JP3642748B2

JP3642748B2 - めっき装置

Info

Publication number: JP3642748B2
Application number: JP2001209679A
Authority: JP
Inventors: 尚起松田; 光朗本坊
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2021-07-10
Also published as: JP2003027288A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき装置に係り、特に半導体基板に形成された微細配線パターン（窪み）に銅（Ｃｕ）等の金属を充填するのに使用されるめっき装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体基板上に配線回路を形成するための金属材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜し、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により不要な銅を除去するようにしている。
【０００３】
図４は、この種の銅配線基板Ｗの製造例を工程順に示すもので、図４（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ_２からなる酸化膜やＬｏｗ−Ｋ材膜等の絶縁膜２を堆積し、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリア膜５、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７を形成する。
【０００４】
そして、図４（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、基板Ｗのコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅膜６を除去して、コンタクトホール３及び配線用の溝４に充填させた銅膜６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図４（ｃ）に示すように銅膜６からなる配線が形成される。
【０００５】
図５は、いわゆるフェイスダウン方式を採用して半導体ウエハ等の被処理物（以下、基板という）の表面に電解めっきを施すめっき装置の従来の一般的な構成を示す。このめっき装置は、上方に開口し内部にめっき液１００を保持する円筒状のめっき槽１０２と、基板Ｗを着脱自在に下向きに保持して該基板Ｗをめっき槽１０２の上端開口部を塞ぐ位置に配置する基板保持部１０４とを有している。めっき槽１０２の内部には、めっき液１００中に浸漬されて陽極電極となる平板状の陽極板（アノード）１０６が水平に配置されている。一方、基板Ｗの下面（被めっき面）には導電体層（シード層）Ｓが形成され、この導電体層Ｓは、その周縁部に陰極電極との接点を有している。めっき槽１０２の底部中央には、上方に向けためっき液の噴流を形成するめっき液噴射管１０８が接続され、めっき槽１０２の上部外側には、めっき液受け１１０が配置されている。
【０００６】
これにより、めっき槽１０２の上部に基板Ｗを基板保持部１０４で下向きに保持して配置し、めっき液１００をめっき槽１０２の底部から上方に噴出させて、基板Ｗの下面（被めっき面）にめっき液１００の噴流を当てつつ、陽極板１０６（陽極電極）と基板Ｗの導電体層Ｓ（陰極電極）の間にめっき電源１１２から所定の電圧を印加することで、基板Ｗの下面にめっき膜を形成するようにしている。この時、めっき槽１０２をオーバーフローしためっき液１００は、めっき液受け１１０から回収される。
【０００７】
ここで、基板Ｗの裏面を銅汚染から守るため、めっき電源１１２の基板Ｗへの通電方式として、いわゆるドライコンタクト方式が一般に採用されている。つまり、図６に示すように、基板Ｗを吸着等により下向きで支持する基板チャック１２０と、この基板チャック１２０の周囲を囲繞し下方に開放するハウジング１２２とから基板保持部１０４を構成している。そして、ハウジング１２２の下端に内方にリング状に突出する基板載置部１２４を設け、この基板載置部１２４の上面に横断面尖塔状のシールリング１２６を固着し、基板チャック１２０で支持した基板の周縁部にシールリング１２６を圧接させて水密的にシールした状態で基板Ｗを基板保持部１０４で保持することで、めっき液１００が基板Ｗの裏面側に廻り込まないようにしている。
【０００８】
更に、このシールリング１２６の外方に複数のコンタクト１２８を所定のピッチでリング状に配置し、基板の被めっき面の周縁部にシールリング１２６を圧接させて基板Ｗを基板保持部１０４で保持した時に、このコンタクト１２８を基板Ｗに直接接触させて基板Ｗに給電し、これにより、コンタクト１２８がめっき液１００に触れないようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこの種のめっき装置にあっては、基板保持部で基板を保持した状態で、基板を下降させ、被めっき面をめっき液に接触させた時に、めっき液中に突出してめっき液をシールするシールリングや基板載置部が気泡の抜けを阻害して、被めっき面に気泡が残ってしまう。このように、被めっき面に気泡が残った状態でめっきを行うと、めっき膜に欠陥が発生し、デバイスの歩留りに影響を与えてしまうことがあるといった問題があった。なお、基板を傾斜させた状態でめっき液に入れることも行われているが、このように基板を傾斜させても、被めっき面に気泡が残らないようにすることは困難である。
【００１０】
なお、気泡の抜けを阻害するシールリングを無くして被めっき面に気泡が残らないようにするには、コンタクトをめっき液中に浸漬させた、いわゆるウェットコンタクト方式を採用することが望ましい。しかし、ウェットコンタクト方式を採用すると、金属であるコンタクト表面にもめっき膜が付着し、このため、めっき処理後に、毎回、逆電圧をかけてコンタクト表面のめっき膜を剥離する必要がある。しかも、剥離したＣｕイオンは、一価のＣｕ^＋となる可能性があり、
２Ｃｕ^＋→Ｃｕ^０＋Ｃｕ^２＋
の反応により、Ｃｕ^０のパーティクルが発生して、めっき膜質に影響を与えてしまう。
【００１１】
また、ドライコンタクト方式を採用したとしても、長時間に亘る連続運転を行うと、コンタクト部にめっき液が廻り込み、コンタクトの廻りにめっき液の結晶が付着して、パーティクルの発生源となってしまう。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、被処理物の被めっき面に気泡が残ることを防止してめっきを行うことができ、しかもメンテナンスフリーでパーティクルの発生源となることがないようにしためっき装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、被処理物を着脱自在に保持し該被処理物の被めっき面をめっき液に接触乃至浸漬させてめっきを行う保持部と、前記保持部で保持した被処理物と対峙する位置に配置したアノードとを有し、前記保持部に、被処理物を保持した時に被処理物の被めっき面の周縁部に当接して該被めっき面に給電する複数の電源コンタクト部を互いに離間させて配置し、前記電源コンタクト部は、該電源コンタクト部の内部に満たした導電性を有する液体と該液体中に浸漬させたコンタクトを介して被処理物の被めっき面に給電することを特徴とするめっき装置である。
【００１４】
これにより、保持部で被処理物を保持した状態で、被処理物を下降させ、被めっき面をめっき液に接触させた時に、気泡が互いに隣接する電源コンタクト部の間から容易に抜けるようにすることで、被めっき面に気泡が残ることを防止することができる。しかも、電源コンタクト部の内部に満たす導電性を有する液体として、金属イオンが存在しないものを使用することで、コンタクト表面がめっきされることを防止することができる。
なお、被処理物の被めっき面に給電するに際しては、コンタクトを被処理物の被めっき面に直接接触させても、導電性を有する液体を介して電気的に接触させてもよい。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記保持部には、被処理物を保持した時に被処理物の裏面の周縁部をシールするシールリングが備えられていることを特徴とする請求項１記載のめっき装置である。これにより、めっき液が被処理物の裏面に廻り込んでしまうことを防止することができる。しかも、このシールリングは、被処理物の裏面側に設けられているので、このシールリングが気泡の抜けを阻害することはない。
【００１６】
なお、被処理物として、基板を使用すると、この基板のベベル部（エッジ部）にもめっき膜が成膜されるが、このようにベベル部（エッジ部）に成膜されためっき膜は、後に除去すればよい。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記電源コンタクト部は、円筒状のシール材を有し、このシール材は、被処理物の輪郭に沿って所定のピッチで配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のめっき装置である。これにより、めっき液の流れをスムーズにして、気泡の抜けを更によくすることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記保持部の内部には、前記各電源コンタクト部の内部に導電性を有する液体を供給する液体供給路が設けられ、前記導電性を有する液体は、めっき液中に含まれる成分を水に添加した液体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のめっき装置である。これにより、めっき中に液体供給路から電源コンタクト部の内部に導電性を有する液体を供給して予圧状態にすることで、めっき液が電源コンタクト部の内部に浸入することを防止しつつ、常に新鮮な液体を電源コンタクト部の内部に供給することができる。また、電源コンタクト部内の導電性を有する液体がめっき液中に混入しても、この液体がめっき液に影響を与えることを防止することができる。例えば、めっき液として、その組成に硫酸銅と硫酸を含む硫酸銅めっき液を使用した場合、この成分としては、例えば硫酸や有機添加剤が挙げられる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図３は、本発明の実施の形態のめっき装置を示す。このめっき装置の全体構成は、例えば図５に示すものとほぼ同様であり、半導体ウエハ等の被処理物（以下、基板という）の被めっき面（表面）に電解銅めっきを施して、図４に示す銅配線を形成するようにした例について、以下説明する。
【００２１】
このめっき装置は、例えば、上方に開口し、その組成に硫酸銅と硫酸とを含む硫酸銅めっき液１０を保持するめっき槽１２と、基板Ｗを下向き（フェイスダウン）で着脱自在に保持し基板Ｗの表面（被めっき面）をめっき槽１２に保持しためっき液１０に接触させてめっきを行う基板保持部１４とを有している。めっき槽１２の内部には、めっき液１０中に浸漬されて陽極電極となる平板状の陽極板（アノード）１６が水平に配置されている。一方、基板Ｗの下面（被めっき面）には、シード層７（図４参照）が形成されている。
【００２２】
基板保持部１４は、基板Ｗを吸着等により支持する基板チャック１８と、この基板チャック１８の周囲を囲繞して下方に開口するハウジング２０とを有している。基板チャック１８の下面には、基板チャック１８で基板を支持する際、基板Ｗの裏面（上面）の周縁部に圧接して、ここを水密的にシールしてめっき液の基板Ｗの裏面への廻り込みを防止するシールリング２２が取付けられている。
【００２３】
また、ハウジング２０の下部には、内方にリング状に突出する基板載置部２４が一体に設けられ、この基板載置部２４の円周方向に沿った所定の位置に複数の電源コンタクト部２６が所定のピッチで配置されている。更に、ハウジング２０の互いに隣接する電源コンタクト部２６の間に対向する位置には、めっき液１０が流通する流通孔２０ａが設けられている。
【００２４】
この電源コンタクト部２６は、基板保持部１４で保持した基板Ｗの表面（被めっき面）に給電するためのものであり、図２に示すように、円筒状のシール材３０と、このシール材３０の内部に配置したコンタクト３２とを有し、このコンタクト３２は、めっき電源３４の陰極に接続された配線３６に接続されている。めっき電源３４の陽極は、陽極板（アノード）１６に接続されている。コンタクト３２の高さは、基板保持部１４で基板Ｗを保持した時に、コンタクト３２と基板との間に隙間ｄが生じるように設定されている。そして、このシール材３０の内部に導電性を有する液体３８を満たし、基板保持部１４で基板Ｗを保持した時に、この基板Ｗの表面に液体３８を接触させることで、被処理物Ｗの表面（被めっき面）に給電するようになっている。
【００２５】
つまり、基板Ｗと陽極板１６との間の距離ｌによって形成される電圧に比べて、コンタクト３２と基板Ｗとの間の隙間ｄによって形成される電圧が極端に小さければ、基板の表面はめっきに必要なマイナス電位が形成され、正常なめっきが行われる。
なお、この例では、基板Ｗと陽極板１６とを導電性を有する液体３８を介して電気的に接触させた例を示しているが、コンタクト３２と基板Ｗとを直接接触させるようにしてもよい。
【００２６】
そして、基板保持部１４で基板Ｗを保持した状態で、基板Ｗを下降させ、基板Ｗの表面（被めっき面）をめっき槽１２に保持しためっき液１０に接触させて、めっきを行うのであり、この基板Ｗの表面をめっき液１０に接触させる時に、気泡が互いに隣接する電源コンタクト部２６の間から容易に抜けるようにすることで、基板Ｗの表面に気泡が残ることを防止することができる。しかも、導電性を有する液体３８として、金属イオンが存在しないものを使用することで、コンタクト３２の表面がめっきされることを防止することができる。
【００２７】
ここで、コンタクト３２の材料としては、銅より貴な金属であるプラチナ等が挙げられる。また、導電性を有する液体３８は、めっき液１０中に含まれる成分を水に添加した液体であることが好ましく、これにより、電源コンタクト部２６の内部の導電性を有する液体３８がめっき液１０中に混入しても、この液体３８がめっき液１０に影響を与えることを防止することができる。例えば、めっき液１０として、その組成に硫酸銅と硫酸を含む硫酸銅めっき液を使用した場合、この成分としては、例えば硫酸や有機添加剤が挙げられる。
【００２８】
更に、ハウジング２０の内部には、各電源コンタクト部２６の各シール材３０の内部に導電性を有する液体３８を供給する液体供給路４０が設けられ、この液体供給路４０を通過させて液体３８をシール材３０の内部に供給するようになっている。なお、基板保持部１４で基板Ｗを保持してめっきを行っている最中に、液体３８を液体供給路４０からシール材３０の内部に供給して予圧状態となすことが好ましく、これにより、めっき液１０がシール材３０の内部に流入することを防止しつつ、常に新鮮な液体をシール材３０の内部に供給することができる。この時、前述のように、導電性を有する液体３８として、めっき液１０中に含まれる成分を水に添加した液体導電性を有するものを使用することで、液体３８の混入がめっき液１０に影響を与えることを防止することができる。
なお、シール材３０の内部の導電性を有する液体をめっき処理ごとに、毎回、真空にて引き抜き、毎回新鮮な液体を供給するようにしてもよい。
【００２９】
次に、このめっき装置によるめっき方法について説明する。
先ず、基板保持部１４がめっき液１０の液面より上方にある状態で、基板Ｗをハウジング２０の内部に搬入し基板チャック１８で吸着等により支持する。この時、シールリング２２で基板Ｗの裏面（上面）を水密的にシールすることで、めっき液１０が基板Ｗの裏面側に廻り込むことを防止する。一方、各シール材３０の内部を導電性を有する液体３８で満たしておく。そして、基板チャック１８を下降させ、電源コンタクト部２６のシール材３０を基板Ｗの表面（被めっき面）の周縁部に圧接させて、基板Ｗを基板保持部１４で保持する。
【００３０】
この状態で、基板Ｗを保持した基板保持部１４を、必要に応じて回転させながら下降させ、基板Ｗをめっき液１０中に浸漬させる。この基板Ｗの表面をめっき液１０に接触させる時に、互いに隣接する電源コンタクト部２６の間には、めっき液１０中に突出するものがないため、この間をめっき液１０がスムーズに流れ、このめっき液１０の流れに乗って、基板Ｗの表面（被めっき面）に生じる気泡が外部に容易に抜ける。
【００３１】
次に、必要に応じて、基板Ｗを回転させつつ、陽極板１６（陽極電極）と電源コンタクト部２６との間にめっき電源３４から所定の電圧を印加し、この電源コンタクト部２６から基板Ｗの表面（被めっき面）に給電して、この表面にめっき膜を形成する。この時、必要に応じて、液体３８を液体供給路４０からシール材３０の内部に供給して予圧状態となす。
めっき終了後、めっき電源３４からの電圧の印加を停止し、基板Ｗを基板保持部１４ととも上昇させ、更に基板チャック１８のみを基板とともに上昇させた後、この基板をロボット等の受渡し、次工程に搬送する。
【００３２】
この実施の形態にあっては、円筒状のシール材を使用して、気泡の抜けを良くするようにしているが、基板の外周全面をドライコンタクトの状態のまま、基板に金属を接触させることなく、導電性を有する液体を接触させて給電するようにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、保持部で被処理物を保持した状態で、被処理物を下降させ、被めっき面をめっき液に接触させた時に、気泡が互いに隣接する電源コンタクト部の間から容易に抜けるようにすることで、被めっき面に気泡が残ることを防止し、めっき膜の膜質を良好なものにして、デバイスの歩留まりを向上させることができる。しかも、電源コンタクト部の導電性を有する液体として、金属イオンが存在しないものを使用することで、コンタクト表面がめっきされることを防止し、これによって、メンテナンスフリーで、しかもコンタクトがパーティクルの発生源となることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のめっき装置を示す断面図である。
【図２】図１の要部を拡大して示す要部拡大図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】銅めっきにより銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【図５】従来のめっき装置の全体構成を示す概略図である。
【図６】従来のめっき装置の基板保持部を示す断面図である。
【符号の説明】
１０めっき液
１２めっき槽
１４基板保持部（保持部）
１６陽極板（アノード）
１８基板チャック
２０ハウジング
２２シールリング
２４基板載置部
２４ａ流通孔
２６電源コンタクト部
３０シール材
３２コンタクト
３４電源
３８導電性を有する液体
４０液体供給路

Claims

被処理物を着脱自在に保持し該被処理物の被めっき面をめっき液に接触乃至浸漬させてめっきを行う保持部と、
前記保持部で保持した被処理物と対峙する位置に配置したアノードとを有し、
前記保持部に、被処理物を保持した時に被処理物の被めっき面の周縁部に当接して該被めっき面に給電する複数の電源コンタクト部を互いに離間させて配置し、前記電源コンタクト部は、該電源コンタクト部の内部に満たした導電性を有する液体と該液体中に浸漬させたコンタクトを介して被処理物の被めっき面に給電することを特徴とするめっき装置。
前記保持部には、被処理物を保持した時に被処理物の裏面の周縁部をシールするシールリングが備えられていることを特徴とする請求項１記載のめっき装置。
前記電源コンタクト部は、円筒状のシール材を有し、このシール材は、被処理物の輪郭に沿って所定のピッチで配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のめっき装置。
前記保持部の内部には、前記各電源コンタクト部の内部に導電性を有する液体を供給する液体供給路が設けられ、前記導電性を有する液体は、めっき液中に含まれる成分を水に添加した液体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のめっき装置。