JP3720548B2

JP3720548B2 - めっき前処理装置

Info

Publication number: JP3720548B2
Application number: JP26502797A
Authority: JP
Inventors: 文夫栗山
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1997-09-11
Filing date: 1997-09-11
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2017-09-11
Also published as: JPH1180990A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体の次世代配線技術である金属配線形成技術に関し、特に基板上に形成された微細溝にめっきにより金属の埋め込みを行うためのめっきの前処理方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体を用いた集積回路において、回路配線材料にはアルミニウムが多く用いられてきた。アルミニウム配線は、スパッタリング法（Sputtering）により基板にアルミニウム膜を付けた後レジスト形成によりパターニングを行い、エッチングにより配線形成される。回路の高度集積化に伴い、配線幅がより狭く形成されることが要求されるようになってきたが、アルミニウムの材料特性上諸問題が生じる様になってきた。他の金属材料による配線形成には従来の上記回路形成が困難な場合があり、配線用の溝や穴をあらかじめ形成し、化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition：以下ＣＶＤ法）、スパッタリング法やめっき法などの手法により金属を溝の中に埋め込み、その後表面を化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing : 以下ＣＭＰ）で表面研磨し、回路配線を形成する方法がとられてきた。
【０００３】
めっき法は、金属の膜付け方法としては広く用いられており、多くの特長を有する。図６は基本的なめっき装置を示すもので、めっき槽１内のめっき液９中に、被めっき基板２を取り付けたカソード電極３およびアノード電極４を対向して配置し、めっき操作中、めっき液攪拌用の攪拌器１１がめっき液９を攪拌するものであった。めっきの前処理としては被めっき基板の洗浄又はエッチング等が行われており、被めっき基板上の微細溝へのめっき液注入を良好にするための前処理は一般的には行われていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
めっき法は他のプロセスに比べて、プロセスコストが安い、純度の高い材料が得られる、熱的影響の少ない低温プロセスが可能となる等の特長がある反面、ウェーハ基板上に形成された微細溝にめっき液が完全に浸透しない等の不具合があった。特に、アスペクト比の大きい、深い微細溝でのめっきによる金属埋め込みはほとんど行われていないのが実状であった。
【０００５】
微細溝６２が形成された被めっき基板２をめっき液９に浸漬させる場合、通常その微細溝６２には空気６３が残留し、図７のように、完全にはめっき液９が浸透しない。これは被めっき基板２のぬれ性やめっき液９の表面張力等の影響によるものと考えられ、微細溝６２の幅が狭くなるほど、その傾向は強くなる。
【０００６】
そこで本発明は、ウェーハ基板上にパターン形成された微細溝への良好な金属埋め込みをめっき法により行うため、めっきプロセスとしてめっき液を確実にその微細溝に浸入させることのできるめっき用前処理方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、表面に微細窪みを有する基板に、該微細窪みを充填するようにめっきを行なうためのめっき前処理装置において、密閉可能な処理室と、該処理室の排気を行う真空排気経路と、前記処理室に液体を供給するための液導入経路と、前記処理室内の液体を加圧するためのガス導入経路と、前記処理室からガスを排出するためのガス排出経路とを有することを特徴とするめっき前処理装置である。
【００１３】
処理基板を複数同時に処理してもよく、一枚づつ枚葉式に行ってもよい。工程的な処理を行なうには、液体を排出する排液経路を設けておくのが便利である。また、前処理装置をめっき装置と兼用するようにしてもよい。液導入経路を複数設けて、異なる種類の液体や界面活性剤を連続又は同時に導入可能にしてもよい。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、さらに、前記処理室内の液体に圧力変動を与える圧力変動手段を有することを特徴とする請求項１に記載のめっき前処理装置である。
請求項３に記載の発明は、前記圧力変動手段は、超音波振動器であることを特徴とする請求項２に記載のめっき前処理装置である。
請求項４に記載の発明は、前記圧力変動手段は、前記ガス導入経路及びガス排出経路の少なくとも一方に設けられた開閉又は切替弁装置であることを特徴とする請求項１に記載のめっき前処理装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態のめっき前処理装置の概要を示す図である。この前処理装置は、密閉可能な容器状の処理室５３と、これに接続された真空排気配管５４、液導入配管５５、ガス導入配管５６及びガス排出配管５７とを主な構成要素としている。処理室５３には、圧力計７、圧力スイッチ８および安全弁３６が取り付けられ、また、基板２を載せる基板台１２が処理室５３に設けられている。
【００１６】
真空排気配管５４は、開閉弁２３および真空ポンプ２１を備えており、処理室５３を必要な低圧にまで真空排気することができる。液導入配管５５は、図示しない液体源が開閉弁３４及びフローメータ４０を介して処理室５３の基板台上に開口するノズルに接続され、目的とする所定量の液を処理室５３に導入することができる。ガス導入配管５６には、レギュレータ５１と開閉弁２４が設けられ、ガス排出配管５７は開閉弁３１を介して大気に開口している。さらに、開閉弁３５を設けた液排出装置５８が処理室５３の最下部に接続されている。ガス導入配管５６と液排出装置５８を連動させることにより液の排出及びブローが可能である。
【００１７】
このような構成の装置を用いて、めっきの前処理を行なう工程を説明する。被処理基板２には、図７と同様の、例えば幅０．２μｍ、深さが０．８μｍであるような微細溝６２が形成されている。この基板２を密閉容器の台１２上に載置し、開閉弁２３を開いて真空ポンプ２１により真空引きを行い、図２（ａ）に示すように、真空排気配管５４より空気などの不凝縮ガス２７を０．０１Ｔｏｒｒ程度まで排気する。
【００１８】
次に、図２（ｂ）に示すように、液導入配管５５から、常温常圧でめっき液、純度の高い水、アルコール等の適宜の液体をノズルを介して密閉容器６４に導入する。液体は、最初は容器内で蒸発して空間に気体５０として存在する。さらに液体が供給されて、密閉容器６４内の圧力が飽和蒸気圧に達すると、同図（ｃ）に示すように、液体５２として容器内に溜まり、基板２がその液に浸漬すると基板２の表面はその液に接する。
【００１９】
この状態において、基板２上の微細溝６２の内面には、表面張力等の別の力が作用するため、蒸気の気泡が残存する。そこで、同図（ｄ）に示すように、開閉弁２４を開いて、ガス導入配管５６より密閉容器６４内にガス２８を導入して加圧する、もしくは圧力振動を作用させることにより、その気泡を潰し、液を微細溝６２内に浸入させる。図１の例では、圧力振動は、ガス導入配管５６よりガスで加圧しながら、ガス排出配管５７の開閉弁３１を図示しない駆動機構によって短いサイクルで開閉することにより、付与する。
【００２０】
なお、液体として、基板２の材質に対して表面張力の小さい物質を選ぶことにより、もしくは液に表面活性剤を添加することにより、より確実に且つ効率よく液を微細溝に浸入させることができる。
【００２１】
このような前処理の後に、基板２を処理室５３から取り出し、その表面が乾燥しないようにして図６に示すめっき槽１へ搬入し、めっき液９に浸漬させて電解めっき又は無電解めっきを行なう。前処理によって所定の液体が基板２の微細溝６２に浸入しているので、このような微細溝６２の内面にもめっき液９が供給されて該内面のめっきが促進される。
【００２２】
なお、図１の装置では、基板２を一枚づつ処理しているが、複数枚を同時に処理するようにしてもよい。この場合、基板２を複数枚その表面を露出するようにして収容するカセットを用いると、前処理前のあるいは前処理済みの基板２を処理室５３からカセットごと取り出すことができて出し入れの効率が良い。また、カセットが液体を保持可能であれば、取り出した状態でも基板２の乾燥を防止することができる。一方、処理室５３とめっき装置を兼用することも可能であり、この場合は前処理に続いてめっき処理を連続して行なうことができる。
【００２３】
図３は、本発明の別の実施の形態のめっき前処理装置の概要を示す図である。本装置は、図１に示すめっき前処理装置と略同様であるが、圧力振動を与える方式が異なる。すなわち、ガス導入配管５６とガス排出配管５７がロータリーバルブ５９を介して分岐している。そして、ロータリーバルブ５９の回転により、処理室５３がガス導入配管５６とガス排出配管５７とに交互に切り替わり、大きい圧力変動を与えることができる。
【００２４】
図４は本発明の別の実施の形態のめっき前処理装置の概要を示す図である。本装置は、図１に示すめっき前処理装置と略同様であるが、処理室５３の圧力に変動を与える方式が異なる。すなわち、処理室５３内に超音波振動器６０が配置されており、超音波振動器６０と基板２とが液体５２に浸漬された後、超音波振動器６０を作動させて基板２に圧力振動を与えることができる。
【００２５】
図５は本発明の別の実施の形態のめっき前処理装置の概要を示す図である。本装置は、図１に示すめっき前処理装置と略同様であるが、液導入配管５５が複数の液導入系統を持っている点が異なっている。これにより、処理室５３に複数種の液を連続または同時に供給することができる。従って、被処理基板の種類や処理条件に応じて、沸点等物性の異なる液や表面活性剤等の添加物を所定量および所定の手順で処理室５３に供給することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、基板の表面から空気などの不凝縮ガスを排気した後、常温常圧で液体の物質をその容器に導入し、さらに圧力を作用させることにより微細溝に液体を導入することができる。従って、ウェーハ基板上にパターン形成された微細溝へめっき液を確実に浸入させることができ、めっきにより良好な金属埋め込みを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく実施形態のめっき前処理装置の概要図である。
【図２】基板上の微細溝への液注入プロセスを示す概要図である。
【図３】本発明に基づく実施形態のめっき前処理装置の概要図である。
【図４】本発明に基づく実施形態のめっき前処理装置の概要図である。
【図５】本発明に基づく実施形態のめっき前処理装置の概要図である。
【図６】一般のめっき装置の概要図である。
【図７】液中にある基板上の微細溝に残留する気泡を示す概要図である。
【符号の説明】
１めっき槽
２基板
３カソード電極
４アノード電極
５電源
６温度検知器
７圧力計
８圧力スイッチ
９めっき液
１１撹拌器
１２基板台
２１真空ポンプ
２３開閉弁
２４開閉弁
２７排ガス流れ方向
２８導入ガス流れ方向
３１開閉弁
３４開閉弁
３５開閉弁
３６安全弁
３７排気ガス流れ方向
３８導入液流れ方向
３９排出液流れ方向
４０フローメータ
５０蒸気
５１レギュレータ
５２液
５３処理室
５４真空排気配管
５５液導入配管
５６ガス導入配管
５７ガス排出配管
５８液排出配管
５９ロータリーバルブ
６０超音波振動器
６１めっき面
６２微細溝
６３気泡
６４密閉容器
６５真空

Claims

表面に微細窪みを有する基板に、該微細窪みを充填するようにめっきを行なうためのめっき前処理装置において、
密閉可能な処理室と、
該処理室の排気を行う真空排気経路と、
前記処理室に液体を供給するための液導入経路と、
前記処理室内の液体を加圧するためのガス導入経路と、
前記処理室からガスを排出するためのガス排出経路とを有することを特徴とするめっき前処理装置。
さらに、前記処理室内の液体に圧力変動を与える圧力変動手段を有することを特徴とする請求項１に記載のめっき前処理装置。
前記圧力変動手段は、超音波振動器であることを特徴とする請求項２に記載のめっき前処理装置。
前記圧力変動手段は、前記ガス導入経路及びガス排出経路の少なくとも一方に設けられた開閉又は切替弁装置であることを特徴とする請求項２に記載のめっき前処理装置。