JPH1180990A - めっき前処理装置 - Google Patents

めっき前処理装置

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JPH1180990A
JPH1180990A JP26502797A JP26502797A JPH1180990A JP H1180990 A JPH1180990 A JP H1180990A JP 26502797 A JP26502797 A JP 26502797A JP 26502797 A JP26502797 A JP 26502797A JP H1180990 A JPH1180990 A JP H1180990A
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plating liquid
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 表面に微細窪み62を有する基板2に、
微細窪み62を充填するようにめっきを行なうためのめ
っき前処理方法において、基板2を含む雰囲気を排気す
る工程と、基板2を液体52に浸漬させる工程と、基板
2を包囲する液体52を加圧する工程とを有する。

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CV
D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を取り付けたアノード電極4およ
びカソード電極3を対向して配置し、めっき操作中、め
っき液撹拌用の撹拌器11がめっき液9を撹拌するもの
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】微細溝が形成された被めっき基板をめっき
液に浸漬させる場合、通常その微細溝には空気が残留
し、図7のように、完全にはめっき液が浸透しない。こ
れは被めっき基板のぬれ性やめっき液の表面張力等の影
響によるものと考えられ、微細溝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方法にお
いて、前記基板を含む雰囲気を真空に排気する工程と、
前記基板を液体に浸漬する工程と、前記基板を包囲する
液体を加圧する工程とを有することを特徴とするめっき
前処理方法である。
【0008】これにより、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、被めっき基板がその液に浸漬すると、被め
っき基板の表面はその液に接する。基板上の微細溝には
表面張力等の別の力が作用するため微細溝内には液体蒸
気の気泡が存在するが、圧力を作用させることによりそ
の気泡を潰し、微細溝に液体を導入することができる。
【0009】請求項2に記載の発明は、さらに、前記基
板を包囲する液体に圧力変動を与える工程を有すること
を特徴とする請求項1に記載のめっき前処理方法であ
る。これにより、液体蒸気の気泡を潰し、微細溝への液
体の導入をさらに促進することができる。
【0010】請求項3に記載の発明は、前記液体とし
て、水、アルコール、又はめっき液又はこれらの混合液
を用いることを特徴とする請求項1に記載のめっき前処
理方法である。これらの液体種類の選択は、基板との濡
れ性や後のめっき処理との関連を考慮して行なう。
【0011】請求項4に記載の発明は、前記浸漬工程に
おいて、基板の濡れ性を改善する表面活性剤を用いるこ
とを特徴とする請求項1に記載のめっき前処理方法であ
る。これにより、基板との濡れ性を低下させて液体の微
細溝への導入を容易にする。これらは、液体に事前に添
加しておいてもよいが、液体表面活性剤を先に導入し、
微細溝内表面のぬれ性改善を行った後、液体を導入する
ようにしてもよい。
【0012】請求項5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
枚づつバッチ式に行ってもよい。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6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5に記載のめっき前処理装置で
ある。請求項7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6に記載のめっき前処理装置である。請求項8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6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5
6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1
2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
して処理装置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。ガス導入装置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
るような微細溝が形成されている。この基板2を密閉容
器の台上に載置し、排気弁23を開いて排気ポンプ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0.01
Torr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、
ガス導入弁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5
7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5
3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
気配管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とガス排気配管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6
0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 (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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
    理方法において、 前記基板を含む雰囲気を排気する工程と、 前記基板を液体に浸漬させる工程と、 前記基板を包囲する液体を加圧する工程とを有すること
    を特徴とするめっき前処理方法。
  2. 【請求項2】 さらに、前記基板を包囲する液体に圧力
    変動を与える工程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方法。
  3. 【請求項3】 前記液体として、水、アルコール、又は
    めっき液又はこれらの混合液を用いることを特徴とする
    請求項1に記載のめっき前処理方法。
  4. 【請求項4】 前記浸漬工程において、基板の濡れ性を
    改善する表面活性剤を用いることを特徴とする請求項1
    に記載のめっき前処理方法。
  5. 【請求項5】 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。
  6. 【請求項6】 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
    5に記載のめっき前処理装置。
  7. 【請求項7】 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6に記載の
    めっき前処理装置。
  8. 【請求項8】 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6に記載のめっき前処理装
    置。
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