JP2013213263A - めっき処理装置、めっき処理方法および記憶媒体 - Google Patents

めっき処理装置、めっき処理方法および記憶媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】バリア膜上に万遍なくシード膜を形成することができるめっき処理装置を提供する。
【解決手段】めっき処理装置２０は、基板２に向けて洗浄液を吐出する洗浄液吐出機構４４と、基板に向けてリンス液を吐出するリンス液吐出機構４５と、基板に向けてめっき液を吐出するめっき液吐出機構３０と、を備えている。リンス液吐出機構４５には、リンス液吐出機構４５にリンス液を供給するリンス液供給機構７４が接続されている。このリンス液供給機構７４は、脱酸素処理されたリンス液をリンス液吐出機構４５に供給することができるよう構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁層に形成された凹部であって、その内面に銅を含むめっき液とめっきが可能でかつ銅に対してバリア性を持つ金属膜が設けられている、凹部に対して、めっき処理を行うめっき処理装置、めっき処理方法および記憶媒体に関する。
一般に、半導体装置を形成するための半導体ウエハや液晶基板などの基板には、回路を形成するための配線が形成されている。配線の形成方法としては、銅などの配線材料を埋め込むためのビアやトレンチなどの凹部を基板の絶縁層に形成し、それらの凹部の中に配線材料を埋め込むダマシン法などが用いられている。
絶縁層の凹部の内面と、凹部に形成される配線との間には一般に、配線材料を構成する原子が絶縁層内に拡散することを防ぐことや、密着性を向上させることを目的としてバリア膜が設けられている。バリア膜としては、Ｔａ膜やＴａＮ膜などのタンタルを含むバリア膜や、Ｔｉ膜やＴｉＮ膜などチタンを含むバリア膜が知られている。またバリア膜と配線との間には一般に、配線材料の埋め込みを容易にするためのシード膜が設けられている。
例えば特許文献１において、ルテニウムを含むバリア膜をスパッタリングによって凹部の内面に形成し、次に、ルテニウムおよび銅を含むシード膜をスパッタリングによってバリア膜上に形成し、その後、銅をめっき処理によって凹部内に埋め込む方法が提案されている。
特開２０１０−１７７５３８号公報
近年、配線の更なる微細化への要求のため、配線材料を埋め込むための凹部の径が小さくなっており、このため、凹部のアスペクト比が従来に比べて大きくなっている。また配線の微細化に伴い、配線構造の複雑化も進んでいる。例えば、凹部内に形成される配線において、凹部の深さ方向の位置によって配線の幅が異なるものなどが用いられるようになっている。例えば、上部での幅の方が下部での幅よりも狭い配線などが用いられている。
ところで、シード膜を形成するために一般に用いられているスパッタリング法は、大きな指向性を有する方法である。このため、凹部のアスペクト比が大きい場合や、凹部の構造が複雑になっている場合には、凹部の下部にまで十分にシード膜を形成することが困難である。
本発明は、このような課題を効果的に解決し得るめっき処理装置、めっき処理方法および記憶媒体を提供することを目的とする。
本発明は、絶縁層に形成された凹部であって、その内面に銅を含むめっき液とめっきが可能でかつ銅に対してバリア性を持つ金属膜が設けられている、凹部に対して、めっき処理を行うめっき処理装置において、前記凹部が形成された前記絶縁層を含む基板に向けて洗浄液を吐出する洗浄液吐出機構と、前記基板に向けてリンス液を吐出するリンス液吐出機構と、前記リンス液吐出機構にリンス液を供給するリンス液供給機構と、前記基板に向けてめっき液を吐出するめっき液吐出機構と、を備え、前記リンス液供給機構は、脱酸素処理されたリンス液を前記リンス液吐出機構に供給することができるよう構成されていることを特徴とするめっき処理装置である。
本発明は、絶縁層に形成された凹部であって、その内面に銅を含むめっき液とめっきが可能でかつ銅に対してバリア性を持つ金属膜が設けられている、凹部に対して、めっき処理を行うめっき処理方法において、前記凹部が形成された前記絶縁層を含む基板を準備する工程と、前記基板に向けて洗浄液を吐出する洗浄液吐出工程と、前記洗浄液吐出工程の後、前記基板に向けてリンス液を吐出するリンス液吐出工程と、前記リンス液吐出工程の後、前記基板に向けてめっき液を吐出するめっき液吐出工程と、を備え、前記リンス液吐出工程において、脱酸素処理されたリンス液が前記基板に向けて吐出されることを特徴とするめっき処理方法である。
本発明は、絶縁層に形成された凹部であって、その内面に銅を含むめっき液とめっきが可能でかつ銅に対してバリア性を持つ金属膜が設けられている、凹部に対して、めっき処理を行うめっき処理装置にめっき処理方法を実行させるためのコンピュータプログラムを格納した記憶媒体において、前記めっき処理方法は、前記凹部が形成された前記絶縁層を含む基板を準備する工程と、前記基板に向けて洗浄液を吐出する洗浄液吐出工程と、前記洗浄液吐出工程の後、前記基板に向けてリンス液を吐出するリンス液吐出工程と、前記リンス液吐出工程の後、前記基板に向けてめっき液を吐出するめっき液吐出工程と、を備え、前記リンス液吐出工程において、脱酸素処理されたリンス液が前記基板に向けて吐出される、方法からなっていることを特徴とする記憶媒体である。
本発明によれば、銅を含むめっき液とめっきが可能でかつ銅に対してバリア性を持つ金属膜が設けられている凹部に対してめっき液を吐出することにより、バリア膜上にシード膜または配線を形成する。このため、スパッタリングによってバリア膜上にシード膜を形成する場合に比べて、凹部の下部にまで十分にシード膜または配線を形成することができる。また本発明によれば、銅を含むめっき液とめっきが可能でかつ銅に対してバリア性を持つ金属膜に向けて、脱酸素処理されたリンス液が吐出される。このため、リンス液吐出工程の間にバリア膜が酸化してしまうことを抑制することができ、このことにより、高い品質を有する配線パターンを得ることができる。
図１は、本発明の一実施の形態によるめっき処理装置を示す側面図。 図２（ａ）（ｂ）は、図１に示すめっき処理装置の平面図。 図３は、本発明の一実施の形態によるめっき液供給機構を示す図。 図４は、本発明の一実施の形態による洗浄液供給機構およびリンス液供給機構を示す図。 図５Ａは、凹部が形成された絶縁層を含む基板を準備する工程を示す図。 図５Ｂは、バリア膜を形成する工程を示す図。 図５Ｃは、バリア膜を洗浄する工程を示す図。 図５Ｄは、シード膜を形成する工程を示す図。 図５Ｅは、凹部内に配線材料を埋め込む工程を示す図。 図５Ｆは、絶縁層の上面よりも上方に位置する配線材料を除去する工程を示す図。 図６Ａは、基板に向けて洗浄液を吐出する洗浄液吐出工程を示す図。 図６Ｂ（ａ）（ｂ）は、基板に向けてリンス液を吐出するリンス液吐出工程を示す図。 図６Ｃは、基板に向けてめっき液を吐出するめっき液吐出工程を示す図。 図７は、めっき処理装置の変形例を示す側面図。
以下、図１乃至図６Ｃを参照して、本発明の一実施の形態について説明する。まず図１および図２を参照して、めっき処理装置２０の全体構成について説明する。図１は、めっき処理装置２０を示す側面図であり、図２は、めっき処理装置２０を示す平面図である。
めっき処理装置
めっき処理装置２０は、図１に示すように、ケーシング１０１の内部で基板２を保持して回転させる基板保持機構１１０と、基板保持機構１１０に保持された基板２に向けてめっき液を吐出するめっき液吐出機構３０と、めっき液吐出機構３０に接続され、めっき液吐出機構３０にめっき液を供給するめっき液供給機構７１と、を備えている。まためっき処理装置２０は、基板２に向けて洗浄液を吐出する洗浄液吐出機構４４と、基板２に向けてリンス液を吐出するリンス液吐出機構４５と、基板２の周囲に不活性ガスを供給する不活性ガス吐出機構４６と、を備えている。このうち洗浄液吐出機構４４には、洗浄液吐出機構４４に洗浄液を供給する洗浄液供給機構７３が接続されている。またリンス液吐出機構４５には、リンス液吐出機構４５にリンス液を供給する洗浄液供給機構７４が接続されており、不活性ガス吐出機構４６には、不活性ガス吐出機構４６に不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構７５が接続されている。また本実施の形態において、不活性ガス吐出機構４６は、基板２に向けて不活性ガスを吐出し、これによって基板２の周囲雰囲気を不活性ガスへ置換するよう構成されている。
ケーシング１０１内には、ＦＦＵ（ファンフィルタユニット）５１からＮ２ガス（窒素ガス）やクリーンエア等のガスが供給される気体導入部５０が設けられている。気体導入部５０内のガスは、整流板５２を介してダウンフローで基板２に向けて送られる。
基板保持機構１１０の周囲には、基板２から飛散しためっき液、洗浄液やリンス液などの液体を受ける第１開口部１２１および第２開口部１２６を有する排液カップ１２０と、気体を引き込む開口部１０６を有する排気カップ１０５と、が配置されている。排液カップ１２０の第１開口部１２１および第２開口部１２６によって受けられた液体は、第１排液機構１２２および第２排液機構１２７によって排出される。排気カップ１０５の開口部１０６に引き込まれた気体は、排気機構１０７によって排出される。また、排液カップ１２０は昇降機構１６４に連結されており、この昇降機構１６４は、排液カップ１２０を上下に移動させることができる。このため、基板２から飛散した液の種類に応じて排液カップ１２０を上下させることにより、液が排出される経路を液の種類の応じて異ならせることができる。
（基板保持機構）
基板保持機構１１０は、図２に示すように、ケーシング１０１内で上下に伸延する中空円筒状の回転軸部材１１１と、回転軸部材１１１の上端部に取り付けられたターンテーブル１１２と、ターンテーブル１１２の上面外周部に設けられ、基板２を支持するウエハチャック１１３と、回転軸部材１１１に連結され、回転軸部材１１１を回転駆動する回転機構１６２と、を有している。
このうち回転機構１６２は、制御機構１６０により制御され、回転軸部材１１１を回転駆動させ、これによって、ウエハチャック１１３により支持されている基板２が回転される。この場合、制御機構１６０は、回転機構１６２を制御することにより、回転軸部材１１１およびウエハチャック１１３を回転させ、あるいは停止させることができる。また、制御機構１６０は、回転軸部材１１１およびウエハチャック１１３の回転数を上昇させ、下降させ、あるいは一定値に維持させるように制御することが可能である。
（めっき液吐出機構）
次にめっき液吐出機構３０について説明する。めっき液吐出機構３０は、基板２に向けてめっき液を吐出する吐出ノズル３４と、吐出ノズル３４が設けられた吐出ヘッド３３と、を有している。吐出ヘッド３３内には、めっき液供給機構７１から供給されためっき液を吐出ノズル３４に導くための配管や、めっき液を保温するための熱媒を循環させるための配管などが収納されている。
吐出ヘッド３３は、上下方向および水平方向に移動可能となるよう構成されている。例えば吐出ヘッド３３は、アーム３２の先端部に取り付けられており、このアーム３２は、上下方向に延伸可能であるとともに回転機構１６５により回転駆動される支持軸３１に固定されている。このような駆動機構１６５および支持軸３１を用いることにより、図２（ａ）に示すように、吐出ヘッド３３を、基板２に向けてめっき液を吐出する際に位置する吐出位置と、めっき液を吐出しない際に位置する待機位置との間で移動させることができる。
吐出ヘッド３３は、図１に示すように、基板２の中心部から基板２の周縁部までの長さ、すなわち基板２の半径の長さに対応するよう延びていてもよい。この場合、吐出ヘッド３３には、めっき液を吐出する吐出ノズル３４が複数設けられていてもよい。この場合、めっき液を吐出する際に複数の吐出ノズル３４が基板２の半径方向に沿って並ぶよう吐出ヘッド３３を位置づけることにより、基板２の広域にわたって同時にめっき液を供給することができる。
（めっき液供給機構）
次にめっき液吐出機構３０にめっき液を供給するめっき液供給機構７１について、図３を参照して説明する。
図３に示すように、めっき液供給機構７１は、めっき液７１ｃを貯留するタンク７１ｂと、タンク７１ｂのめっき液７１ｃをめっき液吐出機構３０へ供給する供給管７１ａと、を有している。供給管７１ａには、めっき液７１ｃの流量を調整するためのバルブ７１ｄおよびポンプ７１ｅが取り付けられている。まためっき液供給機構７１は、めっき液７１ｃ中の溶存酸素を除去する脱気手段７１ｆをさらに有していてもよい。脱気手段７１ｆは、図３に示すように、タンク７１ｂに貯留されているめっき液７１ｃに窒素などの不活性ガスを送り込むガス供給管として構成されていてもよい。これによって、不活性ガスをめっき液７１ｃ中に溶解させることができ、このことにより、めっき液７１ｃ中に既に溶存していた酸素を外部に排出することができる。
（洗浄液吐出機構）
次に洗浄液吐出機構４４について説明する。洗浄液吐出機構４４は、基板２に向けて洗浄液を吐出する吐出ノズル４４ａと、吐出ノズル４４ａが設けられた吐出ヘッド４３と、を有している。吐出ヘッド４３は、上下方向および水平方向に移動可能となるよう構成されている。例えばめっき液吐出機構３０の吐出ヘッド３３の場合と同様に、洗浄液吐出機構４４の吐出ヘッド４３は、アーム４２の先端部に取り付けられており、このアーム４２は、上下方向に延伸可能であるとともに回転機構１６６により回転駆動される支持軸４１に固定されている。この場合、図２（ｂ）に示すように、吐出ヘッド４３は、基板２の中心部に対応する位置と基板２の周縁部に対応する位置との間で支持軸４１を軸として水平方向に移動可能となっている。
（リンス液吐出機構）
図１に示すように、リンス液吐出機構４５は、吐出ヘッド４３に設けられ、基板２に向けてリンス液を吐出する吐出ノズル４５ａを有している。このように本実施の形態において、リンス液吐出機構４５は、洗浄液吐出機構４４との間で吐出ヘッド４３，アーム４２および支持軸４１などを共用するよう構成されている。
（不活性ガス吐出機構）
また図１に示すように、不活性ガス吐出機構４６は、吐出ヘッド４３に設けられ、基板２に向けて不活性ガスを吐出する吐出ノズル４６ａを有している。リンス液吐出機構４５の場合と同様に、不活性ガス吐出機構４６は、洗浄液吐出機構４４との間で吐出ヘッド４３，アーム４２および支持軸４１などを共用するよう構成されている。
（供給機構）
次に図４を参照して、各吐出機構４４，４５，４６に洗浄液、リンス液および不活性ガスをそれぞれ供給する供給機構７３，７４，７５について説明する。はじめに洗浄液供給機構７３について説明する。
図４に示すように、洗浄液供給機構７３は、洗浄液７３ｃを貯留するタンク７３ｂと、タンク７３ｂの洗浄液７３ｃを洗浄液吐出機構４４へ供給する供給管７３ａと、を有している。供給管７３ａには、洗浄液７３ｃの流量を調整するためのバルブ７３ｄおよびポンプ７３ｅが取り付けられている。また洗浄液供給機構７３は、洗浄液７３ｃ中の溶存酸素を除去する脱気手段７３ｆをさらに有していてもよい。脱気手段７３ｆは、図４に示すように、タンク７３ｂに貯留されている洗浄液７３ｃに窒素などの不活性ガスを送り込むガス供給管として構成されていてもよい。これによって、不活性ガスを洗浄液７３ｃ中に溶解させることができ、このことにより、洗浄液７３ｃ中に既に溶存していた酸素を外部に排出することができる。
また図４に示すように、リンス液供給機構７４は、リンス液７４ｃを貯留するタンク７４ｂと、タンク７４ｂのリンス液７４ｃをリンス液吐出機構４５へ供給する供給管７４ａと、を有している。供給管７４ａには、リンス液７４ｃの流量を調整するためのバルブ７４ｄおよびポンプ７４ｅが取り付けられている。またリンス液供給機構７４は、リンス液７４ｃ中の溶存酸素を除去する脱気手段７４ｆをさらに有している。脱気手段７４ｆは、図４に示すように、タンク７４ｂに貯留されているリンス液７４ｃに窒素などの不活性ガスを送り込むガス供給管として構成されていてもよい。これによって、不活性ガスをリンス液７４ｃ中に溶解させることができ、このことにより、リンス液７４ｃ中に既に溶存していた酸素を外部に排出することができる。
また図４に示すように、不活性ガス供給機構７５は、窒素などの不活性ガスを不活性ガス吐出機構４６へ供給する供給管７５ａを有している。供給管７５ａには、不活性ガスの流量を調整するためのバルブ７５ｄが取り付けられている。
以上のように構成されるめっき処理装置２０は、制御機構１６０に設けた記憶媒体１６１に記録された各種のプログラムに従って制御機構１６０により駆動制御され、これにより基板２に対する様々な処理が行われる。ここで、記憶媒体１６１は、各種の設定データや後述するめっき処理プログラム等の各種のプログラムを格納している。記憶媒体１６１としては、コンピューターで読み取り可能なＲＯＭやＲＡＭなどのメモリーや、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭやフレキシブルディスクなどのディスク状記憶媒体などの公知のものが使用され得る。
配線形成方法
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用および効果について説明する。ここでは、予め設けられている第１配線層上に第２配線層を形成する、配線形成方法について説明する。具体的には、まず、内面にバリア膜が設けられた凹部を第１配線層上に形成する方法について説明する。次に、上述のめっき処理装置２０を用いた無電解めっき法によって、バリア膜上にシード膜を形成するめっき処理方法について説明する。その後、無電解めっき法によって凹部内に配線材料を埋め込むめっき処理方法について説明する。
はじめに、所定のパターンで形成された第１配線層１０Ａが設けられた基板２を準備する。次に、第１配線層１０Ａ上に絶縁層１１を設ける。絶縁層１１を構成する材料は、半導体装置に求められる特性に応じて適宜選択されるが、例えば、ＳｉＯ２に炭化水素をドープしたＳｉＯＣＨ系の材料など、低い誘電率を有する材料が用いられる。
その後、図５Ａに示すように、配線材料を埋め込むための凹部１２を絶縁層１１に形成する。凹部１２を絶縁層１１に形成する方法としては、例えば、はじめに絶縁層１１上にメタルハードマスク層（図示せず）を所定のパターンで形成し、その後、メタルハードマスク層をマスクとして絶縁層１１をエッチングする方法を用いることができる。なお図５Ａに示すように、絶縁層１１に形成される凹部１２は、絶縁層１１を貫通しないよう構成された溝であってもよく、若しくは、絶縁層１１を貫通して第１配線層１０Ａに到達するよう構成されたビアであってもよい。
なお図示はしないが、第１配線層１０Ａと、その上に形成される第２配線層１０Ｂの絶縁層１１との間に、第１配線層１０Ａの配線１５を構成する銅が第２配線層１０Ｂの絶縁層１１に拡散することを防ぐためのシールド層が設けられていてもよい。シールド層は、例えばＳｉＣ系の材料から構成される。
次に図５Ｂに示すように、凹部１２の内面１２ａにバリア膜１３を設ける。バリア膜１３を構成する材料としては、銅を含むめっき液とめっきが可能で、かつ銅に対してバリア性を持つ金属材料が用いられる。ここで「銅を含むめっき液とめっきが可能」とは、バリア膜１３が、銅を含むめっき液との間でめっき反応を進行させ、これによってバリア膜１３上に銅を含む膜を形成することができるよう構成されていることを意味している。例えばめっき反応が置換めっき反応である場合、バリア膜１３を構成する材料としては、銅よりも貴な金属が用いられ、例えばタンタルを含む材料が用いられる。例えばバリア膜１３は、Ｔａ膜やＴａＮ膜から構成されている。このようにタンタルを含む材料によってバリア膜１３を構成することにより、バリア膜１３上にシード膜１４を形成する際、銅からなるシード膜１４を置換めっきによってバリア膜１３上に形成することが可能となる。
凹部１２の内面１２ａにバリア膜１３を設ける方法が特に限られることはなく、公知の方法が用いられる。例えばスパッタリング法などの物理蒸着法を用いることができる。このようにして、内面１２ａにタンタルを含むバリア膜１３が設けられている凹部１２が形成された絶縁層１１を含む基板２を準備することができる。
（シード膜形成工程）
次に、めっき処理装置２０を用いて基板２に対して無電解めっき処理を行い、これによってバリア膜１３上にシード膜１４を形成するめっき処理方法について説明する。めっき処理装置２０は、記憶媒体１６１に記録されためっき処理プログラムに従って、基板２にめっき処理を施すよう駆動制御される。
ところで、タンタルを含むバリア膜１３が大気などの酸素を含む雰囲気に曝されると、図５Ｂに示すように、バリア膜１３の表面が酸化されて酸化膜１３ａが形成されることが知られている（例えば特許第３７１５９７５号公報参照）。従って、めっき処理装置２０は、以下に説明するように、はじめに酸化膜１３ａを除去し、その後にバリア膜１３上にシード膜１４を形成するよう駆動制御される。
［準備工程］
めっき処理装置２０においては、はじめに、排液カップ１２０を所定位置まで降下させ、その後、めっき処理装置２０内に基板２を搬入する。次に、搬入された基板２を基板保持機構１１０のウエハチャック１１３によって保持する。
［洗浄液吐出工程］
その後、図６Ａに示すように、基板２に向けて洗浄液吐出機構４４から洗浄液７３ｃを吐出する洗浄液吐出工程を実施する。はじめに、洗浄液吐出機構４４の吐出ヘッド４３を基板２の中心部に対応する位置まで移動させ、次に、基板２の中心部に向けて洗浄液吐出機構４４の吐出ノズル４４ａから洗浄液７３ｃを吐出させる。また、基板保持機構１１０によって基板２を所定の回転数で回転させる。これによって、図６Ａにおいて矢印ａで示すように、基板２の中心部に供給された洗浄液７３ｃを、基板２の回転に起因する遠心力によって基板２の周縁部に向けて流れさせることができる。このことにより、基板２の表面の全域に洗浄液７３ｃを行き渡らせることができる。
洗浄液７３ｃとしては、酸化膜１３ａを溶解させることができる薬液が用いられ、例えば希フッ酸（ＤＨＦ）が用いられる。例えば、フッ酸（ＨＦ）とＤＩＷとの比率が１：９であるＤＨＦを用いることができる。これによって、図５Ｃに示すように、バリア膜１３の表面に形成された酸化膜１３ａを除去することができる。本工程を実施する時間や温度などの条件は、基板２の寸法などに応じて適宜設定されるが、例えば、室温で約５分間の洗浄液吐出工程が実施される。
好ましくは、洗浄液供給機構７３の上述の脱気手段７３ｆによって脱酸素処理された希フッ酸などの洗浄液７３ｃが、洗浄液吐出機構４４に供給されて吐出ノズル４４ａから基板２に向けて吐出される。このため、このような脱酸素処理が施されていない洗浄液が用いられる場合に比べて、洗浄液７３ｃに含まれる酸素の濃度を低くすることができ、これによって、バリア膜１３の表面が再び酸化されてしまうことを抑制することができる。脱気手段７３ｆによる脱酸素処理の程度は特には限定されないが、例えば、基板２に向けて吐出される洗浄液７３ｃにおける酸素濃度が１ｐｐｍ以下（好ましくは０．５ｐｐｍ以下）となるよう、脱酸素処理が実施される。
また好ましくは、基板保持機構１１０は、図６Ａに示すように、洗浄液吐出機構４４から吐出された洗浄液７３ｃによって基板２の表面が覆われるよう、基板２の回転数を低回転数に設定する。例えば基板２の直径が３００ｍｍである場合、基板２の回転数を１〜５００ｒｐｍの範囲内、例えば１００ｒｐｍに設定する。これによって、基板２上に存在している洗浄液７３ｃの厚みを大きくすることができ、このことにより、洗浄液吐出工程の際に基板２の表面が周囲雰囲気に曝されることを防ぐことができる。また、基板２上に存在している洗浄液７３ｃの表面状態が乱れ、これによって洗浄液７３ｃと周囲雰囲気との間の接触面積が増大し、この結果、周囲雰囲気中の酸素が洗浄液７３ｃ中に溶解してしまうことを抑制することができる。これらのことにより、バリア膜１３の表面が再び酸化されてしまうことを抑制することができる。
また好ましくは、洗浄液吐出機構４４が基板２に向けて洗浄液７３ｃを吐出するとき、不活性ガス吐出機構４６は、基板２に向けて不活性ガスを吐出するよう制御される。これによって、基板２の周囲雰囲気を不活性ガスによって置換することができる。すなわち、基板２の周囲雰囲気中の酸素濃度を低くすることができる。このことにより、バリア膜１３の表面が再び酸化されてしまうことをさらに抑制することができる。
［リンス液吐出工程］
次に、図６Ｂ（ａ）（ｂ）に示すように、基板２に向けてリンス液吐出機構４５からリンス液７４ｃを吐出するリンス液吐出工程を実施する。はじめに図６Ｂ（ａ）に示すように、吐出ヘッド４３を基板２の中心部に対応する位置まで移動させ、次に、基板２の中心部に向けてリンス液吐出機構４５の吐出ノズル４５ａからリンス液７４ｃを吐出させる。この際、基板２上に存在している洗浄液７３ｃが振り切られて基板２の表面が露出されるよりも前に、吐出ノズル４５ａからのリンス液７４ｃの吐出が開始されるよう、リンス液吐出機構４５が制御される。また、基板保持機構１１０によって基板２を所定の回転数で回転させる。この際、好ましくは図６Ｂ（ｂ）において矢印ｂで示すように、吐出ノズル４５ａが設けられた吐出ヘッド４３は、基板２の中心部から基板２の周縁部に向けて水平方向に移動される。このため、基板２の回転に起因する遠心力によってのみリンス液７４ｃが基板２の周縁部に到達する場合に比べて、基板２上の洗浄液７３ｃを迅速にリンス液７４ｃに置換することができる。またリンス液７４ｃを吐出しながら吐出ヘッド４３を移動させることにより、吐出ノズル４５ａから吐出されたリンス液７４ｃを基板２の各凹部１２に直接到達させることができる。これによって、凹部１２の下部においても十分に洗浄液７３ｃをリンス液７４ｃに置換することができる。
リンス液７４ｃとしては、バリア膜１３の表面を再び酸化させることなく洗浄液７３ｃを洗い流すことができる液が用いられ、例えばＤＩＷや超純水などが用いられる。またリンス液吐出機構４５には、リンス液供給機構７４の脱気手段７４ｆによって脱酸素処理されたリンス液７４ｃが供給される。このため、このような脱酸素処理が施されていないリンス液が用いられる場合に比べて、リンス液７４ｃに含まれる酸素の濃度を低くすることができ、これによって、バリア膜１３の表面が再び酸化されてしまうことを抑制することができる。脱気手段７４ｆによる脱酸素処理の程度は特には限定されないが、例えば、基板２に向けて吐出されるリンス液７４ｃにおける酸素濃度が１ｐｐｍ以下（好ましくは０．５ｐｐｍ以下）となるよう、脱酸素処理が実施される。
本工程を実施する時間や温度などの条件は、基板２の寸法などに応じて適宜設定されるが、例えば、室温で約１０秒間のリンス液吐出工程が実施される。このように時間を短く設定することにより、バリア膜１３が再び酸化されてしまうことを抑制することができる。
好ましくは、上述の洗浄液吐出工程の場合と同様に、リンス液吐出機構４５が基板２に向けてリンス液７４ｃを吐出するとき、不活性ガス吐出機構４６は、基板２に向けて不活性ガスを吐出するよう制御される。これによって、基板２の周囲雰囲気を不活性ガスによって置換することができ、このことにより、バリア膜１３の表面が再び酸化されてしまうことをさらに抑制することができる。
なお本工程においても、上述の洗浄液吐出工程の場合と同様に、基板２の回転数が、リンス液７４ｃによって基板２の表面が覆われる程度の低回転数に設定されてもよい。
［めっき液吐出工程］
次に、図６Ｃに示すように、基板２に向けてめっき液吐出機構３０からめっき液７１ｃを吐出するめっき液吐出工程を実施する。はじめに図６Ｃに示すように、複数の吐出ノズル３４が基板２の半径方向に沿って並ぶよう吐出ヘッド３３を移動させ、次に、基板２に向けて各吐出ノズル３４からめっき液７１ｃを吐出させる。これによって、基板２の広域にわたって同時にめっき液７１ｃを供給することができ、このことにより、基板２上のリンス液７４ｃを迅速にめっき液７１ｃに置換することができる。また、各凹部１２の下部にまで十分にめっき液７１ｃを行き渡らせることができる。この際、基板２上に存在しているリンス液７４ｃが振り切られて基板２の表面が露出するよりも前に、吐出ノズル３４からのめっき液７１ｃの吐出が開始されるよう、めっき液吐出機構３０が制御される。
めっき液７１ｃとしては、好ましくは、銅を含むめっき液など、置換めっきによってバリア膜１３上にシード膜１４を形成することができるめっき液が用いられる。これによって、図５Ｄに示すように、凹部１２の下部にまで十分にシード膜１４を形成することができる。また上述のように、洗浄液吐出工程やリンス液吐出工程において、バリア膜１３の表面が再び酸化されてしまうことが抑制されている。従って、置換めっきが酸化膜によって阻害されることが防がれており、このことにより、バリア膜１３上に万遍なくシード膜１４を形成することができる。
好ましくは、めっき液供給機構７１の上述の脱気手段７１ｆによって脱酸素処理されためっき液７１ｃが、めっき液吐出機構３０に供給されて各吐出ノズル３４から基板２に向けて吐出される。このため、このような脱酸素処理が施されていないめっき液が用いられる場合に比べて、めっき液７１ｃに含まれる酸素の濃度を低くすることができ、これによって、バリア膜１３の表面が再び酸化されてしまうことを抑制することができる。脱気手段７１ｆによる脱酸素処理の程度は特には限定されないが、例えば、基板２に向けて吐出されるめっき液７１ｃにおける酸素濃度が１ｐｐｍ以下（好ましくは０．５ｐｐｍ以下）となるよう、脱酸素処理が実施される。
また好ましくは、めっき液吐出機構３０が基板２に向けてめっき液７１ｃの吐出を開始してから、基板２上のリンス液７４ｃがめっき液７１ｃに置換されるまでの間、不活性ガス吐出機構４６は、基板２に向けて不活性ガスを吐出するよう制御される。これによって、基板２の表面がめっき液７１ｃによって覆われるまでの間にバリア膜１３の表面が再び酸化されてしまうことをさらに抑制することができる。
なお、基板２の表面がめっき液７１ｃによって覆われた後は、基板２に向けた不活性ガス吐出機構４６からの不活性ガスの吐出を停止してもよい。これによって、基板２の周囲における気体の流れを小さくすることができる。このことにより、基板２や基板２上のめっき液７１ｃに蓄積されている熱が外方に逃げてしまうことを抑制することができる。このため、基板２に向けて吐出されためっき液７１ｃの温度が低下することを抑制することができ、これによって、シード膜１４の生成を促進することができる。また、不活性ガスの使用量を削減することができ、このことにより、めっき処理に要するコストを低減することができる。
［後工程］
その後、基板２に向けて後洗浄液を吐出する後洗浄液吐出工程、基板２に向けてリンス液を吐出するリンス液吐出工程、基板２に向けてＩＰＡを吐出するＩＰＡ吐出工程、および、基板２に向けてドライエアを吐出するエア吐出工程などの後工程を実施する。その後、シード膜１４が形成された基板２をめっき処理装置２０から搬出する。これらの工程の際、不活性ガスやクリーンエアなどが基板２に向けて送られていてもよい。
（配線材料埋め込み工程）
次に、基板２に対して無電解めっき処理を行い、これによって凹部１２内に配線材料を埋め込むめっき処理方法について説明する。
［めっき液供給工程］
はじめに、無電解めっき処理を実施するための装置内に基板２を搬入する。装置としては、例えば、上述のめっき処理装置２０と同様のめっき処理装置が用いられる。
次に、必要に応じて基板２の洗浄工程やリンス処理工程を行い、その後、基板２の凹部１２内にめっき液を供給する。めっき液としては、配線材料を構成するための銅などの導電材料、および、所定の還元剤などを含むめっき液が用いられる。これによって、図５Ｅに示すように、凹部１２内に配線材料１５ａを埋め込むことができる。
なお本工程においては、凹部１２内だけでなく絶縁層１１の上面にも配線材料１５ａが設けられる。ここで本工程においては、めっき処理方法として無電解めっき法が用いられている。このため、電解めっき法が用いられる場合に比べて、絶縁層１１の上面に形成される配線材料１５ａの厚みを小さくすることができる。
［化学機械研磨工程］
その後、化学機械研磨によって、絶縁層１１の上面に設けられている配線材料１５ａを除去する。このようにして、図５Ｆに示すように、凹部１２内に設けられた配線１５を備えた第２配線層１０Ｂを第１配線層１０Ａ上に形成することができる。
ところで上述のように、無電解めっき法を用いて凹部１２内に配線材料１５ａを埋め込んでいるため、絶縁層１１の上面に設けられる形成される配線材料１５ａの厚みは小さくなっている。このため、電解めっき法が用いられる場合に比べて、化学機械研磨工程に要する時間を短くすることができる。また、除去されて無駄になる配線材料１５ａの量を削減することができる。
このように本実施の形態によれば、無電解めっき法を用いて、凹部１２の内面に設けられているバリア膜１３上にシード膜１４を形成する。またバリア膜１３は、銅を含むめっき液とめっきが可能でかつ銅に対してバリア性を持つ金属、例えば、タンタルを含んでおり、このため、置換めっきによってバリア膜１３上にシード膜１４を形成することができる。このことにより、スパッタリングによってバリア膜１３上にシード膜１４を形成する場合に比べて、凹部１２の下部にまで十分にシード膜１４を形成することができる。
また本実施の形態によれば、リンス液吐出工程において、脱酸素処理されたリンス液７４ｃがバリア膜１３に向けて吐出される。このため、リンス液吐出工程の間にバリア膜１３が酸化してしまうことを抑制することができる。また、上述の洗浄液吐出工程、リンス液吐出工程およびめっき液吐出工程がいずれも、同一のめっき処理装置２０内において実施される。このため、基板２上に存在する洗浄液７３ｃが振り切られて基板２の表面が露出するよりも前に、基板２に向けたリンス液７４ｃの吐出を開始することができる。また、基板２上に存在するリンス液７４ｃが振り切られて基板２の表面が露出するよりも前に、基板２に向けためっき液７１ｃの吐出を開始することができる。このことにより酸化膜１３ａが除去された後のバリア膜１３の表面を再び酸化させることなく、バリア膜１３上に万遍なくシード膜１４を形成することができる。
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。
めっき処理装置の変形例
図７に示すように、めっき処理装置２０は、基板２の上方に配置されたトッププレート２１をさらに備えていてもよい。トッププレート２１は、上下方向に移動可能となるよう構成されている。例えば図７に示すように、トッププレート２１は支持部２５の一端に取り付けられており、この支持部２５の他端は可動部２４に取り付けられている。可動部２４は、上下方向に延びる支持軸２３に沿って、駆動機構１６７によって動かされるよう構成されている。このような駆動機構１６７，支持軸２３，可動部２４および支持部２５を用いることにより、状況に応じて基板２とトッププレート２１との間の距離を変化させることができる。
またトッププレート２１には、図７に示すように、基板２に向けて洗浄液、リンス液、めっき液または不活性ガスなどを吐出する吐出口２６が形成されていてもよい。ここでは、吐出口２６が、基板２に向けて不活性ガスを吐出するよう構成されている例について説明する。図７に示すように、吐出口２６には、吐出口２６に不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構７６が接続されている。
このようなトッププレート２１を用いることにより、基板２の周囲雰囲気がめっき処理装置２０の内部に拡散されることを防ぐことができる。このため、基板２の周囲雰囲気に含まれる様々な物質がめっき処理装置２０の構成要素に付着し、これによってパーティクルが発生してしまうことを防ぐことができる。
また、めっき処理装置２０において実施される上述の洗浄液吐出工程、リンス液吐出工程またはめっき液吐出工程などにおいても、トッププレート２１を利用することにより、以下のような利点を得ることができる。
例えば洗浄液吐出工程またはリンス液吐出工程の際、トッププレート２１を用いて基板２を上方から覆ってもよい。この場合、トッププレート２１によって、基板２の周囲の気体を狭い空間内に閉じ込めることができる。従って、基板２に向けて不活性ガスを吐出する際、基板２の周囲雰囲気を効率的に不活性ガスによって置換することができる。この場合、吐出ヘッド４３に設けられた吐出ノズル４６ａを用いて基板２に向けて不活性ガスを吐出してもよく、若しくは、トッププレート２１に設けられた吐出口２６を用いて基板２に向けて不活性ガスを吐出してもよい。すなわち、トッププレート２１に設けられた吐出口２６が、基板２に向けて不活性ガスを吐出する不活性ガス吐出機構として機能してもよい。
まためっき液吐出工程の際にも、トッププレート２１を用いて基板２を上方から覆ってもよい。この場合も、トッププレート２１によって、基板２の周囲の気体を狭い空間内に閉じ込めることができる。このため、基板２や基板２上のめっき液７１ｃに蓄積されている熱が外方に逃げてしまうことを抑制することができ、これによって、シード膜１４の生成を促進することができる。
めっき処理方法の変形例
上述の本実施の形態において、めっき処理装置２０を用いてバリア膜１３上にシード膜１４を形成し、次に、後洗浄工程などの後工程を実施し、その後、別の装置を用いて凹部１２内に配線材料１５ａを埋め込む例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、バリア膜１３上にシード膜１４を形成した後、同一のめっき処理装置２０内において続けて、凹部１２内に配線材料１５ａを埋め込む工程を実施してもよい。すなわち、シード膜１４を形成する工程と、凹部１２内に配線材料１５ａを埋め込む工程とを、一連の無電解めっき処理工程として同一のめっき処理装置２０内で実施してもよい。
その他の変形例
また本実施の形態において、洗浄液７３ｃ、リンス液７４ｃまたはめっき液７１ｃなどの液に含まれる酸素を除去するための脱気手段として、液の中に窒素などの不活性ガスを送り込むことによって液中の酸素を排出する手段が用いられる例を示した。すなわち、いわゆるバブリングによって液中の酸素が除去される例を示した。しかしながら、液中の酸素を除去するための具体的な方法が特に限られることはない。例えば、液を冷却することによって液中の酸素を除去する方法や、液の周囲雰囲気を減圧することによって液中の酸素を除去する方法、または、冷却と減圧とを組み合わせた方法などによって、液中の酸素を除去してもよい。
また、めっき液吐出機構３０、洗浄液吐出機構４４、リンス液吐出機構４５および不活性ガス吐出機構の構成が上述の例に限られることはない。
例えば、めっき液吐出機構３０が基板２の半径方向に沿って並べられた複数の吐出ノズル３４を含む例を示したが、これに限られることはない。例えば、図示はしないが、めっき液吐出機構３０は、基板２の半径方向に沿って延びるスリット状の吐出口を含んでいてもよい。まためっき液吐出機構３０は、洗浄液吐出機構４４と同様に、基板２の中心部に向けてめっき液７１ｃを吐出するよう構成されていてもよい。まためっき液吐出機構３０の吐出ヘッド３３は、リンス液吐出機構４５と同様に、めっき液７１ｃを吐出しながら水平方向に移動可能となるよう構成されていてもよい。また、基板２に向けてめっき液を吐出する吐出ノズルや吐出口がトッププレート２１に設けられていてもよい。
またリンス液吐出機構４５の吐出ヘッド４３が、リンス液７４ｃを吐出しながら水平方向に移動可能となるよう構成されている例を示したが、これに限られることはない。例えばリンス液吐出機構４５は、洗浄液吐出機構４４の場合と同様に、基板２の中心部に向けてリンス液７４ｃを吐出するよう構成されていてもよい。また、基板２の中心部に向けてリンス液７４ｃを吐出する吐出ノズルと、水平方向に移動しながらリンス液７４ｃを吐出する吐出ノズルとを組み合わせて用いてもよい。また、基板２に向けてリンス液を吐出する吐出ノズルや吐出口がトッププレート２１に設けられていてもよい。同様に、基板２に向けて洗浄液を吐出する吐出ノズルや吐出口がトッププレート２１に設けられていてもよい。
また本実施の形態において、基板２の周囲に不活性ガスを供給する不活性ガス吐出機構として、吐出ヘッド４３に設けられた吐出ノズル４６ａを含む不活性ガス吐出機構４６や、トッププレート２１に設けられた吐出口２６を含む不活性ガス吐出機構が用いられる例を示したが、これに限られることはない。例えば、ＦＦＵ５１からのガスをダウンフローで基板２に向けて送る気体導入部５０が、基板２の周囲に不活性ガスを供給する不活性ガス吐出機構として機能してもよい。また不活性ガス吐出機構の具体的な形態が、基板２に向けて、例えば基板２の凹部が形成された面に向けて不活性ガスを直接的に吹き付けるような形態に限られることはない。不活性ガス吐出機構は、基板２の面のうち少なくとも凹部が形成された面、または基板２の全体が不活性雰囲気に接触した状態で、基板２に対するリンス液吐出工程を行うことができるように構成されていればよい。
なお、上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。
２ 基板
１１ 絶縁層
１２ 凹部
１３ バリア膜
２０ めっき処理装置
３０ めっき液吐出機構
４４ 洗浄液吐出機構
４５ リンス液吐出機構
７４ リンス液供給機構

Claims (16)

  1. 絶縁層に形成された凹部であって、その内面に銅を含むめっき液とめっきが可能でかつ銅に対してバリア性を持つ金属膜が設けられている、凹部に対して、めっき処理を行うめっき処理装置において、
    前記凹部が形成された前記絶縁層を含む基板に向けて洗浄液を吐出する洗浄液吐出機構と、
    前記基板に向けてリンス液を吐出するリンス液吐出機構と、
    前記リンス液吐出機構にリンス液を供給するリンス液供給機構と、
    前記基板に向けてめっき液を吐出するめっき液吐出機構と、を備え、
    前記リンス液供給機構は、脱酸素処理されたリンス液を前記リンス液吐出機構に供給することができるよう構成されていることを特徴とするめっき処理装置。
  2. 前記基板の周囲に不活性ガスを供給する不活性ガス吐出機構をさらに備え、
    前記不活性ガス吐出機構は、少なくとも、前記洗浄液吐出機構による処理と前記めっき液吐出機構による処理との間に前記リンス液吐出機構が前記基板に向けてリンス液を吐出するとき、前記基板の周囲に不活性ガスを供給するよう制御されることを特徴とする請求項１に記載のめっき処理装置。
  3. 前記基板の上方に配置されたトッププレートをさらに備え、
    前記不活性ガス吐出機構は、前記トッププレートに設けられ、前記基板に向けて不活性ガスを吐出する吐出口を有することを特徴とする請求項２に記載のめっき処理装置。
  4. 前記基板を保持して所定の回転数で回転させる基板保持機構をさらに備え、
    前記基板保持機構は、前記洗浄液吐出機構が前記基板に向けて洗浄液を吐出するとき、洗浄液によって前記基板の表面が覆われるよう、前記基板の回転数を設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のめっき処理装置。
  5. 前記洗浄液吐出機構に洗浄液を供給する洗浄液供給機構をさらに備え、
    前記洗浄液供給機構は、脱酸素処理された洗浄液を前記洗浄液吐出機構に供給することができるよう構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のめっき処理装置。
  6. 前記リンス液吐出機構は、基板に向けてリンス液を吐出する吐出ノズルが設けられた吐出ヘッドを有し、
    前記リンス吐出機構の前記吐出ヘッドは、リンス液を吐出しながら水平方向に移動可能となるよう構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のめっき処理装置。
  7. 前記めっき液吐出機構は、基板の半径方向に沿って並べられ、基板に向けてめっき液を吐出する複数の吐出ノズルを含む、または、前記基板の半径方向に沿って延びる吐出口を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のめっき処理装置。
  8. 絶縁層に形成された凹部であって、その内面に銅を含むめっき液とめっきが可能でかつ銅に対してバリア性を持つ金属膜が設けられている、凹部に対して、めっき処理を行うめっき処理方法において、
    前記凹部が形成された前記絶縁層を含む基板を準備する工程と、
    前記基板に向けて洗浄液を吐出する洗浄液吐出工程と、
    前記洗浄液吐出工程の後、前記基板に向けてリンス液を吐出するリンス液吐出工程と、
    前記リンス液吐出工程の後、前記基板に向けてめっき液を吐出するめっき液吐出工程と、を備え、
    前記リンス液吐出工程において、脱酸素処理されたリンス液が前記基板に向けて吐出されることを特徴とするめっき処理方法。
  9. 前記リンス液吐出工程の際、前記基板の周囲に不活性ガスが供給されることを特徴とする請求項８に記載のめっき処理方法。
  10. 前記リンス液吐出工程の際、前記基板の上方に配置されたトッププレートに設けられた吐出口から前記基板に向けて不活性ガスが吐出されることを特徴とする請求項９に記載のめっき処理方法。
  11. 前記リンス液吐出工程の際、前記基板の周囲雰囲気が不活性ガスであることを特徴とする請求項８に記載のめっき処理方法。
  12. 前記洗浄液吐出工程の際、洗浄液によって前記基板の表面が覆われるよう、前記基板が回転されることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載のめっき処理方法。
  13. 前記洗浄液吐出工程において、脱酸素処理された洗浄液が前記基板に向けて吐出されることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか一項に記載のめっき処理方法。
  14. 前記リンス液吐出工程において、水平方向に移動する吐出ヘッドの吐出口から前記基板に向けてリンス液が吐出されることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか一項に記載のめっき処理方法。
  15. 前記めっき液吐出工程において、基板の半径方向に沿って並べられ、基板に向けてめっき液を吐出する複数の吐出ノズルから、または、前記基板の半径方向に沿って延びる吐出口から前記基板に向けてめっき液が吐出されることを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか一項に記載のめっき処理方法。
  16. 絶縁層に形成された凹部であって、その内面に銅を含むめっき液とめっきが可能でかつ銅に対してバリア性を持つ金属膜が設けられている、凹部に対して、めっき処理を行うめっき処理装置にめっき処理方法を実行させるためのコンピュータプログラムを格納した記憶媒体において、
    前記めっき処理方法は、
    前記凹部が形成された前記絶縁層を含む基板を準備する工程と、
    前記基板に向けて洗浄液を吐出する洗浄液吐出工程と、
    前記洗浄液吐出工程の後、前記基板に向けてリンス液を吐出するリンス液吐出工程と、
    前記リンス液吐出工程の後、前記基板に向けてめっき液を吐出するめっき液吐出工程と、を備え、
    前記リンス液吐出工程において、脱酸素処理されたリンス液が前記基板に向けて吐出される、方法からなっていることを特徴とする記憶媒体。
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