためのバリア膜２を形成する（ステップ３）。バリア膜２は、導電性材料から構成されている。このような導電性材料は、後述する配線部４ａを構成している金属より拡散係数が小さい金属或いは金属窒化物等から構成されている。このような金属としては例えばＴａ、Ｔｉ等が挙げられ、また金属窒化物としては例えばＴｉＮ、ＴａＮ、或いはＷＮ等が挙げられる。なお、これらの物質を積層したものからバリア膜２を形成してもよい。
【００１７】
層間絶縁膜１上にバリア膜２を形成した後、図２（ｄ）に示されるように、バリア膜２上に、例えばスパッタリングにより電解メッキ時に電流を流すためのシード膜３を形成する（ステップ４）。シード膜３は、金属から構成されている。金属としては、例えば、Ｃｕ等が挙げられる。
【００１８】
バリア膜２上にシード膜３を形成した後、図３（ａ）に示されるように、ウェハＷの表面に水４を供給して、ウェハＷを洗浄する（ステップ５）。洗浄の際に供給される水４は、純水であることが好ましい。また、洗浄の際に供給される水４は、炭素含有量が１ｍｇ／Ｌ未満のものが好ましい。炭素含有量が１ｍｇ／Ｌ未満の水を使用することにより、より確実にウェハの表面に付着している炭素含有物を除去することができる。
【００１９】
ウェハＷを洗浄した後、図３（ｂ）に示されるように、ウェハＷを回転させて、ウェハＷを水切りする（ステップ６）。なお、水切りの代わりにウェハＷを乾燥させてもよい。この場合、例えば、ウェハＷを加熱することによる乾燥、或いはウェハＷを回転させることによる乾燥等のいずれであってもよい。なお、ウェハＷを回転させて乾燥する場合には、例えばウェハＷの回転数約１０００ｒｐｍ以上で約１５秒間以上ウェハＷを回転させる。
【００２０】
ウェハＷを水切りした後、図３（ｃ）に示されるように、ウェハＷ上にめっき液５を供給して、シード膜３上に電解めっき法により配線膜６を形成する（ステップ７）。ここで、シード膜３は凹部１ａ内にも形成されているので、配線膜６は凹部１ａ内にも形成される。配線膜６は、金属から構成されている。金属としては、Ｃｕ等が挙げられる。なお、無電解めっき法により配線膜６を形成してもよい。
【００２１】
シード膜３上に配線膜６を形成した後、図３（ｄ）に示されるように、例えば化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）により研磨して、凹部１ａ内に存在する配線膜６の部分６ａ、シード膜３の部分３ａ、及びバリア膜２の部分２ａのみがそれぞれ残るように層間絶縁膜１上の配線膜６、シード膜３、及びバリア膜２を除去する（ステップ８）。具体的には、ウェハＷを研磨パッド（図示せず）に接触させた状態で、ウェハＷ及び研磨パッドを回転させるとともにウェハＷ上にスラリ（図示せず）を供給して、配線膜６、シード膜３、及びバリア膜２を研磨する。なお、ＣＭＰで研磨する場合に限らず、その他の手法で研磨してもよい。その他の手法としては、例えば電解研磨が挙げられる。これにより、図１に示される半導体装置の製造プロセスが終了する。
【００２２】
ステップ５〜ステップ７の工程は、以下のめっき装置により行うことが可能である。図４は本実施の形態に係るめっき装置の模式的な構成図である。図４に示されるように、めっき装置１１は、搬送ロボット１２，１３、載置台１４、めっきユニット１５、エッチング・洗浄・乾燥ユニット１６、アニールユニット１７等から構成されている。搬送ロボット１２，１３は、ウェハ（基板）を搬送するためのものである。具体的には、搬送ロボット１２はキャリアカセットＣから載置台１４に或いは載置台１４からキャリアカセットＣにウェハを搬送するものであり、搬送ロボット１３は載置台１４から各ユニットに或いは各ユニットから載置台１４にウェハを搬送するものである。
【００２３】
めっきユニット１５は、前処理ユニット及びめっきユニットが一体化したものであり、前処理及びめっきを連続的に行うためのものである。なお、前処理は、洗浄と水切りとから構成されている。エッチング・洗浄・乾燥ユニット１６は、べべルのエッチング、洗浄、乾燥を連続的に行うためのものである。アニールユニット１７は、めっきの焼き締めを行うためのものである。
【００２４】
めっきユニット１５について詳細に説明する。図５は本実施の形態に係るめっきユニット１５の模式的な垂直断面図であり、図６は本実施の形態に係るめっきユニット１５の模式的な水平平面図であり、図７（ａ）〜図７（ｃ）は本実施の形態に係るウェハホルダの回転方向及び回転数の模式的なタイミングチャートである。図８（ａ）〜図８（ｄ）は本実施の形態に係る水供給ノズルの先端の模式的な垂直断面図及び水平断面図であり、図９（ａ）〜図９（ｄ）は本実施の形態に係る水供給ノズルの移動状態を模式的に示した図である。
【００２５】
図５及び図６に示されるように、めっきユニット１５は、ハウジング２１を備えている。ハウジング２１の底面は、飛散しためっき液等を集めることができるように傾斜している。ハウジング２１の底面には、排液配管２２が接続されており、集められためっき液等が排液配管２２を介してハウジング２１内から排出されるように構成されている。なお、ハウジング２１内から排出された排液は、図示しない排液貯留槽に貯留される。
【００２６】
ハウジング２１内には、めっき液等の飛散を抑制する飛散抑制カップ２３が配置されている。飛散抑制カップ２３の底面には、排気を行うための排気配管２４が接続されている。飛散抑制カップ２３内には、ウェハＷを保持するウェハホルダ２５（基板保持部材）が配置されている。本実施の形態では、ウェハＷは、ウェハＷの被めっき面が上向き（フェイスアップ）になるようにウェハホルダ２５に保持される。
【００２７】
ウェハホルダ２５は、ウェハホルダ２５を回転させる回転駆動源２６の回転軸２６ａに接続されている。回転駆動源２６は、洗浄中、水切り中、めっき中にウェハホルダ２５が回転するようにコントローラ２７により制御されている。ここで、ウェハホルダ２５の回転数及び回転方向等はコントローラ２７により制御可能となっている。これにより、ウェハホルダ２５の回転及び回転停止が交互に繰り返されるような制御（図７（ａ））、ウェハホルダ２５の正回転及び負回転が交互に繰り返されるような制御（図７（ｂ））、ウェハホルダ２５の正回転及び負回転が交互に繰り返され、かつウェハホルダ２５の回転数が徐々に上昇及び下降するような制御（図７（ｃ））が可能となる。
【００２８】
ウェハホルダ２５上には、シード膜３に接触させるカソード電極２８が配置されている。カソード電極２８にシード膜３を接触させることにより、ウェハＷのシード膜３に電流を流すことができる。また、ウェハホルダ２５上には、カソード電極２８へのめっき液の接触を抑制するシールリング２９が配置されている。シールリング２９の開口をウェハＷで塞ぐことにより、カソード電極２８へのめっき液の接触を抑制することができる。
【００２９】
ハウジング２１内には、対極ヘッド３０が配置されている。対極ヘッド３０は、カソード電極２８との間に電圧が印加されるアノード電極３１と、ウェハＷにめっき液を供給するためのめっき液供給ノズル３２とを備えている。めっき液供給ノズル３２とめっき液を貯留しためっき液供給源３３とはめっき液供給管３４により接続されている。めっき液供給管３４には、ポンプ３５及びバルブ３６が介在している。バルブ３６を開放した状態で、ポンプ３５を作動させることによりめっき液供給源３３からめっき液が汲み出され、めっき液供給ノズル３２からめっき液が供給される。ポンプ３５は、コントローラ２７により制御されている。
【００３０】
対極ヘッド３０は、移動機構３７の一部であるアーム３８に取り付けられている。移動機構３７は、対極ヘッド３０を移動させるものであり、アーム３８の他、回転軸３９ａを備えた回転駆動源３９等から構成されている。移動機構３７は、めっきが開始される際及びめっきが終了される際に対極ヘッド３０が移動するようにコントローラ２７により制御されている。具体的には、移動機構３７は、めっきが開始される際には対極ヘッド３０が退避位置からめっき位置に移動するように制御され、めっきが終了される際には対極ヘッド３０がめっき位置から退避位置に移動するように制御されている。
【００３１】
ハウジング２１内には、ウェハＷに水を供給する水供給ノズル４０が配置されている。水供給ノズル４０の先端形状としては、様々な形状のものが挙げられるが、例えば、図８（ａ）〜図８（ｄ）に示されるような円筒形状のもの、コーン形状のもの、シャワーヘッド形状のもの等が挙げられる。なお、図５及び図６には水供給ノズル４０の先端形状が円筒形状のものが示されている。
【００３２】
水供給ノズル４０と水を貯留した水供給源４１とは水供給管４２により接続されている。水供給管４２には、ポンプ４３及びバルブ４４が介在している。バルブ４４を開放した状態で、ポンプ４３を作動させることにより水供給源４１から水が汲み出され、水供給ノズル４０から水が供給される。ポンプ４３は、コントローラ２７により制御されている。ここで、水供給ノズル４０から供給される水の供給量等はコントローラ２７により制御可能となっている。これにより、水供給ノズル４０から勢い良く水が供給されるような制御、或いは水供給ノズル４０から穏やかに水が供給されるような制御が可能となる。
【００３３】
水供給管４２には、脱気ユニット４５が介在している。水供給管４２に脱気ユニット４５を介在させることにより、水に溶解しているガスが除去され、ウェハＷへのマイクロバブルの付着を抑制することができる。脱気ユニット４５は、ハウジング、ハウジング内に配置されたガスを透過し、かつ水を遮断する性質を有する膜、及びハウジング内の圧力を低下させる真空ポンプ等から構成されている。この真空ポンプが作動することにより、ガスが膜を透過し、水とガスとを分離することができる。
【００３４】
なお、水供給管４２には、Ｈ２、Ｎ２のような非酸化性のガスを水に溶解させるガス溶解ユニットを介在させてもよい。水供給管４２にガス溶解ユニットを介在させることより、洗浄効率を高めることができる。ガス溶解ユニットは、ハウジングと、非酸化性のガスを貯留するガス供給源等から構成されている。ガス供給源から非酸化性のガスがハウジング内に供給されることにより、水にガスを溶解させることができる。ここで、ハウジング内に非酸化性のガスを圧入する場合には、常圧でハウジング内に非酸化性のガスを供給するよりも水中の非酸化性ガスの濃度を高めることができる。
【００３５】
水供給ノズル４０は、移動機構４６の一部であるアーム４７に取り付けられている。移動機構４６は水供給ノズル４０を移動するためのものである。移動機構４６は、洗浄が開始される際及び洗浄が終了される際に水供給ノズル４０が移動するようにコントローラ２７により制御されている。具体的には、移動機構４６は、洗浄が開始される際には水供給ノズル４０が退避位置から洗浄位置に移動するように制御され、洗浄が終了される際には水供給ノズル４０が洗浄位置から退避位置に移動するように制御されている。
【００３６】
また、移動機構４６は、洗浄中にも水供給ノズル４０が移動するようにコントローラ２７により制御されている。ここで、水供給ノズル４０の移動方向はコントローラ２７により制御可能となっている。これにより、水供給ノズル４０がウェハＷの直径方向に沿って移動するような制御（図９（ａ）及び図９（ｂ））、水供給ノズル４０がウェハＷの周方向に沿って移動するような制御（図９（ｃ））、或いは水供給ノズル４０がウェハＷの厚み方向に沿って移動するような制御（図９（ｄ））が可能となる。
【００３７】
以下、めっきユニット１５を使用した場合のウェハＷの前処理及びめっきについて説明する。搬送ロボット１３によりウェハホルダ２５上にウェハＷが載置され、ウェハＷがウェハホルダ２５に保持される。また、ウェハＷがカソード電極２８に接触するとともにウェハＷによりシールリング２９の開口が覆われる。これにより、ウェハＷの設置が完了する。
【００３８】
その後、水供給ノズル４０が退避位置から洗浄位置に移動する。水供給ノズル４０が洗浄位置に移動した後、ウェハホルダ２５の回転によりウェハＷが回転するとともに水供給ノズル４０から水がウェハＷ上に供給される。これにより、ウェハＷが洗浄される。ここで、ウェハＷの洗浄は、水供給ノズル４０を移動させ、かつウェハホルダ２５の回転数等を変化させながら行われる。
【００３９】
十分に洗浄が行われた後、ウェハＷが回転している状態で、水供給ノズル４０からの水の供給が停止される。これにより、ウェハＷの水切りが行われる。十分に水切りが行われた後、対極ヘッド３０が退避位置からめっき位置に移動する。また、アノード電極３１及びカソード電極２８に電圧が印加される。その後、めっき液供給ノズル３２からめっき液がウェハＷ上に供給される。これにより、ウェハＷ上にめっきが施される。
【００４０】
所定の厚さのめっきがウェハＷ上に施された後、図示しないめっき液回収ノズルからめっき液が吸い上げられ、めっき液が回収される。その後、ウェハＷの設置が解除され、ウェハＷが搬送ロボット１３により搬送される。
【００４１】
本実施の形態では、めっき前にウェハＷを水で洗浄し、その後水切りをしているので、確実に凹部１ａ内にめっきを埋め込むことができ、断線し難い半導体装置を製造することができる。即ち、めっき前にウェハＷを水で洗浄し、かつ水切りをしているので、凹部１ａ内に付着している炭酸物或いは有機物等の炭素含有物が除去される。これにより、めっき時に凹部１ａ内に気泡が発生し難くなる。また、洗浄後水切りをしているので、めっき液が希釈され難く、めっき液の濃度変化を抑制することができる。それ故、凹部１ａ内に確実にめっきを埋め込むことができ、断線し難い半導体装置を製造することができる。
【００４２】
本実施の形態では、洗浄中にウェハＷを回転させているので、洗浄度を高めることができる。即ち、洗浄中にウェハＷを回転させると、凹部１ａ内に水が確実に行き渡る。これにより、凹部１ａ内に付着している炭素含有物が確実に除去される。それ故、洗浄度を高めることができる。
【００４３】
本実施の形態では、洗浄後水切りをしているので、ウェハＷにめっきが施され易くなる。即ち、洗浄後水切りをすると、ウェハＷの表面には水酸基が存在するようになる。これにより、ウェハＷの表面のぬれ性が向上し、ウェハＷにめっきが施され易くなる。
【００４４】
本実施の形態では、洗浄中に水供給ノズル４０を移動させるので、満遍なくウェハＷの表面及び凹部１ａ内を洗浄することができる。即ち、例えば、水供給ノズル４０からウェハＷの中央部に向けて水を供給した場合では、ウェハＷの中央部と外周部とでは水の接触状態が異なるので、場所により洗浄度のばらつきが発生してしまう。これに対し、本実施の形態では、洗浄中に水供給ノズル４０を移動させるので、場所による洗浄度のばらつきが低減する。それ故、満遍なくウェハＷの表面を洗浄することができる。
【００４５】
本実施の形態では、前処理とめっきとを行い得るめっきユニット１５を使用しているので、スループットを向上させることができるとともに炭素含有物が再び付着する前にめっきを施すことができる。
【００４６】
（実施例１）
実施例１について説明する。本実施例では、好適な洗浄時間について調べた。以下、測定条件について説明する。ウェハとしては、上記第１の実施の形態で説明した洗浄前のウェハを使用した。なお、バリア膜は３０ｎｍであり、シード膜が６０ｎｍであった。洗浄中ウェハの回転数は４００ｒｐｍであり、水の供給量は１Ｌ／ｍｉｎであった。このような条件下で、洗浄時間を変化させながらウェハを洗浄し、水切りを行った。その後、通常のめっき工程によりシード膜上に０．７μｍの配線膜を形成し、化学的機械的研磨により余分な配線膜を除去した。そして、このようなウェハにおける凹部内に埋め込まれた配線膜中の欠陥数を欠陥検査装置により測定した。
【００４７】
以下、測定結果について述べる。図１０は、洗浄時間と欠陥数との関係を示したグラフである。図１０に示されるように、洗浄を１０秒間行った場合と洗浄を３０秒間以上行った場合を比べると、洗浄を３０秒間以上行った場合の方が洗浄を１０秒間行った場合よりも欠陥数が少ないことが確認された。この結果から、洗浄は３０秒間以上行うことが好ましいと考えられる。
【００４８】
（実施例２）
実施例２について説明する。本実施例では、洗浄後のウェハ表面のぬれ性について調べた。以下、測定条件について説明する。ウェハとしては、上記第１の実施の形態で説明した洗浄前のウェハを使用した。なお、バリア膜は３０ｎｍであり、シード膜が６０ｎｍであった。洗浄中のウェハの回転数は４００ｒｐｍであり、水の供給量は１Ｌ／ｍｉｎであった。このような条件下でウェハを洗浄し、水切りを行った。そして、このようなウェハの表面に水を滴下し、このときの水の接触角を測定した。なお、本実施例と比較するために比較例として洗浄していないウェハの表面にも水を滴下し、水の接触角を測定した。
【００４９】
以下、測定結果について述べる。図１１は、ウェハ中央からの距離と接触角との関係を示したグラフである。図１１に示されるように、実施例に係る水の接触角は、比較例に係る水の接触角よりも小さかった。この結果から水で洗浄するとぬれ性が高くなることが確認された。
【００５０】
（第２の実施の形態）
以下、第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態と重複する内容等については説明を省略する。本実施の形態では、対極ヘッドの移動経路内に入らないような位置に水供給ノズルを配置した例について説明する。図１２は本実施の形態に係るめっきユニットの模式的な垂直断面図である。
【００５１】
図１２に示されるように、ハウジング２１の側面付近には、水供給ノズル４０が配置されている。水供給ノズル４０は、対極ヘッド３０の移動経路内に入らないような位置に配置されている。具体的には、水供給ノズル４０は、飛散抑制カップ２３の外側に配置されている。
【００５２】
移動機構４６は、水供給ノズル４０が洗浄中移動した場合であっても水供給ノズル４０が対極ヘッド３０の移動経路内に入らないようにコントローラ２７により制御されている。
【００５３】
本実施の形態では、対極ヘッド３０の移動経路内に入らないような位置に水供給ノズル４０を配置しているので、水供給ノズル４０を退避させることなくウェハＷにめっきを施すことができる。これにより、スループットを向上させることができる。
【００５４】
（第３の実施の形態）
以下、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態では、前処理とめっきとをハウジング内に在るそれぞれ異なる位置で行う例について説明する。図１３は本実施の形態に係るめっきユニットの模式的な垂直断面図である。
【００５５】
図１３に示されるように、ハウジング２１内には、ウェハＷに前処理を施す前処理部とウェハＷにめっきを施すめっき部とに仕切り分けるための仕切板５１が設置されている。なお、前処理部の空間とめっき部の空間とは上部で繋がっている。
【００５６】
排液配管２２は、前処理部側のハウジング２１の底面に接続された排液配管２２ａと、めっき部側のハウジング２１の底面に接続された排液配管２２ｂとから構成されている。排液配管２２ａは主に水をハウジング２１内から排出するためのものであり、排液配管２２ｂは主にめっき液をハウジング２１内から排出するためのものである。
【００５７】
排気配管２４は、前処理部側のハウジング２１の側面に接続された排気配管２４ａと、めっき部側のハウジング２１の側面に接続された排気配管２４ｂから構成されている。排気配管２４ａは主に前処理部を排気するためのものであり、排気配管２４ｂは主にめっき部を排気するためのものである。
【００５８】
本実施の形態のウェハホルダ２５は、ウェハＷの被めっき面が下向き（フェイスダウン）になるようにウェハＷを保持するものである。ウェハホルダ２５は、回転・移動機構５２の一部である回転駆動源５３の回転軸５３ａに接続されている。回転・移動機構５２はウェハホルダ２５を回転、移送、及び昇降させるものであり、回転駆動源５３の他、回転駆動源５４、回転駆動源５３と回転駆動源５４の回転軸５４ａとに取り付けられた連結部材５５等から構成されている。回転駆動源５３は、洗浄中、水切り中、めっき中にウェハホルダ２５が回転するようにコントローラ２７により制御されている。ここで、コントローラ２７により洗浄中のウェハホルダ２５の回転数及び回転方向等を変化させることも可能である。また、回転駆動源５４は、めっきが開始される際にウェハホルダ２５が移動するようにコントローラ２７により制御されている。具体的には、回転駆動源５４は、めっきが開始される際にはウェハホルダ２５が前処理部からめっき部に移動するように制御されている。
【００５９】
水供給ノズル４０は、前処理部に配置されている。本実施の形態では、複数の水供給ノズル４０が配置されている。複数の水供給ノズル４０を使用することにより、一度に広範囲に水を供給することができる。
【００６０】
めっき部には、めっき液が貯留されるめっき液槽５６が配置されている。めっき液槽５６の底部にはめっき液供給管３４が接続されている。めっき液槽５６内には、アノード電極３１及びめっき液の流れを制御する整流板５７が配置されている。
【００６１】
以下、めっきユニット１５を使用した場合のウェハＷの前処理及びめっきについて説明する。搬送ロボット１３によりウェハホルダ２５にウェハＷが保持される。また、ウェハＷがカソード電極２８に接触するとともにウェハＷによりシールリング２９の開口が覆われる。これにより、ウェハＷの設置が完了する。
【００６２】
その後、ウェハホルダ２５の回転によりウェハＷが回転するとともに水供給ノズル４０から水がウェハＷに供給される。これにより、ウェハＷが洗浄される。ここで、ウェハＷの洗浄は、水供給ノズル４０を移動及びウェハホルダ２５の回転数等を変化させながら行われる。
【００６３】
十分に洗浄が行われた後、ウェハＷが回転している状態で、水供給ノズル４０からの水の供給が停止される。これにより、ウェハＷの水切りが行われる。十分に水切りが行われた後、回転・移動機構５２の作動によりウェハホルダ２５が上昇するとともに水平方向に半回転する。これにより、ウェハＷが前処理部からめっき部に移送される。
【００６４】
ウェハＷが前処理部からめっき部に移動した後、アノード電極３１及びカソード電極２８に電圧が印加される。その後、回転・移動機構５２の作動によりウェハホルダ２５が下降し、ウェハＷがめっき液に浸漬される。これにより、ウェハＷ上にめっきが施される。
【００６５】
所定の厚さのめっきがウェハＷ上に施された後、回転・移動機構５２の作動によりウェハホルダ２５が上昇し、ウェハＷがめっき液から引き上げられる。その後、ウェハＷの設置が解除され、ウェハＷが搬送ロボット１３により搬送される。
【００６６】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。上記実施の形態では、ウェハＷを使用しているが、ガラス基板を使用してもよい。第１及び第２の実施の形態では、１つの水供給ノズル４０を使用した場合について説明しているが、水供給ノズル４０は複数であってもよい。また、第３の実施の形態では、複数の水供給ノズル４０を使用した場合について説明しているが、水供給ノズル４０は１つであってもよい。
【００６７】
【発明の効果】
本発明のめっき方法によれば、凹部内にめっきを確実に埋め込むことができる。本発明の半導体装置の製造方法によれば、断線し難い半導体装置を製造することができる。本発明のめっき装置によれば、満遍なく基板を洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１の実施の形態に係る半導体装置の製造プロセスの流れを示したフローチャートである。
【図２】図２は第１の実施の形態に係る半導体装置の模式的な製造プロセス図である。
【図３】図３は第１の実施の形態に係る半導体装置の模式的な製造プロセス図である。
【図４】図４は第１の実施の形態に係るめっき装置の模式的な構成図である。
【図５】図５は第１の実施の形態に係るめっきユニットの模式的な垂直断面図である。
【図６】図６は第１の実施の形態に係るめっきユニットの模式的な水平平面図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は第１の実施の形態に係るウェハホルダの回転方向及び回転数の模式的なタイミングチャートである。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｄ）は第１の実施の形態に係る水供給ノズルの先端の模式的な垂直断面図及び水平断面図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｄ）は第１の実施の形態に係る水供給ノズルの移動状態を模式的に示した図である。
【図１０】図１０は実施例１に係る洗浄時間と欠陥数との関係を示したグラフである。
【図１１】図１１は実施例２に係るウェハ中央からの距離と接触角との関係を示したグラフである。
【図１２】図１２は第２の実施の形態に係るめっきユニットの模式的な垂直断面図である。
【図１３】図１３は第３の実施の形態に係るめっきユニットの模式的な垂直断面図である。
【符号の説明】
Ｗ…ウェハ、１ａ…凹部、４…水、５…めっき液、６…配線膜、１５…めっきユニット、２５…ウェハホルダ、２７…コントローラ、２８…カソード電極、３１…アノード電極、４０…水供給ノズル、４６…移動機構、５２…回転・移動機構。
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板にめっきを施すめっき方法、半導体装置を製造する半導体装置の製造方法、及び基板の洗浄を行い得るめっき装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高集積化と高機能化を達成するためにデバイスの動作速度の向上が要求されている。それに伴い、各素子を繋ぐ配線の微細化及び多層化が進んでいる。そして、この微細化及び多層化に対応すべく、配線材料として低抵抗でありエレクトロマイグレーション耐性に優れたＣｕを用いるとともに配線溝内及びビアホール内に配線材料を埋め込んで配線を形成するダマシン法が用いられている。
【０００３】
ところで、配線溝等内にＣｕを埋め込む際には、埋め込み速度に優れた電解めっき法が用いられている。ところが、電解めっき法で配線溝等内にＣｕを埋め込むと、配線溝等内にボイドが発生してしまうことがある。このようなボイドは、断線原因となるので抑制されることが好ましい。現在、このようなボイドの発生を抑制するため、電解めっき法で配線を形成する前に界面活性剤或いは純水を半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）に供給して、前処理を施している（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。なお、このような前処理を行い得るめっき用前処理装置としては、前処理液をノズルからウェハに供給する装置が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−９２９５３号公報
【特許文献２】
特開２００２−１２９３８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような前処理をウェハに施した場合であっても、配線溝等内に確実に埋め込むことはできない。これは、ウェハの配線溝等内に気泡が発生し易いこと及びめっき液の濃度が変化してしまうことが原因であると考えられる。即ち、ウェハ表面には炭素含有物が付着しており、ウェハ表面が強度の疎水状態となっている。ここで、特許文献１では界面活性剤をウェハに供給しているが、このような界面活性剤は有機化合物であり、炭素含有物を除去することは困難である。また、特許文献２ではウェハ表面に純水を供給しているが、例えば純水を霧状にしてウェハに吹き付けることでウェハ表面を濡らし、ウェハ表面が濡れた状態のまま電解めっきを施しているため、ウェハ表面の炭素含有物は除去され難い。このため、界面活性剤及び純水をウェハに供給した場合であっても、依然として強度の疎水状態が維持されているので、配線溝等内に気泡が発生し易くなり、配線溝等内に確実に銅を埋め込むことができないものと考えられる。また、特許文献２では、純水で濡れた状態で電解めっきを施しているためにめっき液が希釈されてしまい、最適値に調整した銅濃度、添加剤濃度が変化してしまう。このため、めっき液の濃度が変化してしまい、配線溝等内に確実に銅を埋め込むことができないものと考えられる。
【０００６】
また、上記したようなめっき用前処理装置でウェハに前処理を施した場合には、場所により前処理効果がばらついてしまう。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものである。凹部内にめっきを確実に埋め込むことができるめっき方法、断線し難い半導体装置を製造することができる半導体装置の製造方法、及び満遍なく基板を洗浄することができるめっき装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願発明の一態様によれば、表面に凹部が形成された基板の表面に水を供給し、前記基板を洗浄する工程と、前記洗浄した基板を水切り或いは乾燥する工程と、前記水切り或いは乾燥した基板の表面にめっき液を供給し、前記基板にめっきを施す工程とを具備することを特徴とするめっき方法が提供される。
【０００９】
本願発明の他態様によれば、表面に凹部が形成された基板の表面に水を供給し、前記基板に付着している炭素含有物を取り除く工程と、前記炭素含有物を取り除いた基板の表面にめっき液を供給し、前記基板にめっきを施す工程とを具備することを特徴とするめっき方法が提供される。
【００１０】
本願発明の他態様によれば、半導体素子が形成され、かつ表面に凹部が形成された基板の表面に水を供給し、前記基板を洗浄する工程と、前記洗浄した基板を水切り或いは乾燥する工程と、前記水切り或いは乾燥した基板の表面にめっき液を供給し、めっき法により前記基板に配線膜を形成する工程と、前記凹部に埋め込まれた部分以外の配線膜を除去する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１１】
本願発明の他態様によれば、半導体素子が形成され、かつ表面に凹部が形成された基板の表面に水を供給し、前記基板に付着している炭素含有物を取り除く工程と、前記炭素含有物を取り除いた基板を水切り或いは乾燥する工程と、前記水切り或いは乾燥した基板の表面にめっき液を供給し、めっき法により前記基板に配線膜を形成する工程と、前記凹部に埋め込まれた部分以外の配線膜を除去する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１２】
本願発明の他態様によれば、表面に凹部が形成された基板を保持する基板保持部材と、前記基板保持部材に保持された基板の表面にめっきを施すめっき機構と、前記基板の表面に水を供給する水供給ノズルと、前記基板と前記水供給ノズルとを相対的に移動させる移動機構と、前記水供給ノズルから前記基板の表面に前記水を供給しているときに前記移動機構を作動させるコントローラと、前記基板を回転させる回転機構と、前記基板の回転数、回転方向を制御するコントローラと、を具備することを特徴とするめっき装置が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、第１の実施の形態について説明する。図１は本実施の形態に係る半導体装置の製造プロセスの流れを示したフローチャートであり、図２〜図３は本実施の形態に係る半導体装置の模式的な製造プロセス図である。
【００１４】
図１及び図２（ａ）に示されるように、トランジスタ等のような半導体素子（図示せず）が形成された半導体ウェハＷ（以下、単に「ウェハ」という。）上に、例えば化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）により層間絶縁膜１を形成する（ステップ１）。層間絶縁膜１は、例えば低誘電率絶縁物から構成されている。このような低誘電率絶縁物としては、例えば、ＳｉＯＦ、ＳｉＯＣ、或いは多孔質シリカ等が挙げられる。
【００１５】
ウェハＷ上に層間絶縁膜１を形成した後、図２（ｂ）に示されるように、フォトリソグラフィ技術により層間絶縁膜１に配線溝及びビアホールのような凹部１ａを形成する（ステップ２）。具体的には、まず、ウェハＷを回転させながら層間絶縁膜１上に化学増幅型のフォトレジストを塗布する。フォトレジストを塗布した後、所定のパターンが形成されたマスクを使用して、ｉ線のような紫外線或いはＫｒＦ或いはＡｒＦのような遠紫外線で露光する。その後、現像液により現像して、層間絶縁膜１上にレジストパターンを形成する。層間絶縁膜１上にレジストパターンを形成した後、レジストパターンをマスクとして、ＣＦ４或いはＣＨＦ３のようなＣＦ系のガスにより層間絶縁膜１をドライエッチングし、層間絶縁膜１に凹部１ａを形成する。最後に、層間絶縁膜１に凹部１ａを形成した後、アッシングによりレジストパターンを取り除く。
【００１６】
層間絶縁膜１に凹部１ａを形成した後、図２（ｃ）に示されるように、層間絶縁膜１上に、例えばスパッタリング或いはＣＶＤにより層間絶縁膜１への金属の拡散を抑制するためのバリア膜２を形成する（ステップ３）。バリア膜２は、導電性材料から構成されている。このような導電性材料は、後述する配線部４ａを構成している金属より拡散係数が小さい金属或いは金属窒化物等から構成されている。このような金属としては例えばＴａ、Ｔｉ等が挙げられ、また金属窒化物としては例えばＴｉＮ、ＴａＮ、或いはＷＮ等が挙げられる。なお、これらの物質を積層したものからバリア膜２を形成してもよい。
【００１７】
層間絶縁膜１上にバリア膜２を形成した後、図２（ｄ）に示されるように、バリア膜２上に、例えばスパッタリングにより電解メッキ時に電流を流すためのシード膜３を形成する（ステップ４）。シード膜３は、金属から構成されている。金属としては、例えば、Ｃｕ等が挙げられる。
【００１８】
バリア膜２上にシード膜３を形成した後、図３（ａ）に示されるように、ウェハＷの表面に水４を供給して、ウェハＷを洗浄する（ステップ５）。洗浄の際に供給される水４は、純水であることが好ましい。また、洗浄の際に供給される水４は、炭素含有量が１ｍｇ／Ｌ未満のものが好ましい。炭素含有量が１ｍｇ／Ｌ未満の水を使用することにより、より確実にウェハの表面に付着している炭素含有物を除去することができる。
【００１９】
ウェハＷを洗浄した後、図３（ｂ）に示されるように、ウェハＷを回転させて、ウェハＷを水切りする（ステップ６）。なお、水切りの代わりにウェハＷを乾燥させてもよい。この場合、例えば、ウェハＷを加熱することによる乾燥、或いはウェハＷを回転させることによる乾燥等のいずれであってもよい。なお、ウェハＷを回転させて乾燥する場合には、例えばウェハＷの回転数約１０００ｒｐｍ以上で約１５秒間以上ウェハＷを回転させる。
【００２０】
ウェハＷを水切りした後、図３（ｃ）に示されるように、ウェハＷ上にめっき液５を供給して、シード膜３上に電解めっき法により配線膜６を形成する（ステップ７）。ここで、シード膜３は凹部１ａ内にも形成されているので、配線膜６は凹部１ａ内にも形成される。配線膜６は、金属から構成されている。金属としては、Ｃｕ等が挙げられる。なお、無電解めっき法により配線膜６を形成してもよい。
【００２１】
シード膜３上に配線膜６を形成した後、図３（ｄ）に示されるように、例えば化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）により研磨して、凹部１ａ内に存在する配線膜６の部分６ａ、シード膜３の部分３ａ、及びバリア膜２の部分２ａのみがそれぞれ残るように層間絶縁膜１上の配線膜６、シード膜３、及びバリア膜２を除去する（ステップ８）。具体的には、ウェハＷを研磨パッド（図示せず）に接触させた状態で、ウェハＷ及び研磨パッドを回転させるとともにウェハＷ上にスラリ（図示せず）を供給して、配線膜６、シード膜３、及びバリア膜２を研磨する。なお、ＣＭＰで研磨する場合に限らず、その他の手法で研磨してもよい。その他の手法としては、例えば電解研磨が挙げられる。これにより、図１に示される半導体装置の製造プロセスが終了する。
【００２２】
ステップ５〜ステップ７の工程は、以下のめっき装置により行うことが可能である。図４は本実施の形態に係るめっき装置の模式的な構成図である。図４に示されるように、めっき装置１１は、搬送ロボット１２，１３、載置台１４、めっきユニット１５、エッチング・洗浄・乾燥ユニット１６、アニールユニット１７等から構成されている。搬送ロボット１２，１３は、ウェハ（基板）を搬送するためのものである。具体的には、搬送ロボット１２はキャリアカセットＣから載置台１４に或いは載置台１４からキャリアカセットＣにウェハを搬送するものであり、搬送ロボット１３は載置台１４から各ユニットに或いは各ユニットから載置台１４にウェハを搬送するものである。
【００２３】
めっきユニット１５は、前処理ユニット及びめっきユニットが一体化したものであり、前処理及びめっきを連続的に行うためのものである。なお、前処理は、洗浄と水切りとから構成されている。エッチング・洗浄・乾燥ユニット１６は、べべルのエッチング、洗浄、乾燥を連続的に行うためのものである。アニールユニット１７は、めっきの焼き締めを行うためのものである。
【００２４】
めっきユニット１５について詳細に説明する。図５は本実施の形態に係るめっきユニット１５の模式的な垂直断面図であり、図６は本実施の形態に係るめっきユニット１５の模式的な水平平面図であり、図７（ａ）〜図７（ｃ）は本実施の形態に係るウェハホルダの回転方向及び回転数の模式的なタイミングチャートである。図８（ａ）〜図８（ｄ）は本実施の形態に係る水供給ノズルの先端の模式的な垂直断面図及び水平断面図であり、図９（ａ）〜図９（ｄ）は本実施の形態に係る水供給ノズルの移動状態を模式的に示した図である。
【００２５】
図５及び図６に示されるように、めっきユニット１５は、ハウジング２１を備えている。ハウジング２１の底面は、飛散しためっき液等を集めることができるように傾斜している。ハウジング２１の底面には、排液配管２２が接続されており、集められためっき液等が排液配管２２を介してハウジング２１内から排出されるように構成されている。なお、ハウジング２１内から排出された排液は、図示しない排液貯留槽に貯留される。
【００２６】
ハウジング２１内には、めっき液等の飛散を抑制する飛散抑制カップ２３が配置されている。飛散抑制カップ２３の底面には、排気を行うための排気配管２４が接続されている。飛散抑制カップ２３内には、ウェハＷを保持するウェハホルダ２５（基板保持部材）が配置されている。本実施の形態では、ウェハＷは、ウェハＷの被めっき面が上向き（フェイスアップ）になるようにウェハホルダ２５に保持される。
【００２７】
ウェハホルダ２５は、ウェハホルダ２５を回転させる回転駆動源２６の回転軸２６ａに接続されている。回転駆動源２６は、洗浄中、水切り中、めっき中にウェハホルダ２５が回転するようにコントローラ２７により制御されている。ここで、ウェハホルダ２５の回転数及び回転方向等はコントローラ２７により制御可能となっている。これにより、ウェハホルダ２５の回転及び回転停止が交互に繰り返されるような制御（図７（ａ））、ウェハホルダ２５の正回転及び負回転が交互に繰り返されるような制御（図７（ｂ））、ウェハホルダ２５の正回転及び負回転が交互に繰り返され、かつウェハホルダ２５の回転数が徐々に上昇及び下降するような制御（図７（ｃ））が可能となる。
【００２８】
ウェハホルダ２５上には、シード膜３に接触させるカソード電極２８が配置されている。カソード電極２８にシード膜３を接触させることにより、ウェハＷのシード膜３に電流を流すことができる。また、ウェハホルダ２５上には、カソード電極２８へのめっき液の接触を抑制するシールリング２９が配置されている。シールリング２９の開口をウェハＷで塞ぐことにより、カソード電極２８へのめっき液の接触を抑制することができる。
【００２９】
ハウジング２１内には、対極ヘッド３０が配置されている。対極ヘッド３０は、カソード電極２８との間に電圧が印加されるアノード電極３１と、ウェハＷにめっき液を供給するためのめっき液供給ノズル３２とを備えている。めっき液供給ノズル３２とめっき液を貯留しためっき液供給源３３とはめっき液供給管３４により接続されている。めっき液供給管３４には、ポンプ３５及びバルブ３６が介在している。バルブ３６を開放した状態で、ポンプ３５を作動させることによりめっき液供給源３３からめっき液が汲み出され、めっき液供給ノズル３２からめっき液が供給される。ポンプ３５は、コントローラ２７により制御されている。
【００３０】
対極ヘッド３０は、移動機構３７の一部であるアーム３８に取り付けられている。移動機構３７は、対極ヘッド３０を移動させるものであり、アーム３８の他、回転軸３９ａを備えた回転駆動源３９等から構成されている。移動機構３７は、めっきが開始される際及びめっきが終了される際に対極ヘッド３０が移動するようにコントローラ２７により制御されている。具体的には、移動機構３７は、めっきが開始される際には対極ヘッド３０が退避位置からめっき位置に移動するように制御され、めっきが終了される際には対極ヘッド３０がめっき位置から退避位置に移動するように制御されている。
【００３１】
ハウジング２１内には、ウェハＷに水を供給する水供給ノズル４０が配置されている。水供給ノズル４０の先端形状としては、様々な形状のものが挙げられるが、例えば、図８（ａ）〜図８（ｄ）に示されるような円筒形状のもの、コーン形状のもの、シャワーヘッド形状のもの等が挙げられる。なお、図５及び図６には水供給ノズル４０の先端形状が円筒形状のものが示されている。
【００３２】
水供給ノズル４０と水を貯留した水供給源４１とは水供給管４２により接続されている。水供給管４２には、ポンプ４３及びバルブ４４が介在している。バルブ４４を開放した状態で、ポンプ４３を作動させることにより水供給源４１から水が汲み出され、水供給ノズル４０から水が供給される。ポンプ４３は、コントローラ２７により制御されている。ここで、水供給ノズル４０から供給される水の供給量等はコントローラ２７により制御可能となっている。これにより、水供給ノズル４０から勢い良く水が供給されるような制御、或いは水供給ノズル４０から穏やかに水が供給されるような制御が可能となる。
【００３３】
水供給管４２には、脱気ユニット４５が介在している。水供給管４２に脱気ユニット４５を介在させることにより、水に溶解しているガスが除去され、ウェハＷへのマイクロバブルの付着を抑制することができる。脱気ユニット４５は、ハウジング、ハウジング内に配置されたガスを透過し、かつ水を遮断する性質を有する膜、及びハウジング内の圧力を低下させる真空ポンプ等から構成されている。この真空ポンプが作動することにより、ガスが膜を透過し、水とガスとを分離することができる。
【００３４】
なお、水供給管４２には、Ｈ２、Ｎ２のような非酸化性のガスを水に溶解させるガス溶解ユニットを介在させてもよい。水供給管４２にガス溶解ユニットを介在させることより、洗浄効率を高めることができる。ガス溶解ユニットは、ハウジングと、非酸化性のガスを貯留するガス供給源等から構成されている。ガス供給源から非酸化性のガスがハウジング内に供給されることにより、水にガスを溶解させることができる。ここで、ハウジング内に非酸化性のガスを圧入する場合には、常圧でハウジング内に非酸化性のガスを供給するよりも水中の非酸化性ガスの濃度を高めることができる。
【００３５】
水供給ノズル４０は、移動機構４６の一部であるアーム４７に取り付けられている。移動機構４６は水供給ノズル４０を移動するためのものである。移動機構４６は、洗浄が開始される際及び洗浄が終了される際に水供給ノズル４０が移動するようにコントローラ２７により制御されている。具体的には、移動機構４６は、洗浄が開始される際には水供給ノズル４０が退避位置から洗浄位置に移動するように制御され、洗浄が終了される際には水供給ノズル４０が洗浄位置から退避位置に移動するように制御されている。
【００３６】
また、移動機構４６は、洗浄中にも水供給ノズル４０が移動するようにコントローラ２７により制御されている。ここで、水供給ノズル４０の移動方向はコントローラ２７により制御可能となっている。これにより、水供給ノズル４０がウェハＷの直径方向に沿って移動するような制御（図９（ａ）及び図９（ｂ））、水供給ノズル４０がウェハＷの周方向に沿って移動するような制御（図９（ｃ））、或いは水供給ノズル４０がウェハＷの厚み方向に沿って移動するような制御（図９（ｄ））が可能となる。
【００３７】
以下、めっきユニット１５を使用した場合のウェハＷの前処理及びめっきについて説明する。搬送ロボット１３によりウェハホルダ２５上にウェハＷが載置され、ウェハＷがウェハホルダ２５に保持される。また、ウェハＷがカソード電極２８に接触するとともにウェハＷによりシールリング２９の開口が覆われる。これにより、ウェハＷの設置が完了する。
【００３８】
その後、水供給ノズル４０が退避位置から洗浄位置に移動する。水供給ノズル４０が洗浄位置に移動した後、ウェハホルダ２５の回転によりウェハＷが回転するとともに水供給ノズル４０から水がウェハＷ上に供給される。これにより、ウェハＷが洗浄される。ここで、ウェハＷの洗浄は、水供給ノズル４０を移動させ、かつウェハホルダ２５の回転数等を変化させながら行われる。
【００３９】
十分に洗浄が行われた後、ウェハＷが回転している状態で、水供給ノズル４０からの水の供給が停止される。これにより、ウェハＷの水切りが行われる。十分に水切りが行われた後、対極ヘッド３０が退避位置からめっき位置に移動する。また、アノード電極３１及びカソード電極２８に電圧が印加される。その後、めっき液供給ノズル３２からめっき液がウェハＷ上に供給される。これにより、ウェハＷ上にめっきが施される。
【００４０】
所定の厚さのめっきがウェハＷ上に施された後、図示しないめっき液回収ノズルからめっき液が吸い上げられ、めっき液が回収される。その後、ウェハＷの設置が解除され、ウェハＷが搬送ロボット１３により搬送される。
【００４１】
本実施の形態では、めっき前にウェハＷを水で洗浄し、その後水切りをしているので、確実に凹部１ａ内にめっきを埋め込むことができ、断線し難い半導体装置を製造することができる。即ち、めっき前にウェハＷを水で洗浄し、かつ水切りをしているので、凹部１ａ内に付着している炭酸物或いは有機物等の炭素含有物が除去される。これにより、めっき時に凹部１ａ内に気泡が発生し難くなる。また、洗浄後水切りをしているので、めっき液が希釈され難く、めっき液の濃度変化を抑制することができる。それ故、凹部１ａ内に確実にめっきを埋め込むことができ、断線し難い半導体装置を製造することができる。
【００４２】
本実施の形態では、洗浄中にウェハＷを回転させているので、洗浄度を高めることができる。即ち、洗浄中にウェハＷを回転させると、凹部１ａ内に水が確実に行き渡る。これにより、凹部１ａ内に付着している炭素含有物が確実に除去される。それ故、洗浄度を高めることができる。
【００４３】
本実施の形態では、洗浄後水切りをしているので、ウェハＷにめっきが施され易くなる。即ち、洗浄後水切りをすると、ウェハＷの表面には水酸基が存在するようになる。これにより、ウェハＷの表面のぬれ性が向上し、ウェハＷにめっきが施され易くなる。
【００４４】
本実施の形態では、洗浄中に水供給ノズル４０を移動させるので、満遍なくウェハＷの表面及び凹部１ａ内を洗浄することができる。即ち、例えば、水供給ノズル４０からウェハＷの中央部に向けて水を供給した場合では、ウェハＷの中央部と外周部とでは水の接触状態が異なるので、場所により洗浄度のばらつきが発生してしまう。これに対し、本実施の形態では、洗浄中に水供給ノズル４０を移動させるので、場所による洗浄度のばらつきが低減する。それ故、満遍なくウェハＷの表面を洗浄することができる。
【００４５】
本実施の形態では、前処理とめっきとを行い得るめっきユニット１５を使用しているので、スループットを向上させることができるとともに炭素含有物が再び付着する前にめっきを施すことができる。
【００４６】
（実施例１）
実施例１について説明する。本実施例では、好適な洗浄時間について調べた。以下、測定条件について説明する。ウェハとしては、上記第１の実施の形態で説明した洗浄前のウェハを使用した。なお、バリア膜は３０ｎｍであり、シード膜が６０ｎｍであった。洗浄中ウェハの回転数は４００ｒｐｍであり、水の供給量は１Ｌ／ｍｉｎであった。このような条件下で、洗浄時間を変化させながらウェハを洗浄し、水切りを行った。その後、通常のめっき工程によりシード膜上に０．７μｍの配線膜を形成し、化学的機械的研磨により余分な配線膜を除去した。そして、このようなウェハにおける凹部内に埋め込まれた配線膜中の欠陥数を欠陥検査装置により測定した。
【００４７】
以下、測定結果について述べる。図１０は、洗浄時間と欠陥数との関係を示したグラフである。図１０に示されるように、洗浄を１０秒間行った場合と洗浄を３０秒間以上行った場合を比べると、洗浄を３０秒間以上行った場合の方が洗浄を１０秒間行った場合よりも欠陥数が少ないことが確認された。この結果から、洗浄は３０秒間以上行うことが好ましいと考えられる。
【００４８】
（実施例２）
実施例２について説明する。本実施例では、洗浄後のウェハ表面のぬれ性について調べた。以下、測定条件について説明する。ウェハとしては、上記第１の実施の形態で説明した洗浄前のウェハを使用した。なお、バリア膜は３０ｎｍであり、シード膜が６０ｎｍであった。洗浄中のウェハの回転数は４００ｒｐｍであり、水の供給量は１Ｌ／ｍｉｎであった。このような条件下でウェハを洗浄し、水切りを行った。そして、このようなウェハの表面に水を滴下し、このときの水の接触角を測定した。なお、本実施例と比較するために比較例として洗浄していないウェハの表面にも水を滴下し、水の接触角を測定した。
【００４９】
以下、測定結果について述べる。図１１は、ウェハ中央からの距離と接触角との関係を示したグラフである。図１１に示されるように、実施例に係る水の接触角は、比較例に係る水の接触角よりも小さかった。この結果から水で洗浄するとぬれ性が高くなることが確認された。
【００５０】
（第２の実施の形態）
以下、第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態と重複する内容等については説明を省略する。本実施の形態では、対極ヘッドの移動経路内に入らないような位置に水供給ノズルを配置した例について説明する。図１２は本実施の形態に係るめっきユニットの模式的な垂直断面図である。
【００５１】
図１２に示されるように、ハウジング２１の側面付近には、水供給ノズル４０が配置されている。水供給ノズル４０は、対極ヘッド３０の移動経路内に入らないような位置に配置されている。具体的には、水供給ノズル４０は、飛散抑制カップ２３の外側に配置されている。
【００５２】
移動機構４６は、水供給ノズル４０が洗浄中移動した場合であっても水供給ノズル４０が対極ヘッド３０の移動経路内に入らないようにコントローラ２７により制御されている。
【００５３】
本実施の形態では、対極ヘッド３０の移動経路内に入らないような位置に水供給ノズル４０を配置しているので、水供給ノズル４０を退避させることなくウェハＷにめっきを施すことができる。これにより、スループットを向上させることができる。
【００５４】
（第３の実施の形態）
以下、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態では、前処理とめっきとをハウジング内に在るそれぞれ異なる位置で行う例について説明する。図１３は本実施の形態に係るめっきユニットの模式的な垂直断面図である。
【００５５】
図１３に示されるように、ハウジング２１内には、ウェハＷに前処理を施す前処理部とウェハＷにめっきを施すめっき部とに仕切り分けるための仕切板５１が設置されている。なお、前処理部の空間とめっき部の空間とは上部で繋がっている。
【００５６】
排液配管２２は、前処理部側のハウジング２１の底面に接続された排液配管２２ａと、めっき部側のハウジング２１の底面に接続された排液配管２２ｂとから構成されている。排液配管２２ａは主に水をハウジング２１内から排出するためのものであり、排液配管２２ｂは主にめっき液をハウジング２１内から排出するためのものである。
【００５７】
排気配管２４は、前処理部側のハウジング２１の側面に接続された排気配管２４ａと、めっき部側のハウジング２１の側面に接続された排気配管２４ｂから構成されている。排気配管２４ａは主に前処理部を排気するためのものであり、排気配管２４ｂは主にめっき部を排気するためのものである。
【００５８】
本実施の形態のウェハホルダ２５は、ウェハＷの被めっき面が下向き（フェイスダウン）になるようにウェハＷを保持するものである。ウェハホルダ２５は、回転・移動機構５２の一部である回転駆動源５３の回転軸５３ａに接続されている。回転・移動機構５２はウェハホルダ２５を回転、移送、及び昇降させるものであり、回転駆動源５３の他、回転駆動源５４、回転駆動源５３と回転駆動源５４の回転軸５４ａとに取り付けられた連結部材５５等から構成されている。回転駆動源５３は、洗浄中、水切り中、めっき中にウェハホルダ２５が回転するようにコントローラ２７により制御されている。ここで、コントローラ２７により洗浄中のウェハホルダ２５の回転数及び回転方向等を変化させることも可能である。また、回転駆動源５４は、めっきが開始される際にウェハホルダ２５が移動するようにコントローラ２７により制御されている。具体的には、回転駆動源５４は、めっきが開始される際にはウェハホルダ２５が前処理部からめっき部に移動するように制御されている。
【００５９】
水供給ノズル４０は、前処理部に配置されている。本実施の形態では、複数の水供給ノズル４０が配置されている。複数の水供給ノズル４０を使用することにより、一度に広範囲に水を供給することができる。
【００６０】
めっき部には、めっき液が貯留されるめっき液槽５６が配置されている。めっき液槽５６の底部にはめっき液供給管３４が接続されている。めっき液槽５６内には、アノード電極３１及びめっき液の流れを制御する整流板５７が配置されている。
【００６１】
以下、めっきユニット１５を使用した場合のウェハＷの前処理及びめっきについて説明する。搬送ロボット１３によりウェハホルダ２５にウェハＷが保持される。また、ウェハＷがカソード電極２８に接触するとともにウェハＷによりシールリング２９の開口が覆われる。これにより、ウェハＷの設置が完了する。
【００６２】
その後、ウェハホルダ２５の回転によりウェハＷが回転するとともに水供給ノズル４０から水がウェハＷに供給される。これにより、ウェハＷが洗浄される。ここで、ウェハＷの洗浄は、水供給ノズル４０を移動及びウェハホルダ２５の回転数等を変化させながら行われる。
【００６３】
十分に洗浄が行われた後、ウェハＷが回転している状態で、水供給ノズル４０からの水の供給が停止される。これにより、ウェハＷの水切りが行われる。十分に水切りが行われた後、回転・移動機構５２の作動によりウェハホルダ２５が上昇するとともに水平方向に半回転する。これにより、ウェハＷが前処理部からめっき部に移送される。
【００６４】
ウェハＷが前処理部からめっき部に移動した後、アノード電極３１及びカソード電極２８に電圧が印加される。その後、回転・移動機構５２の作動によりウェハホルダ２５が下降し、ウェハＷがめっき液に浸漬される。これにより、ウェハＷ上にめっきが施される。
【００６５】
所定の厚さのめっきがウェハＷ上に施された後、回転・移動機構５２の作動によりウェハホルダ２５が上昇し、ウェハＷがめっき液から引き上げられる。その後、ウェハＷの設置が解除され、ウェハＷが搬送ロボット１３により搬送される。
【００６６】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。上記実施の形態では、ウェハＷを使用しているが、ガラス基板を使用してもよい。第１及び第２の実施の形態では、１つの水供給ノズル４０を使用した場合について説明しているが、水供給ノズル４０は複数であってもよい。また、第３の実施の形態では、複数の水供給ノズル４０を使用した場合について説明しているが、水供給ノズル４０は１つであってもよい。
【００６７】
【発明の効果】
本発明のめっき方法によれば、凹部内にめっきを確実に埋め込むことができる。本発明の半導体装置の製造方法によれば、断線し難い半導体装置を製造することができる。本発明のめっき装置によれば、満遍なく基板を洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１の実施の形態に係る半導体装置の製造プロセスの流れを示したフローチャートである。
【図２】図２は第１の実施の形態に係る半導体装置の模式的な製造プロセス図である。
【図３】図３は第１の実施の形態に係る半導体装置の模式的な製造プロセス図である。
【図４】図４は第１の実施の形態に係るめっき装置の模式的な構成図である。
【図５】図５は第１の実施の形態に係るめっきユニットの模式的な垂直断面図である。
【図６】図６は第１の実施の形態に係るめっきユニットの模式的な水平平面図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は第１の実施の形態に係るウェハホルダの回転方向及び回転数の模式的なタイミングチャートである。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｄ）は第１の実施の形態に係る水供給ノズルの先端の模式的な垂直断面図及び水平断面図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｄ）は第１の実施の形態に係る水供給ノズルの移動状態を模式的に示した図である。
【図１０】図１０は実施例１に係る洗浄時間と欠陥数との関係を示したグラフである。
【図１１】図１１は実施例２に係るウェハ中央からの距離と接触角との関係を示したグラフである。
【図１２】図１２は第２の実施の形態に係るめっきユニットの模式的な垂直断面図である。
【図１３】図１３は第３の実施の形態に係るめっきユニットの模式的な垂直断面図である。
【符号の説明】
Ｗ…ウェハ、１ａ…凹部、４…水、５…めっき液、６…配線膜、１５…めっきユニット、２５…ウェハホルダ、２７…コントローラ、２８…カソード電極、３１…アノード電極、４０…水供給ノズル、４６…移動機構、５２…回転・移動機構。
Claims (12)
- 表面に凹部が形成された基板の表面に水を供給し、前記基板を洗浄する工程と、
前記洗浄した基板を水切り或いは乾燥する工程と、
前記水切り或いは乾燥した基板の表面にめっき液を供給し、前記基板にめっきを施す工程と、
を具備することを特徴とするめっき方法。 - 表面に凹部が形成された基板の表面に水を供給し、前記基板に付着している炭素含有物を取り除く工程と、
前記炭素含有物を取り除いた基板の表面にめっき液を供給し、前記基板にめっきを施す工程と、
を具備することを特徴とするめっき方法。 - 前記水は、炭素含有量が１ｍｇ／Ｌ未満のものであることを特徴とする請求項１又は２記載のめっき方法。
- 前記水の供給は、前記基板を回転させながら行われることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のめっき方法。
- 前記水の供給は、前記基板と前記水を供給する水供給ノズルとを相対的に移動させながら行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のめっき方法。
- 半導体素子が形成され、かつ表面に凹部が形成された基板の表面に水を供給し、前記基板を洗浄する工程と、
前記洗浄した基板を水切り或いは乾燥する工程と、
前記水切り或いは乾燥した基板の表面にめっき液を供給し、めっき法により前記基板に配線膜を形成する工程と、
前記凹部に埋め込まれた部分以外の配線膜を除去する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体素子が形成され、かつ表面に凹部が形成された基板の表面に水を供給し、前記基板に付着している炭素含有物を取り除く工程と、
前記炭素含有物を取り除いた基板を水切り或いは乾燥する工程と、
前記水切り或いは乾燥した基板の表面にめっき液を供給し、めっき法により前記基板に配線膜を形成する工程と、
前記凹部に埋め込まれた部分以外の配線膜を除去する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記水は、炭素含有量が１ｍｇ／Ｌ未満のものであることを特徴とする請求項６又は７記載の半導体装置の製造方法。
- 前記水の供給は、前記基板を回転させながら行われることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記水の供給は、前記基板と前記水を供給する水供給ノズルとを相対的に移動させながら行われることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
- 表面に凹部が形成された基板を保持する基板保持部材と、
前記基板保持部材に保持された基板の表面にめっきを施すめっき機構と、
前記基板の表面に水を供給する水供給ノズルと、
前記基板と前記水供給ノズルとを相対的に移動させる移動機構と、
前記水供給ノズルから前記基板の表面に前記水を供給しているときに前記移動機構を作動させるコントローラと、
前記基板を回転させる回転機構と、
前記基板の回転数、回転方向を制御するコントローラと、
を具備することを特徴とするめっき装置。 - 前記基板表面への水の供給と、前記水が供給された基板の水切り或いは乾燥と、前記水切り或いは乾燥した基板の表面にめっきを施すことによる配線膜の形成とを同一のユニットにて行うことを特徴とする請求項１１記載のめっき装置。
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-
2003
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