JP2007149824A - Film forming method and film forming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエハ等の基板の表面に金属膜を成膜する成膜方法及び成膜装置に関し、特に半導体ウエハ等の基板の表面に設けられた微細なトレンチやビアホール等の凹部の内部に金属材料を埋込んだり、半導体チップの内部に貫通する配線を形成したりするのに使用して好適な成膜方法及び成膜装置に関する。 The present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus for forming a metal film on the surface of a substrate such as a semiconductor wafer, and more particularly to the inside of a recess such as a fine trench or a via hole provided on the surface of a substrate such as a semiconductor wafer. The present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus suitable for use in embedding a metal material or forming a wiring penetrating inside a semiconductor chip.
近年、半導体装置の高集積化・高速化に伴って多層配線化が進んでいる。この多層配線にあっては、下層配線では微細化が進んでいるものの、上層配線では逆に1μmを超える幅で深さが数μmの配線やビアが使われるようになってきている。また、複数の半導体チップを1個のパッケージにまとめる3次元実装においては、従来のワイアボンディングによる半導体チップ間の配線形成から、半導体チップ内部に貫通する配線を形成し、この配線を相互に接続して配線間距離を短縮し、これによって、低電力化、高速化を図る方向に進もうとしている。この場合に、例えば開口部寸法が70μmで深さが100μm程度のビアホール(凹部)を金属材料(配線材料)で埋込む必要が出てくる。このような微細ながらもより深い深さの配線を形成するためには、経済性の点から電解めっき法が最も適していると考えられる。 In recent years, with the increase in integration and speed of semiconductor devices, multilayer wiring has been advanced. In this multilayer wiring, although miniaturization is progressing in the lower layer wiring, on the contrary, wiring and vias having a width exceeding 1 μm and a depth of several μm are used. In the three-dimensional mounting in which a plurality of semiconductor chips are combined into one package, a wiring that penetrates the semiconductor chip is formed from the conventional wiring formation between the semiconductor chips by wire bonding, and these wirings are connected to each other. As a result, the distance between wirings is shortened, and this is going to move toward lower power and higher speed. In this case, for example, it becomes necessary to fill a via hole (concave portion) having an opening size of 70 μm and a depth of about 100 μm with a metal material (wiring material). In order to form such a fine wiring with a deeper depth, the electrolytic plating method is considered most suitable from the viewpoint of economy.
従来の電解めっき装置では、例えば基板の内部に設けた、直径10〜20μm、深さ70〜150μm程度の、アスペスト比が高く、深さの深いビアホールの内部に、内部にボイド等の欠陥が生じることを防止しつつ、電解めっきで金属膜(金属材料)を高速かつ確実に埋込むのは一般にかなり困難であった。これは、基板の表面でのめっきの進行に伴って、めっき液中の金属イオンが著しく消耗され、ビアホール底部への金属イオンの供給が遅れるためである。 In a conventional electrolytic plating apparatus, for example, a defect such as a void is generated inside a via hole having a high aspect ratio and a depth of about 10 to 20 μm and a depth of about 70 to 150 μm provided inside the substrate. In general, it has been considerably difficult to embed a metal film (metal material) at high speed and reliably by electrolytic plating while preventing this. This is because as the plating on the surface of the substrate proceeds, the metal ions in the plating solution are remarkably consumed, and the supply of metal ions to the bottom of the via hole is delayed.
例えば、図1に示すように、アスペスト比が1以上と高く、深さが深いビアホール(凹部)2を内部に設けた絶縁膜4を覆う通電層(シード層)6の表面に電解めっきを行うと、ビアホール2の開口端部付近(開口部肩口)でめっき析出が優先されて該開口端部が金属材料(めっき膜)8で塞がれ、ビアホール2の内部に埋込まれた金属材料8の内部にボイド8aが生じる、いわゆるピンチオフ現象が生じる。この現象は、特に半導体チップの内部に貫通する配線を形成するような場合に顕著に表れる。
For example, as shown in FIG. 1, electrolytic plating is performed on the surface of a conductive layer (seed layer) 6 covering an
なお、電解めっき中に流すめっき電流を抑制し、更に、めっき液中に添加する添加剤を調整することにより、ある程度の改善は可能であるが、この場合、ビアホール内に金属材料を高速に埋込むことができず、例えば100μmの深さを有するビアホールの内部に金属材料を完全に埋込むのに数時間かかってしまう。 Although some improvement is possible by suppressing the plating current flowing during electrolytic plating and adjusting the additive added to the plating solution, in this case, the metal material is buried in the via hole at high speed. For example, it takes several hours to completely fill the metal material inside the via hole having a depth of 100 μm.
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、例えアスペクト比が高く、深さが深いビアホール等の凹部にあっても、銅等の金属材料を、内部にボイドを発生させることなく、凹部内に高速かつ確実に埋込むことができるようにした成膜方法及び成膜装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described points, and even if the recess has a high aspect ratio and a deep depth, such as a via hole, a concave portion is formed in a metal material such as copper without generating voids therein. It is an object of the present invention to provide a film forming method and a film forming apparatus which can be embedded in a high speed and surely.
請求項1に記載の発明は、凹部を有し該凹部の内部を含む表面に通電層を形成した基板を用意し、前記凹部の内部を除く前記通電層の表面に電着法で高分子絶縁膜を形成し、前記高分子絶縁膜を形成した基板の表面に電解めっきを行って前記凹部内に金属材料を埋込むことを特徴とする成膜方法である。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a substrate having a recess and a conductive layer formed on a surface including the inside of the recess, and polymer insulation is performed on the surface of the conductive layer excluding the interior of the recess by an electrodeposition method. A film forming method is characterized in that a film is formed and electrolytic plating is performed on a surface of a substrate on which the polymer insulating film is formed to embed a metal material in the recess.
基板の表面に設けたビアホールやトレンチ等の微細な凹部のみに金属材料を埋込んで配線を形成する際、マスクとしての高分子絶縁膜で凹部以外の基板の表面を被覆する方法としては、例えばフォトレジストを使う方法がある。この方法の場合には、位置ずれによって凹部がレジストで遮蔽されてしまうことを回避するため、凹部より広い範囲にレジスト開口部を設ける必要があり、このため、凹部の開口端部付近に位置する基板の表面に高分子絶縁膜が設けられずに、ここでのめっき膜の析出を抑制できない。これに対して、本発明によれば、電着法で高分子絶縁膜を成膜することで、凹部肩部まで高分子絶縁膜で被覆することができ、これによって、マスクとしての役割を果たす高分子絶縁膜の表面にめっき膜が析出するのを抑制しつつ、電解めっきによって、凹部内にのみ金属材料を高速かつ確実に埋込むことができる。なお、高分子絶縁膜の電着に際して、例えば充分に攪拌するなどの条件を与えると凹部肩口よりも内部にまで成膜されることもありうるが、本目的においては実質的に凹部肩口で成膜がとどまるような条件を選択するものとする。 When a wiring is formed by embedding a metal material only in fine recesses such as via holes and trenches provided on the surface of the substrate, as a method of covering the surface of the substrate other than the recesses with a polymer insulating film as a mask, for example, There is a method using a photoresist. In the case of this method, it is necessary to provide a resist opening in a wider area than the recess in order to prevent the recess from being shielded by the resist due to misalignment. Therefore, it is located near the opening end of the recess. Since the polymer insulating film is not provided on the surface of the substrate, the deposition of the plating film here cannot be suppressed. On the other hand, according to the present invention, the polymer insulating film can be formed by electrodeposition to cover the shoulder of the recess with the polymer insulating film, thereby serving as a mask. By suppressing the deposition of the plating film on the surface of the polymer insulating film, the metal material can be embedded in the recess only at high speed and reliably by electrolytic plating. When electrodeposition of the polymer insulating film is performed, for example, if conditions such as sufficient agitation are applied, the film may be formed even inside the recess shoulder, but for this purpose, the film is substantially formed on the recess shoulder. The conditions so that the film stays are selected.
請求項2に記載の発明は、前記通電層を、電解めっき法、無電解めっき法、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法、ALD法、及び常圧で有機金属を気化して基板に金属膜を成膜する有機金属法のいずれかで形成したことを特徴とする請求項1記載の成膜方法である。
According to a second aspect of the present invention, the current-carrying layer is formed on the substrate by vaporizing an organic metal under an electrolytic plating method, an electroless plating method, a vacuum deposition method, a sputtering method, a CVD method, an ALD method, or atmospheric pressure. The film forming method according to
電着により高分子絶縁膜で被覆する際の通電層の形成方法としては、電解めっき法や無電解めっき法のようなウェットプロセスによるもの、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法またはALD法のようなドライプロセスによるものがよく知られているが、この他に加熱した基板上に有機金属蒸気を導いて熱分解させることで金属皮膜を形成する有機金属法も適用することができる。 The method of forming the current-carrying layer when coating with a polymer insulating film by electrodeposition is by a wet process such as electrolytic plating or electroless plating, such as vacuum deposition, sputtering, CVD, or ALD. A dry process is well known, but besides this, an organometallic method of forming a metal film by introducing an organometallic vapor onto a heated substrate and thermally decomposing it can also be applied.
請求項3に記載の発明は、前記高分子絶縁膜の形成を、カチオン系高分子材料の電着により行うことを特徴とする請求項1または2記載の成膜方法である。
電着により、アニオン系高分子材料とカチオン系高分子材料による高分子絶縁膜が形成できる。アニオン系高分子材料により高分子絶縁膜を形成する場合、通電層をアノードとすることになり、条件によっては、通電層の酸化や溶解が生じて、安定な電着ができない恐れがある。これに対して、カチオン系高分子材料により高分子絶縁膜を形成する場合には、このような恐れが無く、また次の工程の電解めっきも通電層をカソードとして行うので、連続性があって好ましい。
A third aspect of the present invention is the film forming method according to the first or second aspect, wherein the polymer insulating film is formed by electrodeposition of a cationic polymer material.
By electrodeposition, a polymer insulating film made of an anionic polymer material and a cationic polymer material can be formed. When the polymer insulating film is formed of an anionic polymer material, the current-carrying layer is used as an anode, and depending on the conditions, the current-carrying layer may be oxidized or dissolved, which may prevent stable electrodeposition. On the other hand, when the polymer insulating film is formed of a cationic polymer material, there is no such fear, and the electroplating in the next step is performed using the current-carrying layer as a cathode, so that there is continuity. preferable.
請求項4に記載の発明は、前記カチオン系高分子材料は、ポリイミド系カチオン高分子であることを特徴とする請求項3に記載の成膜方法である。
カチオン系高分子材料として様々な種類がある。その中で、ポリイミド系カチオン高分子は、一般に、絶縁性が高く、粒径が揃ったものが得やすい。このため、カチオン系高分子材料としてポリイミド系カチオン高分子を使用することで、高分子絶縁膜を制御性よく電着できる。
The invention according to
There are various types of cationic polymer materials. Among them, a polyimide-based cationic polymer generally has a high insulating property and is easily obtained with a uniform particle size. For this reason, by using a polyimide-based cationic polymer as the cationic polymer material, the polymer insulating film can be electrodeposited with good controllability.
請求項5に記載の発明は、前記高分子絶縁膜を形成した基板の表面を洗浄することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の成膜方法である。
一般に、電着液と電解めっき液は、pHや使用している添加剤の種類などが大いに異なる。電着処理後に基板の表面に残った電着液を洗浄して基板の表面から除去することで、めっき液中に電着液が混入してしまうことを防止して、めっき液の組成等が変化することを防止することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the film forming method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the surface of the substrate on which the polymer insulating film is formed is cleaned.
In general, the electrodeposition solution and the electroplating solution are greatly different in pH, type of additive used, and the like. The electrodeposition liquid remaining on the surface of the substrate after the electrodeposition treatment is washed and removed from the surface of the substrate, so that the electrodeposition liquid is prevented from being mixed into the plating liquid. It is possible to prevent the change.
請求項6に記載の発明は、前記高分子絶縁膜を熱処理することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の成膜方法である。
熱処理することで、高分子絶縁膜を連続的な膜となすことができ、これによって、その後に行われる電解めっきで成膜される金属材料にムラが生じないようにすることができる。
A sixth aspect of the present invention is the film forming method according to any one of the first to fifth aspects, wherein the polymer insulating film is heat-treated.
By performing the heat treatment, the polymer insulating film can be made into a continuous film, which can prevent unevenness in a metal material formed by subsequent electrolytic plating.
請求項7に記載の発明は、前記電解めっきにより前記凹部内に埋込む金属材料は、銅、銅合金、銀、または銀合金であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の成膜方法ある。
電気抵抗が低く、電解めっきによって成膜できる材料としては、銅と銀がある。従って金属材料としては、銅または銀、またはこれらの合金であることが好ましい。
The invention according to claim 7 is characterized in that the metal material embedded in the recess by the electrolytic plating is copper, copper alloy, silver, or silver alloy. There is a film forming method.
Materials that have low electrical resistance and can be deposited by electrolytic plating include copper and silver. Accordingly, the metal material is preferably copper, silver, or an alloy thereof.
請求項8に記載の発明は、前記凹部の幅または直径は、1μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の成膜方法である。
請求項9に記載の発明は、前記凹部のアスペクト比は、1.0以上であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の成膜方法である。
アスペクト比が1.0以下の浅い凹部であれば、本方法によらずとも、凹部の内部に金属材料を高速で埋込むことができる。
The invention according to
A ninth aspect of the present invention is the film forming method according to any one of the first to eighth aspects, wherein an aspect ratio of the concave portion is 1.0 or more.
If it is a shallow recessed part with an aspect ratio of 1.0 or less, a metal material can be embedded in the recessed part at high speed without using this method.
請求項10に記載の発明は、凹部の内部を含む基板の表面に形成した通電層の前記凹部の内部を除く表面に高分子絶縁膜を電着させる電着処理ユニットと、電着処理後の基板の表面に電解めっきを施して前記凹部内に金属材料を埋込む電解めっきユニットと、電解めっき後の基板を洗浄し乾燥させる洗浄・乾燥ユニットを有することを特徴とする成膜装置である。
成膜装置に電着処理ユニットと電解めっきユニットを有することにより、一連の処理を同一の装置(成膜装置)で連続して行って、生産性を高く維持することができる。成膜装置に洗浄・乾燥ユニットをも有することで、処理後の基板を乾燥状態で取出すことができ、その後の基板の保管なども容易となる。
The invention according to
By having the electrodeposition processing unit and the electrolytic plating unit in the film forming apparatus, a series of processes can be continuously performed with the same apparatus (film forming apparatus), and productivity can be maintained high. By including a cleaning / drying unit in the film forming apparatus, the processed substrate can be taken out in a dry state, and subsequent storage of the substrate is facilitated.
請求項11に記載の発明は、前記電着処理ユニットは、内部に電着液を保持する電着槽と、前記電着槽内に配置され、表面を下向きにして基板を水平に保持する上下動自在な基板ホルダと、前記基板ホルダに設けられ該基板ホルダで保持した基板の前記通電層に接触して該通電層をカソードとするカソード接点と、前記電着槽内の電着液中に浸漬させて水平に配置されるアノードを有することを特徴とする請求項10記載の成膜装置である。
According to an eleventh aspect of the present invention, the electrodeposition treatment unit includes an electrodeposition tank that holds an electrodeposition liquid therein, and upper and lower electrodes that are disposed in the electrodeposition tank and hold the substrate horizontally with the surface facing downward. A movable substrate holder, a cathode contact provided in contact with the current-carrying layer of the substrate provided on the substrate holder and held by the substrate holder and having the current-carrying layer as a cathode, and an electrodeposition liquid in the
基板をカソードとすると、基板側で水素ガスの発生が起こる。その際、表面を下方に向ける、いわゆるフェースダウンで基板を保持すると、凹部を除く基板の表面で発生した水素ガスは、比較的容易に基板の表面から脱離するが、基板の凹部内で発生した水素ガスは、表面が下方を向いているので、凹部内から容易に脱離しない。このため、凹部内部にガスが溜まり、このガスが高分子絶縁膜の電着を阻害する。これにより、凹部内部を除く基板表面並びに凹部肩口のみに、次工程の電解めっきの障害となる高分子絶縁膜をより確実に形成することができる。高分子絶縁膜の成膜時には、電着液を攪拌しない方が望ましい。 When the substrate is a cathode, hydrogen gas is generated on the substrate side. At that time, if the substrate is held in a so-called face-down direction, the hydrogen gas generated on the surface of the substrate excluding the recesses is relatively easily desorbed from the surface of the substrate, but is generated in the recesses of the substrate. Since the surface of the hydrogen gas faces downward, it does not easily desorb from the recess. For this reason, gas accumulates inside the recess, and this gas inhibits electrodeposition of the polymer insulating film. Thereby, the polymer insulating film which becomes an obstacle of the electroplating of the next process can be more reliably formed only on the substrate surface excluding the inside of the recess and the shoulder of the recess. It is desirable not to stir the electrodeposition liquid when forming the polymer insulating film.
請求項12に記載の発明は、前記電解めっきユニットは、めっき液を保持するめっき槽と、前記めっき槽内の内部に配置された基板の表面に向けてめっき液を噴射するめっき液噴出口を有するめっき液噴射ノズルを有することを特徴とする請求項10または11記載の成膜装置である。
According to a twelfth aspect of the present invention, the electrolytic plating unit includes: a plating tank that holds a plating solution; and a plating solution outlet that jets the plating solution toward the surface of the substrate disposed inside the plating tank. The film forming apparatus according to
例えば、幅(直径)が70μmで深さが100nmのビアホール(凹部)内に金属材料を埋込む場合には、ビアホール底部に金属イオンを積極的に供給する必要がある。めっき液をめっき液噴出口を有する噴射ノズルから基板に向けて噴射することで、ビアホール底部まで新鮮なめっき液を供給することができる。めっき液噴出口の形状としては、例えばスリット状のものが好ましい。また一定の位置でめっき液を供給し続けると、ビアホール内部に消耗しためっき液が滞留し、かえってめっき速度が低下する。そのため、めっき液噴射ノズルを移動させて、ビアホール内部のめっき液の置換を促進することにより、めっき速度を高速に維持することができる。めっき液噴射ノズルは必ずしも単一である必要は無く、複数のめっき液噴射ノズルを直列に配列したノズル群アセンブルであってもよいし、ノズル群アセンブルを同時に複数用いてもよい。 For example, when a metal material is embedded in a via hole (recess) having a width (diameter) of 70 μm and a depth of 100 nm, it is necessary to positively supply metal ions to the bottom of the via hole. By spraying the plating solution from the spray nozzle having the plating solution outlet toward the substrate, a fresh plating solution can be supplied to the bottom of the via hole. As the shape of the plating solution outlet, for example, a slit-like shape is preferable. Further, if the plating solution is continuously supplied at a fixed position, the consumed plating solution stays in the via hole, and the plating rate is lowered. Therefore, the plating rate can be maintained at a high speed by moving the plating solution spray nozzle to promote the replacement of the plating solution inside the via hole. The plating solution spray nozzle is not necessarily required to be a single one, and may be a nozzle group assembly in which a plurality of plating solution spray nozzles are arranged in series, or a plurality of nozzle group assemblies may be used simultaneously.
請求項13に記載の発明は、前記めっき液は、硫酸銅を含む硫酸銅めっき液であることを特徴とする請求項12記載の成膜装置である。
成膜する金属材料によってめっき液を選択するが、電解めっきで比較的厚くめっき膜を成膜することになるので、めっき液は、できるだけ安価なものが好ましい。硫酸銅めっき液であれば広範囲で用いられており、コストも低く好適である。
The invention according to
The plating solution is selected depending on the metal material to be formed. However, since the plating film is formed relatively thick by electrolytic plating, the plating solution is preferably as inexpensive as possible. A copper sulfate plating solution is used in a wide range and is suitable for low cost.
請求項14記載の発明は、前記電着処理後に基板の表面に残った電着液を洗浄除去する電着液洗浄ユニットを更に有することを特徴とする請求項10乃至13のいずれかに記載の成膜装置である。
電着処理後に基板の表面に残った電着液を電着液洗浄ユニットで洗浄除去することで、一般に、pHや使用している添加剤の種類などが大いに異なる電着液と電解めっき液が互いに混合して、めっき液の組成等が変化してしまうことを防止することができる。
The invention according to claim 14 further comprises an electrodeposition liquid cleaning unit for cleaning and removing the electrodeposition liquid remaining on the surface of the substrate after the electrodeposition treatment. A film forming apparatus.
The electrodeposition solution remaining on the surface of the substrate after the electrodeposition treatment is washed and removed by the electrodeposition solution cleaning unit, so that generally the electrodeposition solution and the electroplating solution differ greatly in pH and the type of additive used. Mixing with each other can prevent the composition of the plating solution from changing.
請求項15に記載の発明は、前記通電層の表面に電着した高分子絶縁膜を熱処理する熱処理ユニットを更に有することを特徴とする請求項10乃至14のいずれかに記載の成膜装置である。
熱処理ユニットで熱処理することにより、高分子絶縁膜を連続的な膜にすることができる。
The invention according to claim 15 further comprises a heat treatment unit for heat-treating the polymer insulating film electrodeposited on the surface of the current-carrying layer. is there.
By performing heat treatment in the heat treatment unit, the polymer insulating film can be made into a continuous film.
本発明によれば、凹部の内部を除く通電層の表面に電着法で高分子絶縁膜を成膜することで、凹部肩部までをマスクとしての高分子絶縁膜で被覆することができ、これによって、例えアスペクト比が高く、深さが深いビアホール等の凹部にあっても、銅等の金属材料を、内部にボイドを発生させることなく、凹部内のみに高速かつ確実に埋込むことができる。 According to the present invention, by forming a polymer insulating film on the surface of the current-carrying layer excluding the inside of the recess by electrodeposition, the shoulder to the recess can be covered with the polymer insulating film as a mask. This makes it possible to embed a metal material such as copper at high speed and surely only in the recesses without generating voids, even in recesses such as via holes with high aspect ratios and deep depths. it can.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では、金属材料として銅を使用した例を示す。
図2は、本発明の実施の形態の成膜装置の全体配置図を示す。図2に示すように、成膜装置40は、ロード部41、アンロード部42、洗浄・乾燥ユニット43、ロードステージ44、電着液洗浄ユニット45、電着処理ユニット46、電解めっきユニット47、第1搬送ロボット48及び第2搬送ロボット49を有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiment, an example in which copper is used as a metal material is shown.
FIG. 2 shows an overall layout of the film forming apparatus according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the
電着処理ユニット46は、この例では、カチオン系高分子材料、好ましくは、ポリイミド系カチオン高分子からなる高分子絶縁膜208を通電層206の表面に電着するようにしている(図9(b)参照)。電着により、アニオン系高分子材料とカチオン系高分子材料による高分子絶縁膜が形成できるが、アニオン系高分子材料により高分子絶縁膜を形成する場合、通電層をアノードとすることになり、条件によっては、通電層の酸化や溶解が生じて、安定な電着ができない恐れがある。これに対して、カチオン系高分子材料により高分子絶縁膜を形成する場合には、このような恐れが無く、また次の工程の電解めっきも通電層をカソードとして行うので、連続性があって好ましい。更に、ポリイミド系カチオン高分子は、一般に、絶縁性が高く、粒径が揃ったものが得やすい。このため、カチオン系高分子材料としてポリイミド系カチオン高分子を使用することで、高分子絶縁膜を制御性よく電着できる。
In this example, the
このため、この例では、電着液として、直径数100nmのポリイミドのコロイドであって、表面に多数のN+が存在してコロイドを溶媒(有機溶剤を含む純水)中に分散させたものを使用している。 Therefore, in this example, the electrodeposition liquid is a polyimide colloid having a diameter of several hundreds of nanometers, and a large number of N + is present on the surface, and the colloid is dispersed in a solvent (pure water containing an organic solvent). Is used.
電着処理ユニット46は、図3に示すように、電着処理ユニット本体11と、この内部に収容された半導体ウエハ等の基板Wを保持するための基板ホルダ12を有している。基板ホルダ12は、基板保持部12−1とシャフト部12−2からなり、シャフト部12−2は、円筒状のガイド部材14の内壁に軸受15,15を介して回転自在に支持されている。ガイド部材14と基板ホルダ12は、電着処理ユニット本体11の頂部に設けられたシリンダ16により上下に所定ストロークで昇降できるようになっている。
As shown in FIG. 3, the
基板ホルダ12は、ガイド部材14の内部上方に設けられたモータ18により、シャフト部12−2を介して矢印A方向に回転できる。基板ホルダ12の内部には、基板押え部17−1とシャフト部17−2からなる基板押え部材17を収納する空間Cが設けられており、基板押え部材17は、基板ホルダ12のシャフト部12−2内の上部に設けられたシリンダ19により上下に所定ストロークで昇降できる。
The
基板ホルダ12の基板保持部12−1の下方には、空間Cに連通する開口12−1aが設けられ、この開口12−1aの上部には、図4に示すように、基板Wの縁部が載置される段部12−1bが形成されている。この段部12−1bに基板Wの縁部を載置し、基板Wの上面を基板押え部材17の基板押え部17−1で押圧することにより、基板Wの縁部は、基板押え部17−1と段部12−1bの間に挟持される。そして基板Wの表面(下面)は開口12−1aに露出する。なお、図4は図3のB部分の拡大図である。
An opening 12-1a communicating with the space C is provided below the substrate holding portion 12-1 of the
電着処理ユニット本体11の基板保持部12−1の下方、即ち開口12−1aに露出する基板Wの下方には偏平な電着槽20が設けられ、電着槽20の下方に多数の孔21aが形成された多孔板21を介して、偏平な電着液導入室22が設けられている。また、電着槽20の外側には該電着槽20をオーバフローした電着液Lを捕集する捕集樋23が設けられている。
A
捕集樋23で回収された電着液Lは、電着液交換・補充時に電着液タンク24に戻るようになっている。電着液タンク24内の電着液Lは、ポンプ25により電着槽20の両側から水平方向に導入される。電着槽20の両側から導入された電着液Lは、多孔板21の孔21aを通って、垂直噴流となって電着槽20に流れ込む。多孔板21と基板Wの間隔は、5〜15mmとなっており、多孔板21の孔21aを通った電着液Lの噴流は、垂直上昇を維持したまま均一な噴流となり電着槽20内の電着液を攪拌して均一化する。電着液交換・補充時に電着槽20をオーバフローした電着液Lは、捕集樋23で回収され、電着液タンク24に流れ込む。これにより、電着液Lは、電着処理ユニット本体11の電着槽20と電着液タンク24の間を循環する。
電着槽20の電着液面レベルLQは、基板Wの下面レベルLWより若干ΔLだけ高くなっており、基板Wの下面の全面は電着液Lに接触している。
The electrodeposition liquid L collected by the
Chakuekimen level L Q
基板ホルダ12の基板保持部12−1の段部12−1bには、図4に示すように、基板Wの通電層206(図9(a)参照)と電気的に導通して該通電層206をカソードとなすカソード接点27が設けられている。このカソード接点27は、電線(図示せず)でブラシ26に電気的に接続され、更に該ブラシ26を介して、外部のめっき電源(図示せず)のカソードに接続される。電着処理ユニット本体11の電着槽20の底部には、基板Wと対向して、例えばSUSからなるアノード28が設けられ、このアノード28はめっき電源の陽極に接続される。電着処理ユニット本体11の壁面の所定位置には、例えばロボットアーム等の基板搬出入治具で基板Wを出し入れする搬出入スリット29が設けられている。
As shown in FIG. 4, the stepped portion 12-1 b of the substrate holding portion 12-1 of the
上記構成の電着処理ユニット46において、電着処理を行うに際しては、先ずシリンダ16を作動させ、基板ホルダ12をガイド部材14ごと所定量(基板保持部12−1に保持された基板Wが搬出入スリット29に対応する位置まで)上昇させるとともに、シリンダ19を作動させて基板押え部材17を所定量(基板押え部17−1が搬出入スリット29の上部に達する位置まで)上昇させる。この状態で、ロボットアーム等の基板搬出入治具で基板Wを基板ホルダ12の空間Cに搬入し、基板Wをその表面が下向きになるようにして、段部12−1bに載置する。この状態で、シリンダ19を作動させて基板押え部17−1の下面が基板Wの上面に当接するまで下降させ、基板押え部17−1と段部12−1bの間に基板Wの縁部を挟持する。
In performing the electrodeposition process in the
この状態で、シリンダ16を作動させ、基板ホルダ12をガイド部材14ごと基板Wの下面が電着槽20の電着液Lに接触するまで(電着液面レベルLQより上記ΔLだけ低い位置まで)下降させる。この時、必要に応じて、モータ18を起動し、基板ホルダ12と基板Wを低速で回転させながら下降させる。電着槽20には電着液Lが充満している。この状態でアノード28とカソード接点27の間にめっき電源から所定の電圧を印加すると、アノード28からカソードとしての基板Wの通電層206へと電流が流れ、図9(b)に示すように、基板Wの通電層206の表面(下面)に高分子絶縁膜208が形成される。
In this state, by operating the
なお、下記のように、電解処理中は、基板Wの回転を中止して基板Wを静止させ、更に電着槽20内に電着液を供給しないようにして、電着液を攪拌しない方が好ましい。
電着処理が終了するとシリンダ16を作動させ、基板ホルダ12と基板Wを上昇させ、基板保持部12−1の下面が電着液面レベルLQより上になったら、モータ18を高速で回転させ、遠心力で基板の下面及び基板保持部12−1の下面に付着した電着液を振り切る。電着液を振り切ったら、基板Wを搬出入スリット29の位置まで上昇させ、ここでシリンダ19を作動させて、基板押え部17−1を上昇させると、基板Wは解放され、基板保持部12−1の段部12−1bに載置された状態となる。この状態で、ロボットアーム等の基板搬出入治具を搬出入スリット29から、基板ホルダ12の空間Cに侵入させ、基板Wをピックアップして外部に搬出する。
As described below, during the electrolytic treatment, the rotation of the substrate W is stopped, the substrate W is stopped, and the electrodeposition liquid is not supplied into the
Actuating the
図5は、電解めっきユニット47の概要を示す縦断面図で、図6は、めっき槽内の基板ホルダ、アノード及びめっき液噴射ノズルの配置を示す平面図である。この電解めっきユニット47は、内部にめっき液Qを収容するめっき槽111と、めっき槽111の溢流堰112の上端をオーバフローしためっき液Qを収容するオーバフロー槽113を備えている。めっき槽111の内部には、めっき液Qに浸漬させて、基板ホルダ114に保持された基板Wとアノード115が垂直に所定の間隔をおいて互い対向させて配置され、基板Wとアノード115の間にめっき液Qを噴出するめっき液噴射ノズル116が垂直に配置されている。めっき液噴射ノズル116の先端と基板Wの表面との距離は、例えば1〜30mmである。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an outline of the
電解めっきユニット47には、複数個(この例では2個)のめっき液噴射ノズル116が備えられており、その上端部がシャフト117に所定の間隔で固定されている。シャフト117の下面には、ラック118が設けられ、このラック118に噛合するピニオン119をモータ120で正逆転することにより、シャフト117は矢印A方向に往復動し、めっき液噴射ノズル116も同じ方向に往復動する。なお、めっき液噴射ノズル116は単一でもよく、また複数個のめっき液噴射ノズル116を複数組設けるようにしてもよい。
The
なお、図示しないが、基板ホルダ114は、基板Wの周縁部を水密的にシールして基板Wを保持するように構成され、基板ホルダ114には、該基板ホルダ114で保持した基板Wの表面に設けられた通電層206(図9(a)参照)の周縁部に接触して該通電層206をカソードとなすカソード接点が設けられている。
Although not shown, the
図7(a)は、めっき液噴射ノズル116の平面図、図7(b)は、めっき液噴射ノズル116の正面図、図7(c)は、図7(b)のB−B断面図である。めっき液噴射ノズル116は、長尺でその断面が1辺に凸状部116bが形成された略矩形状で、その中央部に長さ方向に沿ってめっき液供給穴116aが形成されている。また、凸状部116bの頂部にめっき液供給穴116aに連通するスリット状のめっき液噴出口116cが複数個直列に配列されて形成されている。めっき液供給穴116aにめっき液を所定の圧力で供給することにより、めっき液噴出口116cからその形状に相当する帯状(平板状)のめっき液が噴出される。
7A is a plan view of the plating
各めっき液噴射ノズル116は、めっき液の流量を振分ける流量振分部としての流量マニホールド121から分岐する分岐管(めっき液供給管)122に接続され、流量マニホールド(流量振分部)121は、フレキシブル管(めっき液供給管)123を介して流量・圧力計124に接続されている。この流量・圧力計124は、配管126aを介して、ポンプ125の吐出し口に接続され、このポンプ125の吸込み口は、配管126bを介してオーバフロー槽113のめっき液排出口に接続されている。ポンプ125により、オーバフロー槽113に排出されためっき液Qは、配管126a,126b、流量・圧力計124、フレキシブル管123、流量マニホールド121及び分岐管122を通して各めっき液噴射ノズル116に供給され、めっき液噴射ノズル116のスリット状のめっき液噴出口116cから基板Wに向かって噴射される。めっき液Qは、めっき槽111内を満たした後、溢流堰112の上端をオーバフローしてオーバフロー槽113に流れ込む。
Each plating
基板ホルダ114とアノード115には直流のめっき電源127が接続され、このめっき電源127から基板ホルダ114で保持された基板Wの通電層とアノード115との間に所定の直流電圧を印加することにより、アノード115から基板Wにめっき電流が流れる。これにより、図9(c)に示すように、基板Wの凹部202内において、通電層206の表面に金属材料(めっき膜)210が成膜される。この基板Wのめっき処理に際し、シャフト117に取付けられた各めっき液噴射ノズル116は、ラック118、ピニオン119及びモータ120で構成されるノズル移動機構により、基板Wに対して平行に所定のストロークで往復動しながら、めっき液噴出口116cからめっき液を基板Wの表面に向けて噴射する。これにより、各めっき液噴射ノズル116は、基板Wの表面にめっき液を均一に供給する機能と、めっき槽111内にめっき液Qを供給する機能を奏する。
A DC plating
めっき液噴射ノズル116のめっき液噴出口116cから噴出するめっき液q1,q2,q3…の噴出速度は、ポンプ125から流量マニホールド121に供給されるめっき液Qの流量と圧力によって決定される。従って、流量・圧力計124により検出された流量・圧力をポンプ125にフィードバックすることにより、めっき液噴射ノズル116のめっき液噴出口116cから噴出されるめっき液q1,q2,q3…の噴出速度及び流量を制御できる。流量マニホールド121は、めっき液Qの流れコンダクタンスを考慮して、各めっき液噴射ノズル116にめっき液流量を振分ける。
The ejection speed of the plating solutions q1, q2, q3... Ejected from the plating
フレキシブル管123の長さは、シャフト117、即ちめっき液噴射ノズル116が所定のストロークで往復動するのに支障がなく、めっき液噴射ノズル116の動きにスムーズに追従できる長さに設定されている。なお、上記例では、シャフト117を往復動させるノズル移動機構として、ラック118とピニオン119の組合せを用いたが、ノズル移動機構はこれに限定されるものではなく、ラックとウォームとからなるノズル移動機構、リニアスライダからなる駆動機構等、シャフト117を所定のストロークで往復動できる駆動機構であればよい。
The length of the
めっき液噴射ノズル116は、図7に示すように、スリット状の複数のめっき液噴出口116cを直列に配置したものに限定されるものではなく、図8に示すように、単一の長いスリット状のめっき液噴出口116dを設けた構成でもよい。なお、図8(a)は、単一の長いスリット状のめっき液噴出口116dを有するめっき液噴射ノズル116の平面図、図8(b)は、単一の長いスリット状のめっき液噴出口116dを有するめっき液噴射ノズル116の正面図である。スリット状のめっき液噴出口116c,116dのスリット幅寸法は、例えば0.05〜1.0mmである。前述の例では、めっき液噴射ノズル116の断面形状を略矩形形状としたが、これに限定されるものではなく、直立に配列されたスリット状のめっき液噴出口、または単一のスリット状のめっき液噴出口を有し、このめっき液噴出口から帯状(平板状)のめっき液を噴射できる構成であれば、断面形状は特に限定されない。
The plating
また、流量・圧力計124により検出されためっき液の流量や圧力から各めっき液噴射ノズル116のめっき液噴出口116c,116dから噴射されるめっき液の流量や各めっき液噴射ノズル116内の圧力を算出し、噴射されるめっき液の流量とめっき液噴射ノズル116内の圧力の少なくとも一方をモニタするモニタ部(図示せず)を設けることにより、めっき液の噴射流量やめっき液噴射ノズル116内の圧力の少なくとも一方を常時監視して、めっき処理を最適の状態に維持調節するようにすることができる。
Further, the flow rate of the plating solution ejected from the plating
上記のように構成した成膜装置を使用して銅配線を形成する例を、図9を参照して説明する。
先ず、図9(a)に示すように、例えばPVD,CVDまたは湿式塗布法で、上面にSiO2等からなる絶縁膜(層間絶縁膜)200を形成し、この絶縁膜200の内部に、例えばRIE、CDE、スパッタエッチングまたは湿式エッチングでトレンチやビアホール等の凹部202を形成し、この凹部202の表面を含む絶縁膜200の上にバリア層204、このバリア層204の上に通電層としてのシード層206をそれぞれ形成した基板Wを用意する。そして、この基板Wをカセット内に収納してロード部41に搬入し、同時に、空のカセットをアンロード部42に搬入する。
An example in which the copper wiring is formed using the film forming apparatus configured as described above will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 9A, an insulating film (interlayer insulating film) 200 made of SiO 2 or the like is formed on the upper surface by, for example, PVD, CVD, or wet coating, and the insulating
この凹部202の開口部寸法、つまり直径または幅Sは、1μm以上で100μm以下であり、凹部202のアスペクト比は1以上である。本発明は、このような形状の凹部202内に金属材料を高速かつ確実に埋込むのに特に有効である。
通電層(シード層)206は、電解めっき法や無電解めっき法のようなウェットプロセスや、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法またはALD法のようなドライプロセスによって一般に形成されるが、この他に、加熱した基板上に有機金属蒸気を導いて熱分解させることで金属皮膜を形成する有機金属法で形成してもよい。
The size of the opening of the
The conductive layer (seed layer) 206 is generally formed by a wet process such as an electrolytic plating method or an electroless plating method, or a dry process such as a vacuum deposition method, a sputtering method, a CVD method, or an ALD method. Alternatively, it may be formed by an organometallic method in which a metal film is formed by introducing an organometallic vapor onto a heated substrate and thermally decomposing it.
なお、この例では、配線形成前の基板Wをロード部41に搬入し、配線形成後の基板Wをアンロード部42から搬出するようにした例を示しているが、一つのロード・アンロード部を利用し、あるカセットから基板Wを搬入して配線形成処理を行った後、配線が形成された基板Wを同一のカセットに戻すようにしてもよい。
In this example, the substrate W before wiring formation is carried into the
次に、基板Wを、第1搬送ロボット48で、ロード部41のカセットから一枚ずつ取出し、ロードステージ44を経由して、第2搬送ロボット49で電着処理ユニット46に搬送する。この電着処理ユニット46で、図9(b)に示すように、通電層206の凹部202を除く表面に、例えばポリイミド系カチオン高分子からなる高分子絶縁膜208を形成する。この高分子絶縁膜208は、この下記の電解めっきの時にマスクとしての役割を果たすもので、電着法で高分子絶縁膜208を成膜することで、凹部202の肩部まで高分子絶縁膜208で被覆することができる。
Next, the substrates W are taken out one by one from the cassette of the
つまり、下式のように、通電層(カソード)206側で水が電解して水素が発生し、通電層(カソード)206付近のpHはアルカリになる。
2H2O+2e→H2+2OH−
電着液中に分散させたポリイミドのコロイドの表面には、多数のN+が存在している。このため、このN+とOH−が下式のように中和して、ポリイミドが通電層(カソード)206の表面に沈殿して付着する。
−N++OH−→−NOH
That is, as shown in the following formula, water is electrolyzed on the conductive layer (cathode) 206 side to generate hydrogen, and the pH in the vicinity of the conductive layer (cathode) 206 becomes alkaline.
2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH −
Numerous N + are present on the surface of the polyimide colloid dispersed in the electrodeposition solution. For this reason, the N + and OH − are neutralized as in the following formula, and the polyimide is deposited on the surface of the conductive layer (cathode) 206 and adheres.
-N + + OH - → -NOH
このように、基板Wの通電層206をカソードとすると、基板側で水素ガスの発生が起こる。その際、表面を下方に向ける、いわゆるフェースダウンで基板Wを保持すると、凹部202を除く基板Wの表面で発生した水素ガスは、比較的容易に基板Wの表面から脱離するが、基板Wの凹部202内で発生した水素ガスは、表面が下方を向いているので、凹部202内から容易に脱離しない。このため、凹部202内部に気泡が溜まり、この気泡が高分子絶縁膜208の電着を阻害する。これにより、凹部202内部を除く基板Wの表面並びに凹部202の肩口のみに、次工程の電解めっきの障害となる高分子絶縁膜208をより確実に形成することができる。
As described above, when the
ここで、基板Wを回転させて電着液を攪拌しながら、通電層(シード層)206の表面に高分子絶縁膜208を成膜した時の凹部202の底部(Bottom)及び中間部(Middle)、並びに凹部以外(Top)における高分子絶縁膜208の膜厚の時間変化と、基板Wを停止させた状態で電着液を攪拌することなく、通電層206の表面に高分子絶縁膜208を成膜した時の凹部202の底部(Bottom)及び中間部(Middle)、並びに凹部以外(Top)における高分子絶縁膜208の膜厚と時間変化を調べた結果を図10に示す。
Here, while rotating the substrate W and stirring the electrodeposition liquid, the bottom (Bottom) and middle (Middle) of the
この図10から、例えば100sec以内では、電着液を攪拌しながら電着処理を行うと、時間の経過とともに、特に凹部202の底部に成膜される高分子絶縁膜208の膜厚が厚くなり、このため、電着液を攪拌することなく電着処理を行う方が、凹部202の底部に高分子絶縁膜208が成膜されるのを防止する上で好ましいことが判る。これは、凹部202の容積が減少するに伴って、凹部202の底部におけるOH濃度が増大するためであると考えられる。
From FIG. 10, for example, within 100 seconds, when the electrodeposition treatment is performed while stirring the electrodeposition solution, the film thickness of the
電着液を攪拌することなく電着処理を行うことで、拡散律速のため、凹部202の内部に比べ凹部202以外の表面及び凹部202の開口端部により膜厚の厚い高分子絶縁膜208を成膜することができる。電着液としてポリイミドの濃度が薄いものを使用することで、凹部202の内部に存在するポリイミド粒子の数を減らし、また電着処理の際して印加する電流密度を上げることで、H2ガスの発生量を増やして、凹部202内にガスが溜まりやすくできる。このため、凹部202以外の表面及び凹部202の開口端部に高分子絶縁膜208を確実に成膜するためには、電着液としてポリイミドの濃度が薄いものを使用し、更に電着処理に際して印加する電流密度を上げることが好ましい。使用する電着液の濃度としては、6%以下が望ましい。この電流密度は、例えば0.03〜0.1mA/cm2(定電流法)である。
By performing the electrodeposition process without stirring the electrodeposition liquid, the
電着処理が終了した後、基板Wを電着液から引き上げて回転させ、遠心力で基板Wの下面及び基板保持部12−1の下面に付着した電着液を振り切る。しかる後、電着液を振り切った基板を、第2搬送ロボット49で電着液洗浄ユニット45に搬送する。この電着液洗浄ユニット45では、表面を上向きにして基板Wを保持し、基板の表面(上面)に純水または有機溶剤を含む純水を供給して、基板Wの表面に残った電着液を除去する。次に、例えば90℃の乾燥した空気を基板に向けて吹き付けて、基板を乾燥させる。
After the electrodeposition process is completed, the substrate W is pulled up from the electrodeposition solution and rotated, and the electrodeposition solution adhering to the lower surface of the substrate W and the lower surface of the substrate holding part 12-1 is shaken off by centrifugal force. Thereafter, the substrate on which the electrodeposition liquid has been shaken off is transported to the electrodeposition
一般に、電着液と電解めっき液は、pHや使用している添加剤の種類などが大いに異なる。電着処理後に基板の表面に残った電着液を洗浄して基板の表面から除去することで、めっき液中に電着液が混入してしまうことを防止して、めっき液の組成等が変化することを防止することができる。 In general, the electrodeposition solution and the electroplating solution are greatly different in pH, type of additive used, and the like. The electrodeposition liquid remaining on the surface of the substrate after the electrodeposition treatment is washed and removed from the surface of the substrate, so that the electrodeposition liquid is prevented from being mixed into the plating liquid. It is possible to prevent the change.
第2搬送ロボット49は、乾燥後の基板を受け取って電解めっきユニット47に搬送する。この電解めっきユニット47では、基板Wを基板ホルダ114で鉛直方向に保持して下降させ、めっき槽111内のめっき液Q中に浸漬させる。そして、基板Wの通電層(シード層)206とアノード115との間に所定の電圧を印加しつつ、めっき液噴射ノズル116のめっき液噴出口116cからめっき液を基板Wの表面に向けて噴出することで、図9(c)に示すように、凹部202内に位置する通電層(シード層)206の表面に、銅からなる金属材料210を成膜して、凹部202内のみへの銅の埋込みを行う。そして、めっき終了後、基板Wの通電層206とアノード115との間への電圧の印加を停止し、基板Wをめっき液中から引き上げ、高速回転させてめっき液の液切りを行う。
The
このめっき時に、通電層206の凹部202を除く表面は、マスクとしての役割を果たす高分子絶縁膜208で被覆されており、このため、高分子絶縁膜208の表面に金属材料(めっき膜)210が成膜されることが抑制され、これによって、凹部202の内部にのみ金属材料210が成膜される。
At the time of this plating, the surface of the
このように、めっき液をめっき液噴射ノズル116から基板Wに向けて噴射することで、凹部202の底部まで新鮮なめっき液を供給することができる。一定の位置でめっき液を供給し続けると、凹部202の内部に消耗しためっき液が滞留し、かえってめっき速度が低下する。そのため、めっき液噴射ノズル116を移動させて、凹部202の内部に存在するめっき液の置換を促進することにより、めっき速度を高速に維持することができる。
Thus, by spraying the plating solution from the plating
成膜する金属材料によってめっき液を選択するが、電解めっきで比較的厚くめっき膜を成膜することになるので、めっき液は、できるだけ安価なものが好ましい。硫酸銅めっき液であれば広範囲で用いられておりコストも低い。このため、めっき液として、硫酸銅を含む硫酸銅めっき液を使用することが好ましい。 The plating solution is selected depending on the metal material to be formed. However, since the plating film is formed relatively thick by electrolytic plating, the plating solution is preferably as inexpensive as possible. If it is a copper sulfate plating solution, it is widely used and its cost is low. For this reason, it is preferable to use a copper sulfate plating solution containing copper sulfate as the plating solution.
第2搬送ロボット49は、電解めっきユニット47から基板Wを受け取り、ロードステージ44に搬送する。第1搬送ロボット48は、ロードステージ44から基板を受け取って洗浄・乾燥ユニット43に搬送する。そして、この洗浄・乾燥ユニット43で基板を洗浄しスピン乾燥させた後、この乾燥後の基板を第1搬送ロボット48でアンロード部42のカセットに搬入する。
The
この成膜装置は、電着処理ユニット46と電解めっきユニット47を有することにより、一連の処理を同一の装置(成膜装置)で連続して行って、生産性を高く維持することができる。更に、成膜装置に洗浄・乾燥ユニット43をも有することで、処理後の基板を乾燥状態で取出すことができ、その後の基板の保管なども容易となる。
Since this film forming apparatus includes the
図11は、本発明の他の実施の形態の全体構成を示す平面図である。この成膜装置は、全体が長方形をなす床上のスペースの一端側に第1の研磨ユニット80aと第2の研磨ユニット80bが左右に対向して配置され、他端側にそれぞれ半導体ウエハ等の基板Wを収納する基板カセット81a,81bを載置するロード・アンロード部82が配置され、このロード・アンロード部82に隣接して制御部92が設けられている。そして、研磨ユニット80a,80bとロード・アンロード部82を結ぶ線上に2台の搬送ロボット83a,83bが配置されている。
FIG. 11 is a plan view showing the overall configuration of another embodiment of the present invention. In this film forming apparatus, a
更に、搬送ラインに沿った一方側には、電着処理ユニット46、電着液洗浄ユニット45、熱処理ユニット84及び電解めっきユニット47が配置され、他方側には、膜厚検査ユニット85、洗浄・乾燥ユニット43、保護膜形成用の無電解めっきユニット88、及びロールスポンジを備えた後洗浄ユニット89が配置されている。研磨ユニット80a,80bの搬送ライン側には、基板Wを研磨ユニット80a,80bとの間で授受する上下動自在なプッシャ90,90が設けられている。
Further, an
この成膜装置にあっては、前述と同様にして、図9(b)に示すように、電着処理ユニット46で通電層206の凹部202を除く表面に高分子絶縁膜208を成膜し、電着液洗浄ユニット45で基板上に残った電着液を洗浄除去して基板Wを乾燥させる。そして、この基板Wを熱処理ユニット84に搬送して、ここで高分子絶縁膜208の熱処理(アニール処理)を行う。このように、熱処理することで、高分子絶縁膜208を連続的な膜として通電層206との密着性を高め、その後に行われる電解めっきで成膜される金属材料にムラが生じないようにすることができる。
In this film forming apparatus, in the same manner as described above, as shown in FIG. 9B, a
この熱処理後の基板Wを電解めっきユニット47に搬送し、ここで前述と同様にして、図9(c)に示すように、基板Wの凹部202内において、通電層206の表面に金属材料(めっき膜)210を成膜し、しかる後、基板Wの表面を洗浄・乾燥ユニット43で洗浄し基板を乾燥させる。
次に、基板Wを膜厚検査ユニット85に搬送し、ここで金属材料210の膜厚を測定し、必要に応じて、反転機で基板Wを反転させる。しかる後、基板Wを搬送ロボット83a、83bにより研磨ユニット80aまたは80bのプッシャ90上に移送する。
The substrate W after the heat treatment is transferred to the
Next, the substrate W is transported to the film
研磨ユニット80aまたは80bでは、基板Wの研磨面を研磨テーブルに押圧しつつ、砥液を供給して研磨を行う。そして、例えば、基板Wの仕上がりを検査するモニタで終点(エンドポイント)を検知した時に、研磨を終了し、この研磨終了した基板Wを再度プッシャ90上に戻し、一旦純水スプレーで洗浄する。次に、搬送ロボット83bにより、基板Wを後洗浄ユニット89に搬送して、例えばロールスポンジで洗浄する。これにより、図12(a)Cに示すように、絶縁膜200上の余分な金属材料210、高分子絶縁膜208、通電層206及びバリア層204を研磨除去して、絶縁膜200の内部に通電層(シード層)206と金属材料(銅)210からなる配線212を形成する。
In the
次に、この基板Wを無電解めっきユニット88に搬送し、ここで、必要に応じて、例えばPd触媒の付与や、露出表面の酸化膜の除去等の前処理を行った後、無電解めっき処理を施す。これによって、図12(b)に示すように、研磨後の露出した配線212の表面に、例えばCoWP合金膜からなる保護膜(めっき膜)214を選択的に形成して配線212を保護する。この保護膜214の膜厚は、0.5〜500nm、好ましくは1〜200nm、更に好ましくは10〜100nm程度である。そして、この保護膜214を形成した基板Wを、洗浄・乾燥ユニット43で洗浄し乾燥させた後、ロード・アンロード部82の基板カセット81aまたは81bに戻す。
上記の例では装置レイアウトの一例を示したが、本発明はこれに限られない。洗浄・乾燥ユニットの数を増やしてスループットを向上させるようにしてもよい。
Next, the substrate W is transported to an
In the above example, an example of the device layout is shown, but the present invention is not limited to this. The number of cleaning / drying units may be increased to improve the throughput.
なお、上記の例では、金属材料として、銅を使用した例を示しているが、この銅の他に、銅合金、銀または銀合金を使用するようにしてもよい。また、保護膜214として、CoWP合金膜を使用した例を示しているが、CoWP合金の他に、Co単体やCoWB合金、CoP合金またはCoB等のCo合金を使用してもよく、更に、Ni単体や、NiWP合金、NiWB合金、NiP合金またはNiB合金等のNi合金を使用してもよい。
In the above example, copper is used as the metal material, but copper alloy, silver or silver alloy may be used in addition to copper. In addition, although an example using a CoWP alloy film as the
11 電着処理ユニット本体
12 基板ホルダ
17 基板押え部材
20 電着槽
21 多孔板
22 電着液導入室
23 捕集樋
24 電着液タンク
27 カソード接点
28 アノード
40 成膜装置
41 ロード部
42 アンロード部
43 洗浄・乾燥ユニット
44 ロードステージ
45 電着液洗浄ユニット
46 電着処理ユニット
47 電解めっきユニット
80a,80b 研磨ユニット
82 ロード・アンロード部
84 熱処理ユニット
85 膜厚検査ユニット
88 無電解めっきユニット
89 後洗浄ユニット
92 制御部
111 めっき槽
113 オーバフロー槽
114 基板ホルダ
115 アノード
116 めっき液噴射ノズル
116c,116d めっき液噴出口
118 ラック
119 ピニオン
121 流量マニホールド
122 分岐管
123 フレキシブル管
124 流量・圧力計
127 めっき電源
200 絶縁膜
202 凹部(ビアホール)
204 バリア層
206 通電層(シード層)
208 高分子絶縁膜
210 金属材料
212 配線
214 保護膜
DESCRIPTION OF
204
208
Claims (15)
前記凹部の内部を除く前記通電層の表面に電着法で高分子絶縁膜を形成し、
前記高分子絶縁膜を形成した基板の表面に電解めっきを行って前記凹部内に金属材料を埋込むことを特徴とする成膜方法。 Prepare a substrate having a recess and a conductive layer formed on the surface including the inside of the recess,
Forming a polymer insulating film on the surface of the current-carrying layer excluding the inside of the recess by electrodeposition;
A film forming method comprising performing electrolytic plating on a surface of a substrate on which the polymer insulating film is formed to embed a metal material in the recess.
電着処理後の基板の表面に電解めっきを施して前記凹部内に金属材料を埋込む電解めっきユニットと、
電解めっき後の基板を洗浄し乾燥させる洗浄・乾燥ユニットを有することを特徴とする成膜装置。 An electrodeposition treatment unit for electrodepositing a polymer insulating film on the surface of the energization layer formed on the surface of the substrate including the inside of the recess, excluding the inside of the recess;
An electrolytic plating unit that performs electrolytic plating on the surface of the substrate after the electrodeposition treatment and embeds a metal material in the recess;
A film forming apparatus having a cleaning / drying unit for cleaning and drying a substrate after electrolytic plating.
内部に電着液を保持する電着槽と、
前記電着槽内に配置され、表面を下向きにして基板を水平に保持する上下動自在な基板ホルダと、
前記基板ホルダに設けられ該基板ホルダで保持した基板の前記通電層に接触して該通電層をカソードとするカソード接点と、
前記電着槽内の電着液中に浸漬させて水平に配置されるアノードを有することを特徴とする請求項10記載の成膜装置。 The electrodeposition processing unit is
An electrodeposition tank for holding an electrodeposition liquid inside;
A substrate holder that is arranged in the electrodeposition tank and that can move up and down to hold the substrate horizontally with the surface facing downward;
A cathode contact provided in the substrate holder and in contact with the current-carrying layer of the substrate held by the substrate holder and having the current-carrying layer as a cathode;
The film forming apparatus according to claim 10, further comprising an anode that is immersed horizontally in an electrodeposition solution in the electrodeposition tank and disposed horizontally.
めっき液を保持するめっき槽と、
前記めっき槽内の内部に配置された基板の表面に向けてめっき液を噴射するめっき液噴出口を有するめっき液噴射ノズルを有することを特徴とする請求項10または11記載の成膜装置。 The electrolytic plating unit is
A plating tank for holding a plating solution;
12. The film forming apparatus according to claim 10, further comprising a plating solution injection nozzle having a plating solution outlet for injecting a plating solution toward the surface of the substrate disposed inside the plating tank.
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