JPH11246979A

JPH11246979A - めっき装置

Info

Publication number: JPH11246979A
Application number: JP6935098A
Authority: JP
Inventors: Akihisa Hongo; 明久本郷; Kenichi Suzuki; 憲一鈴木; Takeshi Tokuoka; 剛徳岡
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 1999-09-14
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: JP3628170B2

Abstract

(57)【要約】【課題】微細な配線用の溝等の微細窪みに銅又は銅合
金等の電気的抵抗の小さい材料を均一に充填することが
でき、しかもパーティクルの発生を抑えることができる
ようにする。【解決手段】めっき液及び被めっき基板Ｗを収容する
めっき容器１０と、該めっき容器の内部において磁気浮
上機構２６により非接触で支持され、回転機構４０によ
って回転することにより前記基板の表面近傍のめっき液
を流動させる回転部材２４を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板のめっき装置
に係り、特に半導体基板に形成された配線用の窪みに銅
等の金属を充填するための充填方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体基板上に配線回路を形成す
るためには、基板面上にスパッタリング等を用いて導体
の成膜を行った後、さらにレジスト等のパターンマスク
を用いたケミカルドライエッチングにより膜の不要部分
を除去していた。

【０００３】配線回路を形成するための材料としては、
アルミニウム（Ａｌ）又はアルミニウム合金が用いられ
ていた。しかしながら、半導体の集積度が高くなるにつ
れて配線が細くなり、電流密度が増加して熱応力や温度
上昇を生じ、これはストレスマイグレーションやエレク
トロマイグレーションによってＡｌ等が希薄化するに従
いさらに顕著となり、ついには断線のおそれが生じる。

【０００４】そこで、通電による過度の発熱を避けるた
め、より導電性の高い銅などの材料を配線形成に採用す
ることが要求されている。しかしながら、銅又はその合
金はドライエッチングが難しく、全面を成膜してからパ
ターンを形成する上記の方法の採用は困難である。そこ
で、予め所定パターンの配線用の溝を形成しておき、そ
の中に銅又はその合金を充填する工程が考えられる。こ
れによれば、膜をエッチングにより除去する工程は不要
で、表面段差を取り除くための研磨工程を行えばよい。
また、多層回路の上下を連絡するプラグと呼ばれる部分
も同時に形成することができる利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな配線溝あるいはプラグの形状は、配線幅が微細化す
るに伴いかなりの高アスペクト比（深さと直径又は幅の
比）となり、スパッタリング成膜では均一な金属の充填
が困難であった。また、種々の材料の成膜手段として気
相成長（ＣＶＤ）法が用いられるが、銅又はその合金で
は、適当な気体原料を準備することが困難であり、ま
た、有機原料を採用する場合には、これから堆積膜中へ
炭素（Ｃ）が混入してマイグレーション性が上がるとい
う問題点があった。

【０００６】さらに、基板をめっき液中に浸漬させて無
電解又は電解めっきを行なう方法も提案されているが、
溝や穴の底部への液の循環やイオンの供給が不充分とな
るので、溝の縁に比べて底部の膜成長が遅く、溝の上部
が詰まって底部に空洞（ボイド）ができてしまうなどし
て、均一な充填が困難であった。また、基板のサイズが
８”、１２”と大きくなるに従って、基板の被めっき面
上のめっき厚精度が落ちる傾向にあった。

【０００７】このため、基板とめっき液とを相対的に回
転させ、めっき面内均一を向上させるとともに、めっき
液の基板表面の微細窪み内への流入、或いはめっきする
べき金属イオンの流動を促進し、水素ガスを早期に離脱
させることが考えられる。しかしながら、このように回
転機構を設けると、転がり軸受や滑り軸受等の軸受とめ
っき液の回転機構への浸入を防ぐオイルシールが必要と
なり、これらから回転に伴う摩耗や潤滑剤のパーティク
ルが発生し、これがめっき液中に混入して配線不良を生
じることがある。

【０００８】本発明は、上記の事情に鑑み、微細な配線
用の溝等の微細窪みに銅又は銅合金等の電気的抵抗の小
さい材料を均一に、かつ品質を落とさずに充填すること
ができるめっき装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、めっき液及び被めっき基板を収容するめっき容器
と、該めっき容器の内部において磁気浮上機構により非
接触で支持され、回転機構によって回転することにより
前記基板の表面近傍のめっき液を流動させる回転部材を
有することを特徴とするめっき装置である。

【００１０】これにより、回転部材の回転によって基板
の表面近傍のめっき液を流動させ、めっき面内のめっき
厚さの均一性を向上させ、さらにめっき反応によって生
じる水素ガスを早期に離脱させ、めっき液が基板表面の
微細窪み内へ流入するのを促進させて、窪み内部でのめ
っき効率を向上させるとともに、それに伴ってボイドの
生成を抑制して健全なめっき層を形成する。回転部材は
磁気浮上機構で支持されているので、回転駆動手段が簡
易なものでよく、また、摩耗によるパーティクルや潤滑
剤がめっき液に拡散してめっきの品質を低下させること
も防止される。

【００１１】請求項２に記載の発明は、前記回転部材が
基板に向けてめっき液を導くめっき液供給部材であるこ
とを特徴とする請求項１に記載のめっき装置である。こ
れにより、１つの部材でめっき液を流動させつつ基板に
向けて導くことができる。

【００１２】請求項３に記載の発明は、前記めっき液供
給部材が筒状部とその下方に接続されてめっき液を水平
方向に導く案内部を有し、前記筒状部において前記磁気
浮上機構により支持されていることを特徴とする請求項
２に記載のめっき装置である。めっき液供給部材をこの
ような構成とすることによって安定な支持しやすい形状
とし、また、筒状部を支持することにより磁気軸受装置
をコンパクトに構成することができる。

【００１３】前記回転部材をめっき液の流れによって回
転させるようにしてもよい。これにより、別に駆動機構
を設けることなく回転部材を回転させることができ、装
置の小型化と低コスト化を図ることができる。

【００１４】前記回転部材を前記基板を保持する基板保
持台としてもよい。これにより、めっき液を流動させる
ための別部材を設けることなく、装置を簡単な構成とす
ることができる。

【００１５】前記めっき容器を被めっき面の表面に沿っ
て振動させる加振装置を有するようにしてもよい。これ
により、例えば振幅１ｍｍ以下の横振動を１秒或いは２
秒に１回与えることで、基板表面の微細窪み内のめっき
液の入れ換えを該めっき液の慣性力で促進させて、これ
らのめっき付着効率を向上させることができる。

【００１６】請求項４に記載の発明は、請求項１ないし
３のいずれかに記載のめっき装置を用いてめっきを行っ
た後、基板に付着した金属の不要部分を化学的・機械的
研磨装置により研磨して除去することを特徴とする基板
の加工方法である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、この発明の第１の
実施の形態のめっき装置を示すもので、内部に被めっき
材である基板Ｗ及びめっき液を保持する略扁平な円形の
めっき容器１０と、めっき容器１０の上端開口部を水密
的に覆う被覆部材２０と、被めっき材に対向するように
回転自在に支持されたシャワヘッド２４とを備えてい
る。めっき容器１０の中央部には、基板Ｗを真空路１２
を介して真空吸着して保持する基板保持部１４が設けら
れ、その下側には、ヒータ１６を収容する空洞１８が形
成されている。

【００１８】被覆部材２０は、中央がやや高くなるよう
にテーパを有し、頂部にはシャワヘッド２４を支持する
磁気軸受装置を収容する軸受収容部２１が設けられ、下
端部には、容器の開口部に嵌合する位置決め用の凸部２
０ａが形成されている。また、被覆部材２０と容器１０
の接合面には、互いに係合する周方向に延びる段差１０
ａ，２０ａが形成され、これらを係合させつつ、接合面
をＯリング２２を介して接合して両者の間の水密性が確
保されるようになっている。

【００１９】シャワヘッド２４は、基板と対向するノズ
ル板２４ａ、下方に広がるテーパを有する案内部２４ｂ
及びその中央から上方に延びる筒状部２４ｃとからなる
容器状に形成され、筒状部２４ｃの内面には複数の羽根
４０が設けられ、ノズル板２４ａには全面に渡って均等
にノズル孔２４ｄが形成されている。筒状部２４ｃは、
軸受収容部２１に挿入され、磁気軸受２６に支持されて
いる。すなわち、筒状部２４ｃの外周にはターゲットデ
ィスク２６ａが取り付けられ、一方、軸受収容部２１に
はターゲットディスク２６ａを挟むように上下に電磁石
２６ｂが設けられ、これによって、シャワヘッド２４を
磁気浮上させる磁気軸受２６が構成されている。

【００２０】被覆部材２０の上端には、めっき液流入ポ
ート２７が設けられ、一方、容器１０の底部にはめっき
液流出ポート２８が形成され、これらはポンプ３６と流
量調節器３８を有するめっき液の循環ライン３４によっ
て連絡されている。羽根４０は、流入ポート２７から供
給されためっき液が衝突することによりシャワヘッド２
４を回転させる力を発生させるように形成されている。

【００２１】めっき容器１０には、レール４２に沿って
往復移動可能な振動子４４を有する加振装置４６が取り
付けられており、これによって、例えば振幅が１ｍｍ以
下である横振動を１秒或いは２秒に１回程度付与するこ
とができるようになっている。

【００２２】このように構成されためっき装置の作用
を、半導体基板の配線回路形成のための銅又はその合金
のめっきを行なう場合について説明する。被処理対象の
基板Ｗは、図２（ａ）に示すように、半導体素子が形成
された半導体基材５０の上に導電層５２及びＳｉＯ₂か
らなる絶縁層５４を堆積させた後、リソグラフィ・エッ
チング技術によりコンタクトホール５６と配線用の溝５
８が形成され、その上にＴｉＮ等からなるバリア層６０
が形成されている。

【００２３】このような基板Ｗを基板保持部１４上に載
置して吸着保持し、被覆部材２０を被せた後、ポンプ３
６を作動させて、めっき液をシャワヘッド２４から基板
Ｗに向けて噴射する。すると、シャワヘッド２４はこの
内部を流れるめっき液から羽根４０が受ける力によって
回転する。その結果、めっき液の噴射位置が回転方向に
移動するとともに、基板Ｗの被めっき面上にあるめっき
液は、ノズル板２４ａとの間の摩擦により引きずられて
流動し、これにより、めっき面内のめっき厚さの均一性
が向上するとともに、コンタクトホール５６および溝５
８内へのめっき液の流入が促進する。この時、シャワヘ
ッド２４は、磁気軸受２６を介して非接触で支持されて
いるため、摩耗によるパーティクルの発生が無い。

【００２４】この時に、必要に応じて加振装置４６を動
作させ、めっき容器１０を、１ｍｍ以下程度の振幅で１
秒或いは２秒に１回程度の割合で横方向に振動させる。
これにより、コンタクトホール５６および溝５８の入口
におけるめっき液の流出入をめっき液の慣性力によって
促進し、コンタクトホール５６および溝５８の内部のめ
っき付着効率を向上させることができる。

【００２５】以上のめっき工程により、図２（ｂ）に示
すように半導体基板Ｗのコンタクトホール５６および溝
５８に銅をボイドの無い状態で充填する。その後、化学
的機械的研磨（ＣＭＰ）を行って絶縁膜５４の表面に付
着した銅層を除去し、コンタクトホール５６および配線
用の溝５８に充填された銅層６２の表面と絶縁膜５４の
表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図２（ｃ）
に示すように銅層６２からなる配線が形成される。

【００２６】図３は、この発明の他の実施の形態を示す
もので、この実施の形態では、図１に示すシャワヘッド
の替わりにディフューザ７０を用いている。このディフ
ューザ７０は、筒状部７０ａの先に、下方に広がるテー
パを有する案内部７０ｂを備えており、この案内部７０
ｂは、上部から供給されためっき液を被めっき面に沿っ
て中央から放射方向に向かうように案内する。

【００２７】この実施の形態においても、先の実施の形
態と同様に、ディフューザは磁気軸受により支持されて
回転自在となっており、また、筒状部には羽根が形成さ
れており、めっき液の流れによってディフューザが回転
する。これにより、基板Ｗの被めっき面上にあるめっき
液を周方向に流動させて、先の実施の形態と同様に、め
っき面内のめっきの均一性を向上するとともに、コンタ
クトホール５６および溝５８内へのめっき液の流入を促
進する。

【００２８】図４及び図５は、先の実施の形態における
シャワヘッド又はディフューザの替わりに羽根車７２を
用いたものである。すなわち、この羽根車７２は、筒状
部７２ａと、これから下方に向かって広がる円錐部７２
ｂと、円錐部７２ｂの下端から外方に延びる円板部７２
ｃを備えており、筒状部７２ａの下部から円板部７２ｃ
の外縁部まで螺旋状に翼７４が形成されている。

【００２９】この翼７４は、円錐部７２ｂの近傍におい
て下降するめっき液の流れにより羽根車７２に回転力を
付与する。また、平板部７２ｃの翼７４は、羽根車７２
の回転によって基板Ｗの表面近傍のめっき液を撹拌する
作用を有する。従って、先の実施の形態と同様に、コン
タクトホール５６および溝５８内へのめっき液の流入を
促進する。なお、この例では筒状部７２ａの羽根は設け
られていないが、設けても良いことは言うまでもない。

【００３０】図６は、この発明のさらに他の実施の形態
のめっき装置を示すもので、この実施の形態において
は、上面に基板保持部８２が形成されている基板保持台
８０が磁気軸受により支持されている。すなわち、基板
保持台８０には、下端にモータ８６が連結された軸体８
４が設けられ、これはめっき容器１０の底部を貫通して
下方に延びている。軸体８４は、容器の底部と軸体の間
に構成された上部ラジアル磁気軸受８８、下部ラジアル
磁気軸受９０及びアキシャル磁気軸受９２によって回転
自在に支持されている。モータ８６と軸体８４とは、磁
気継手９４を介して非接触で連結されている。

【００３１】この実施の形態においても、基板保持台８
０を回転させることにより、基板Ｗのコンタクトホール
５６および溝５８内へのめっき液の流入を促進し、窪み
へのめっき金属の良好な充填を行わせる。しかも、基板
保持台８０を磁気軸受８８，９０，９２を介して支持す
ることで、めっき液中に摩耗によるパーティクルや潤滑
油が混入することを防止することができる。

【００３２】なお、上記においてはめっき液供給部と基
板のいずれか一方を磁気軸受で支持して回転させる実施
の形態を説明したが、これらの双方をともに磁気軸受で
支持して回転させるようにしてもよい。両者を逆方向に
回転させることにより相対速度が大きくなり、基板表面
近傍でにおけるめっき液の流動、撹拌効果が大きくな
る。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
摩耗によるパーティクルや潤滑剤によるめっきの品質を
低下を防止しつつ、微細な配線用の溝等の窪み内部に、
銅やその合金のような金属の健全なめっき層を効率良く
形成することができるので、高密度化する半導体集積回
路の実用化を促進する有用な技術を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のめっき装置の全体
の概要を示す断面図である。

【図２】本発明のめっき装置によってめっきを行なう工
程の一例を示す断面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図４】本発明の第３の実施の形態をを示す断面図であ
る。

【図５】図４に示す羽根車の底面図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態のめっき装置の全体
の概要を示す断面図である。

【符号の説明】

１０めっき容器１４，８２基板保持部２０被覆部材２４シャワヘッド（回転部材）２６，８８，９０，９２磁気軸受４０羽根４６加振装置７０ディフューザ（回転部材）７２羽根車（回転部材）８０基板保持台（回転部材）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】めっき液及び被めっき基板を収容するめ
っき容器と、該めっき容器の内部において磁気浮上機構により非接触
で支持され、回転機構によって回転することにより前記
基板の表面近傍のめっき液を流動させる回転部材を有す
ることを特徴とするめっき装置。
【請求項２】前記回転部材は基板に向けてめっき液を
導くめっき液供給部材であることを特徴とする請求項１
に記載のめっき装置。
【請求項３】前記めっき液供給部材は筒状部とその下
方に接続されてめっき液を水平方向に導く案内部を有
し、前記筒状部において前記磁気浮上機構により支持さ
れていることを特徴とする請求項２に記載のめっき装
置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載のめ
っき装置を用いてめっきを行った後、基板に付着した金
属の不要部分を化学的・機械的研磨装置により研磨して
除去することを特徴とする基板の加工方法。