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技術 無電解めっき装置

出願人 株式会社荏原製作所
発明者 井上裕章三島浩二狩俣努中村憲二松本守治
出願日 2000年10月26日 (20年2ヶ月経過) 出願番号 2000-327798
公開日 2002年5月9日 (18年7ヶ月経過) 公開番号 2002-129344
状態 特許登録済
技術分野 半導体の電極 化学的被覆 半導体集積回路装置の内部配線
主要キーワード 赤外線検知センサ 大型ポンプ 液温上昇 保温部材 並進動作 装置構成部材 線状ヒータ 堰部材
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

めっき液の使用量を少なくでき、安定なめっきプロセスが維持でき、装置の小型化と低コスト化が図れ、膜厚の面内均一性が図れる無電解めっき装置を提供すること。

解決手段

被めっき面を上向きにして半導体基板Wを保持する保持手段11と、保持手段11に保持された半導体基板Wの被めっき面の周囲をシールする堰部材31と、堰部材31でシールされた半導体基板Wの被めっき面に無電解めっき処理液を供給して溜めるシャワーヘッド41と、半導体基板Wの下側に設置される裏面ヒータ15(15−1,15−2)とを具備する。裏面ヒータ15と半導体基板Wの間に気体を満たす隙間(均一温度形成部17)を設ける。

概要

背景

従来、半導体基板上に配線回路を形成する材料としてアルミニウム又はアルミニウム合金が一般に用いられてきたが、集積度の向上に伴い、より伝導率の高い材料を配線材料に採用することが要求されている。このため配線材料として銅又はその合金を用い、これを半導体基板にめっき処理することで基板に形成された配線パターン用の溝に充填する方法が提案されている。

配線パターン用の溝に銅又はその合金を充填する方法としては、CVD(化学的蒸着)やスパッタリング等各種の方法が知られているが、金属層材質が銅又はその合金である場合、即ち、銅配線を形成する場合には、CVDではコストが高く、またスパッタリングでは高アスペクトパターンの深さの幅に対する比が大きい)の場合に埋め込みが不可能である等の短所を有しており、めっきによる方法が最も有効だからである。

一方無電解めっき装置の中には、従来めっき工程やめっきに付帯する前処理工程洗浄工程を行うユニットを複数設けて無電解めっき処理を行う無電解めっき装置の代わりに、これらの各処理工程を一つのユニットで行う無電解めっき装置が提案されている。図7はこの種の無電解めっき装置の概略構成を示す図である。同図に示すようにこの無電解めっき装置は、モータMによって回転駆動される保持手段81上に載置・固定された半導体基板Wの周囲にカバー83を設置し、半導体基板Wを点線で示す位置でモータMによって回転しながらめっき液めっき槽87からポンプPによって半導体基板Wの上部中央に供給し、回転による遠心力でめっき液を半導体基板Wの上面全体に広げてめっきを行いながら、半導体基板Wから落ちためっき液をカバー83のめっき液回収部85からめっき槽87に戻して循環させる。

一方めっき終了後の半導体基板Wは同図に実線で示す位置まで下降して回転し、図示しない洗浄水供給手段から洗浄水を供給することでその表面からめっき液を洗い流して洗浄液回収部86に集めて排水する。

しかしながら上記従来の無電解めっき装置においても以下のような各種問題点があった。
半導体基板の被めっき面に常時めっき液を滴下しているのでめっき液を大量に循環使用することとなってしまう。また大量のめっき液を循環使用すると、大型ポンプが必要になり、ポンプの発熱による液温上昇に対する液温維持装置が必要で装置コストが上昇するばかりか装置が大型化し、ひいてはこの装置を収納するクリーンルームコストが上昇してしまう。

めっき液を常時循環使用するので無電解めっきの原理上、副生成物が系内に蓄積し、安定なめっきプロセスが維持できない。また安定なめっきプロセスを得るためには、めっき液の分析及び液調整装置が必要となり、装置コストの上昇及びクリーンルームコストの上昇を招く。

めっき液を大量に循環使用するため各装置構成部材からパーティクルが発生し易く循環経路内濾過装置Fを設置する必要が生じ、装置コスト上昇及びクリーンルームコスト上昇を招く。

被めっき面上の一箇所のみに常時めっき液を供給しながらめっきを行うと、めっき液を滴下していた部分のめっき膜厚が他の部分のめっき膜厚に比べて薄くなることが実験で確かめられており、膜厚の面内均一性が悪化する。これはめっき液を滴下した部分のみが他の部分に比べてめっき液の流速や厚み等が異なることでその反応状態が異なることが原因と考えられる。

無電解めっきを行わせるためには、被めっき面とめっき液との反応面の温度を所定の一定温度に維持しておく必要があるので、大量のめっき液をめっき反応に最適な温度まで常時昇温させておく手だてが必要となり、装置コストの上昇及びクリーンルームコストの上昇を招き、且つめっき液を常時昇温させておくのでめっき液の劣化を促進してしまう。

常時半導体基板を回転させているので、半導体基板の周速による放熱で温度降下が顕著になり安定なめっきプロセスが得られない。

めっき液を滴下ではなく噴霧によって被めっき面に供給しようとした場合は、めっき液の温度制御が不確実になり安定なめっきプロセスが得られない。

概要

めっき液の使用量を少なくでき、安定なめっきプロセスが維持でき、装置の小型化と低コスト化が図れ、膜厚の面内均一性が図れる無電解めっき装置を提供すること。

被めっき面を上向きにして半導体基板Wを保持する保持手段11と、保持手段11に保持された半導体基板Wの被めっき面の周囲をシールする堰部材31と、堰部材31でシールされた半導体基板Wの被めっき面に無電解めっき処理液を供給して溜めるシャワーヘッド41と、半導体基板Wの下側に設置される裏面ヒータ15(15−1,15−2)とを具備する。裏面ヒータ15と半導体基板Wの間に気体を満たす隙間(均一温度形成部17)を設ける。

目的

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、めっき液の使用量を少なくでき、安定なめっきプロセスが維持でき、装置の小型化と低コスト化が図れ、膜厚の面内均一性が図れ、さらに昇温によるめっき液の劣化を防止できる無電解めっき装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
7件

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請求項1

被めっき面を上向きにして基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板の被めっき面の周囲をシールするめっき液保持機構と、前記めっき液保持機構でシールされた基板の被めっき面に無電解めっき処理液を供給して溜める無電解めっき処理液供給手段と、前記基板の下側に設置される加熱手段とを具備し、前記加熱手段と基板の間に隙間を設けたことを特徴とする無電解めっき装置

請求項2

被めっき面を上向きにして基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板の被めっき面の周囲をシールするめっき液保持機構と、前記めっき液保持機構でシールされた基板の被めっき面に無電解めっき処理液を供給して溜める無電解めっき処理液供給手段と、前記基板近傍に設置されて基板全体を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の温度を制御する温度制御手段とを具備し、前記加熱手段は複数のゾーンに分割されると共に、前記温度制御手段によって各ゾーン毎に温度制御されることを特徴とする無電解めっき装置。

請求項3

被めっき面を上向きにして基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板の被めっき面の周囲をシールするめっき液保持機構と、前記めっき液保持機構でシールされた基板の被めっき面に無電解めっき処理液を供給して溜める無電解めっき処理液供給手段と、前記基板近傍に設置される加熱手段と、前記無電解めっき処理液を供給された基板の上を覆う蓋部材とを具備することを特徴とする無電解めっき装置。

請求項4

前記無電解めっき処理液供給手段は、基板の被めっき面の上部に設置され、且つ前記無電解めっき処理液を供給された基板の上を覆う形状に形成することで蓋部材を兼用していることを特徴とする請求項3記載の無電解めっき装置。

請求項5

前記無電解めっき装置には、基板の被めっき面に溜めた無電解めっき処理液を吸引回収する機構を設けたことを特徴とする請求項1又は2又は3又は4記載の無電解めっき装置。

技術分野

0001

本発明は、半導体基板配線形成シード層形成や、シード層の上にこれを補強する目的で形成される補助シード層形成も含む)や配線保護膜形成や拡散防止膜形成などに用いて好適な無電解めっき装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、半導体基板上に配線回路を形成する材料としてアルミニウム又はアルミニウム合金が一般に用いられてきたが、集積度の向上に伴い、より伝導率の高い材料を配線材料に採用することが要求されている。このため配線材料として銅又はその合金を用い、これを半導体基板にめっき処理することで基板に形成された配線パターン用の溝に充填する方法が提案されている。

0003

配線パターン用の溝に銅又はその合金を充填する方法としては、CVD(化学的蒸着)やスパッタリング等各種の方法が知られているが、金属層材質が銅又はその合金である場合、即ち、銅配線を形成する場合には、CVDではコストが高く、またスパッタリングでは高アスペクトパターンの深さの幅に対する比が大きい)の場合に埋め込みが不可能である等の短所を有しており、めっきによる方法が最も有効だからである。

0004

一方無電解めっき装置の中には、従来めっき工程やめっきに付帯する前処理工程洗浄工程を行うユニットを複数設けて無電解めっき処理を行う無電解めっき装置の代わりに、これらの各処理工程を一つのユニットで行う無電解めっき装置が提案されている。図7はこの種の無電解めっき装置の概略構成を示す図である。同図に示すようにこの無電解めっき装置は、モータMによって回転駆動される保持手段81上に載置・固定された半導体基板Wの周囲にカバー83を設置し、半導体基板Wを点線で示す位置でモータMによって回転しながらめっき液めっき槽87からポンプPによって半導体基板Wの上部中央に供給し、回転による遠心力でめっき液を半導体基板Wの上面全体に広げてめっきを行いながら、半導体基板Wから落ちためっき液をカバー83のめっき液回収部85からめっき槽87に戻して循環させる。

0005

一方めっき終了後の半導体基板Wは同図に実線で示す位置まで下降して回転し、図示しない洗浄水供給手段から洗浄水を供給することでその表面からめっき液を洗い流して洗浄液回収部86に集めて排水する。

0006

しかしながら上記従来の無電解めっき装置においても以下のような各種問題点があった。
半導体基板の被めっき面に常時めっき液を滴下しているのでめっき液を大量に循環使用することとなってしまう。また大量のめっき液を循環使用すると、大型ポンプが必要になり、ポンプの発熱による液温上昇に対する液温維持装置が必要で装置コストが上昇するばかりか装置が大型化し、ひいてはこの装置を収納するクリーンルームコストが上昇してしまう。

0007

めっき液を常時循環使用するので無電解めっきの原理上、副生成物が系内に蓄積し、安定なめっきプロセスが維持できない。また安定なめっきプロセスを得るためには、めっき液の分析及び液調整装置が必要となり、装置コストの上昇及びクリーンルームコストの上昇を招く。

0008

めっき液を大量に循環使用するため各装置構成部材からパーティクルが発生し易く循環経路内濾過装置Fを設置する必要が生じ、装置コスト上昇及びクリーンルームコスト上昇を招く。

0009

被めっき面上の一箇所のみに常時めっき液を供給しながらめっきを行うと、めっき液を滴下していた部分のめっき膜厚が他の部分のめっき膜厚に比べて薄くなることが実験で確かめられており、膜厚の面内均一性が悪化する。これはめっき液を滴下した部分のみが他の部分に比べてめっき液の流速や厚み等が異なることでその反応状態が異なることが原因と考えられる。

0010

無電解めっきを行わせるためには、被めっき面とめっき液との反応面の温度を所定の一定温度に維持しておく必要があるので、大量のめっき液をめっき反応に最適な温度まで常時昇温させておく手だてが必要となり、装置コストの上昇及びクリーンルームコストの上昇を招き、且つめっき液を常時昇温させておくのでめっき液の劣化を促進してしまう。

0011

常時半導体基板を回転させているので、半導体基板の周速による放熱で温度降下が顕著になり安定なめっきプロセスが得られない。

0012

めっき液を滴下ではなく噴霧によって被めっき面に供給しようとした場合は、めっき液の温度制御が不確実になり安定なめっきプロセスが得られない。

発明が解決しようとする課題

0013

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、めっき液の使用量を少なくでき、安定なめっきプロセスが維持でき、装置の小型化と低コスト化が図れ、膜厚の面内均一性が図れ、さらに昇温によるめっき液の劣化を防止できる無電解めっき装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0014

上記問題点を解決するため請求項1に記載の発明は、被めっき面を上向きにして基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板の被めっき面の周囲をシールするめっき液保持機構と、前記めっき液保持機構でシールされた基板の被めっき面に無電解めっき処理液を供給して溜める無電解めっき処理液供給手段と、前記基板の下側に設置される加熱手段とを具備し、前記加熱手段と基板の間に隙間(空間)を設けたことを特徴とする。この隙間(空間)は、気体又は液体が満たされることで均一温度形成部を構成する。これによって少量の無電解めっき処理液で被めっき面の処理が行え、無電解めっき処理液供給用のポンプとして小型のものが使用でき、無電解めっき装置のコンパクト化が図れ、これを収納するクリーンルームコストの低減化も図れる。また使用する無電解めっき処理液が少量なので無電解めっき処理液の昇温・保温が容易で即座に行える。さらに加熱手段と基板の間に気体又は液体を満たす隙間(均一温度形成部)を設けたので、加熱手段として例えば線状ヒータリング状(渦巻状)に配置したもののように面の場所によって温度にバラツキが生じる加熱手段を用いたとしても、隙間(均一温度形成部)において面全体を同一温度にすることができ、基板の各部の加熱温度を均一化できる。この無電解めっき装置(以下の請求項2,3,4の無電解めっき装置も同様)は、無電解めっき処理液として、前処理液触媒処理液無電解めっき液などを取り替えて使用することができ、一連の無電解めっき工程を単一セルで実施できる。

0015

請求項2に記載の発明は、被めっき面を上向きにして基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板の被めっき面の周囲をシールするめっき液保持機構と、前記めっき液保持機構でシールされた基板の被めっき面に無電解めっき処理液を供給して溜める無電解めっき処理液供給手段と、前記基板近傍に設置されて基板全体を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の温度を制御する温度制御手段とを具備し、前記加熱手段は複数のゾーンに分割されると共に、前記温度制御手段によって各ゾーン毎に温度制御されることを特徴とする。保持手段に保持して加熱された基板の冷却速度は各部で異なる場合が多く、通常基板の外周から冷えていく。このような場合はこの発明のように、加熱手段を複数のゾーンに分割して各ゾーン毎に温度制御することが好ましい。例えば加熱手段を基板中央に対向するゾーンと外周部に対向するゾーンに分割し、外周部に対向するゾーンの温度を基板中央に対向するゾーンの温度よりも高めにすることで、基板全体の温度を均一化する。

0016

請求項3に記載の発明は、被めっき面を上向きにして基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板の被めっき面の周囲をシールするめっき液保持機構と、前記めっき液保持機構でシールされた基板の被めっき面に無電解めっき処理液を供給して溜める無電解めっき処理液供給手段と、前記基板近傍に設置される加熱手段と、前記無電解めっき処理液を供給された基板の上を覆う蓋部材とを具備することを特徴とする。無電解めっき処理中の基板上に蓋部材を載せることで、無電解めっき処理液の蒸発気流発生に伴う放熱を抑制でき、より効果的な基板のめっきが行なえる。蓋部材は無電解めっき処理液の液面と接触しても良いし、接触しなくても良い。

0017

請求項4に記載の発明は、前記無電解めっき処理液供給手段が、基板の被めっき面の上部に設置され、且つ前記無電解めっき処理液を供給された基板の上を覆う形状に形成することで蓋部材を兼用していることを特徴とする。無電解めっき処理液供給手段に蓋部材を兼用させることにより、装置のコンパクト化・低コスト化が図れる。

0018

請求項5に記載の発明は、前記無電解めっき装置に、基板の被めっき面に溜めた無電解めっき処理液を吸引回収する機構を設けたことを特徴とする。

発明を実施するための最良の形態

0019

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。この実施形態にかかる無電解めっき装置は、例えば半導体基板Wの表面に無電解銅めっきを施して、銅層からなるシード層や配線を形成するのに使用される。このめっき工程の一例を図1を参照して説明する。

0020

半導体基板Wには、図1(a)に示すように、半導体素子が形成された基板1の導電層1aの上にSiO2からなる絶縁膜2が堆積され、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が形成され、その上にTiN等からなるバリア層5、更にその上に無電解銅めっきによってシード層7が形成される。なおシード層7はスパッタなどによって予め形成しておき、このシード層7の上にこれを補強するために補助シード層を無電解銅めっきによって形成する場合もある。そして図1(b)に示すように半導体基板W表面に銅めっきを施すことで半導体基板Wのコンタクトホール3及び溝4内に銅を充填させると共に、絶縁膜2上に銅層6を堆積させる。その後化学的機械的研磨(CMP)により絶縁膜2上の銅層6を除去して、図1(c)に示すようにコンタクトホール3および配線用の溝4に充填した銅層6の表面と絶縁膜2の表面とを略同一平面にし、露出する金属表面の上に配線保護膜8を形成する。

0021

図2は本発明の一実施形態を用いて構成される無電解めっき装置の概略構成図である。同図に示すようにこの無電解めっき装置は、被めっき部材である半導体基板Wをその上面に保持する保持手段11と、保持手段11に保持された半導体基板Wの被めっき面(上面)の周縁部に当接して該周縁部をシールする堰部材(めっき液保持機構)31と、堰部材31でその周縁部をシールされた半導体基板Wの被めっき面にめっき液(無電解めっき処理液)を供給するシャワーヘッド(無電解めっき処理液(分散)供給手段)41と、保持手段11の上部外周近傍に設置されて半導体基板Wの被めっき面に洗浄液を供給する洗浄液供給手段51と、排出された洗浄液等(めっき廃液)を回収する回収容器61と、半導体基板W上に保持しためっき液を吸引して回収するめっき液回収ノズル65と、前記保持手段11を回転駆動するモータ(回転駆動手段)Mとを具備して構成されている。以下各部材について説明する。

0022

保持手段11はモータMによって回転駆動されると共に、図示しない昇降手段によって上下動できるように構成されている。そしてこの保持手段11はその上面を半導体基板Wを載置して保持する基板載置部13としている。この基板載置部13には半導体基板Wが載置されて固定されるように構成されているが、基板載置部13の半導体基板Wを載置する部分には円形半導体ウエハWの直径よりも少し小さい内径の凹状の均一温度形成部17が設けられている。均一温度形成部17の中央と周囲の所定位置にはそれぞれ温度センサ14が埋め込まれている。これら温度センサ14は対向する半導体基板Wの裏面温度を検知する例えば赤外線検知センサによって構成されている。一方保持手段11内部の均一温度形成部17の下側には、半導体基板Wの被めっき面を下面側から暖めて保温する裏面ヒータ(加熱手段)15−1,15−2が設置されている。裏面ヒータ15−1,2は図3に示すように中央に設置される円板形状の裏面ヒータ15−1と、その周囲を囲むように設置されるリング状の裏面ヒータ15−2によって構成されている。これら裏面ヒータ15−1,2は例えばラバーヒータによって構成されており、図3に示す温度制御手段20によってそれぞれ所定の温度となるように制御されている。温度制御手段20には前記各温度センサ14からの温度検知信号が入力される。

0023

堰部材31は筒状であってその下部に半導体基板Wの外周縁をシールするシール部33を設け、図示の位置から上下動しないように設置されている。

0024

シャワーヘッド41は、先端に多数のノズルを設けることで、供給されためっき液をシャワー状に分散して半導体基板Wの被めっき面に略均一に供給する構造のものである。供給されるめっき液は、めっきに好適な温度(例えば50℃)に加熱されていることが好ましい。このためめっき液供給源からシャワーヘッド(めっき液供給手段)41までの配管は、保温性の高い部材を用いることが好ましい。例えば配管を二重管構造にして中央の通路にめっき液を通し、外側の通路に保温部材(例えば所定温度(例えば50℃)に昇温した空気等の気体や水,温水等の液体等)を充填するなどである。昇温した気体や液体を充填した場合は、めっき液供給源でのめっき液温度が低くても配管中で加熱され、シャワーヘッド41に到ったときはめっきに好適な温度まで上昇させることができる。一方洗浄液供給手段51は、ノズル53から洗浄液を噴出する構造である。

0025

めっき液回収ノズル65は上下動且つ旋回できるように構成されていて、その先端が半導体基板W上面周縁部の堰部材31の内側に下降して半導体基板W上のめっき液を吸引するように構成されている。

0026

次にこの無電解めっき装置の動作を説明する。まず図示の状態よりも保持手段11を下降して堰部材31との間に所定寸法の隙間を設け、基板載置部13上に半導体基板Wを載置・固定する。このとき均一温度形成部17は塞がれる。半導体基板Wとしては例えばφ8インチウエハを用いる。

0027

次に保持手段11を上昇して図示のようにその上面を堰部材31の下面に当接し、同時に半導体基板Wの外周を堰部材31のシール部33によってシールする。このとき半導体基板Wの表面は開放された状態となっている。

0028

次に裏面ヒータ15(15−1,2)によって半導体基板Wを空気層からなる均一温度形成部17を介して加熱して例えば半導体基板Wの温度を70℃にし(めっき終了まで維持する)、次にシャワーヘッド41から例えば50℃に加熱されためっき液を噴出して半導体基板Wの表面の略全体にめっき液を降り注ぐ。各裏面ヒータ15−1,15−2の加熱温度は、各温度センサ14が検出した半導体ウエハWの各部の温度に応じて図3に示す温度制御手段20が制御する。例えば半導体基板Wは通常中央部分よりも外周端の方が冷え易いが、そのような場合は裏面ヒータ15−2の加熱温度を裏面ヒータ15−1の加熱温度よりも少し高くなるようにし、これによって半導体基板Wの保温温度を各部均一に保つ。

0029

次に半導体基板W表面は堰部材31によって囲まれているので、注入しためっき液は全て半導体基板W表面に保持される。供給するめっき液の量は半導体基板W表面に1mm厚(約30ml)となる程度の少量で良い。なお被めっき面上に保持するめっき液の深さは10mm以下であれば良く、この実施形態のように1mmでも良い。本実施形態のように供給するめっき液が少量で済めばこれを加熱する加熱装置も小型のもので良くなる。そしてこの実施形態においては、半導体基板Wの温度を70℃に、めっき液の温度を50℃に加熱しているので、半導体基板Wの被めっき面は例えば60℃になり、この実施形態におけるめっき反応に最適な温度にできる。このように半導体基板W自体を加熱手段によって加熱するように構成すれば、加熱するのに大きな消費電力の必要なめっき液の温度をそれほど高く昇温しなくても良いので、消費電力の低減化やめっき液の組成変化の防止が図れ、好適である。なお半導体基板W自体の加熱のための消費電力は小さくて良く、また半導体基板W上に溜めるめっき液の量は少ないので、裏面ヒータ15による半導体基板Wの保温は容易に行え、裏面ヒータ15の容量は小さくて良く装置のコンパクト化が図れる。また半導体基板W自体を直接冷却する手段をも用いれば、めっき中に加熱・冷却を切替えてめっき条件を変化させることも可能である。半導体基板上に保持されているめっき液は少量なので、感度良く温度制御が行える。

0030

一方本実施形態においては、裏面ヒータ15と半導体基板Wの間に気体を満たす隙間(空間)からなる均一温度形成部17を設けているが、均一温度形成部17の熱容量は大きいので、たとえ裏面ヒータ15の表面温度にバラツキがある場合でも、均一温度形成部17の各部の温度は均一温度になり、半導体ウエハWの裏面を精度良く均一温度に加熱できる。なおこの実施形態においては気体として空気を用いたが、不活性ガス等の他の各種気体であっても良い。

0031

そしてモータMによって半導体基板Wを瞬時回転させて被めっき面の均一な液濡れを行い、その後半導体基板Wを静止した状態で被めっき面のめっきを行う。具体的には、半導体基板Wを1secだけ100rpm以下で回転して半導体基板Wの被めっき面上をめっき液で均一に濡らし、その後静止させて1min間無電解めっきを行わせる。なお瞬時回転時間は長くても10sec以下とする。

0032

上記めっき処理が完了した後、めっき液回収ノズル65の先端を半導体基板Wの表面周縁部の堰部材31内側近傍に下降し、めっき液を吸い込む。このとき半導体ウエハWを例えば100rpm以下の回転速度で回転させれば、半導体基板W上に残っためっき液を遠心力で半導体基板Wの周縁部の堰部材31の部分に集めることができ、効率良く、且つ高い回収率でめっき液の回収ができる。そして保持手段11を下降して半導体基板Wを堰部材31から離し、半導体基板Wの回転を開始して洗浄液供給手段51のノズル53から洗浄液(超純水)を半導体基板Wの被めっき面に噴射して被めっき面を冷却すると同時に希釈化・洗浄することで無電解めっき反応を停止させる。このときノズル53から噴射される洗浄液を堰部材31にも当てることで堰部材31の洗浄を同時に行っても良い。このときのめっき廃液は、回収容器61に回収され、廃棄される。

0033

なお一度使用しためっき液は再利用せず、使い捨てとする。前述のようにこの装置において使用されるめっき液の量は従来に比べて非常に少なくできるので、再利用しなくても廃棄するめっき液の量は少ない。なお場合によってはめっき液回収ノズル65を設置しないで、使用後のめっき液も洗浄液と共にめっき廃液として回収容器61に回収しても良い。

0034

そしてモータMによって半導体基板Wを高速回転してスピン乾燥した後、保持手段11から取り出す。

0035

図4は本発明の他の実施形態を用いて構成される無電解めっき装置の概略構成図である。なお説明の都合上、図2に示した洗浄液供給手段51とめっき液回収ノズル65の記載は省略している。この実施形態において図2に示す実施形態と相違する点は、半導体基板Wの上を覆う蓋部材25を設置した点のみである。この蓋部材25は堰部材31の上面を塞ぐ位置と、塞がない位置とで移動自在に構成されており、通常は堰部材31の上面を塞がない位置にあり、シャワーヘッド41によって半導体ウエハW上にめっき液が供給された後に堰部材31の上面を塞ぐ図示の位置に移動する。

0036

めっき液が供給された半導体ウエハW上を蓋部材25で覆うことで、めっき液の蒸発、気流発生に伴う放熱を抑制でき、無電解めっき時温度管理をより容易且つ精度良く行うことができる。なおこの実施形態では半導体ウエハW上のめっき液と蓋部材25との間に空間を設けているが、両者は接触しても良い(通常はめっき液の温度変化を防止するために両者は接触させない方が良い)。

0037

図5は本発明のさらに他の実施形態を用いて構成される無電解めっき装置の概略構成図である。この図においても図2に示す洗浄液供給手段51とめっき液回収ノズル65の記載は省略している。この実施形態において図4に示す実施形態と相違する点は、蓋部材25を独立した部材として設けず、シャワーヘッド41に蓋部材25を兼用させた点である。すなわち半導体基板Wの被めっき面の上部に位置するシャワーヘッド41を上下動自在に構成し、且つシャワーヘッド41の外周に板状の張り出し部26を設けることでシャワーヘッド41自体を半導体基板Wの上を覆う蓋部材25とした。このように構成すれば、別途蓋部材25を設置しなくても良いので、装置のコンパクト化、低コスト化が図れる。

0038

図6は本発明のさらに他の実施形態を用いて構成される無電解めっき装置の概略構成図である。この図に示す実施形態において前記図2に示す実施形態と相違する点は、凹状の均一温度形成部17を設ける代りに、保持手段11の内部に中空の均一温度形成部17を設け、その内部に液体(例えば水)を充填した点である。このように構成しても、裏面ヒータ15と半導体基板Wの間に熱容量の大きい液体を満たす隙間(空間)からなる均一温度形成部17が形成されるので、たとえ裏面ヒータ15の表面温度にバラツキがある場合でも、均一温度形成部17において各部の温度を均一温度にでき、半導体ウエハWの裏面を精度良く均一温度に加熱できる。なおこの実施形態においては均一温度形成部17内に水等の液体を充填したが、空気等の気体を充填しても良い。またこの中空の均一温度形成部17内の液体を外部に引き出す配管とポンプを取り付けることによって、液体の入れ替えなどを行うようにしても良い。その場合供給する液体温度は所定の温度に昇温させておくことが好ましい。

0039

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば本発明にかかる無電解めっき装置は、シード層や配線用の銅層形成に限られず、配線保護膜形成や拡散防止膜形成などにも用いることができる。

0040

さらに本発明にかかる無電解めっき装置は、無電解めっきの前処理工程や触媒処理工程にも用いることができる。即ち例えば上記実施形態ではシャワーヘッド41から無電解めっき液を半導体基板Wの被めっき面に供給して無電解めっきを行わせたが、無電解めっき液の供給工程の前にシャワーヘッド41から無電解めっきの前処理工程や触媒処理工程に用いる他の無電解めっき処理液を供給することで、これらの処理工程も無電解めっき工程と共にこの無電解めっき装置で行うことができる。

0041

上記実施形態では被めっき面上にめっき液を保持して静止させた状態でメッキしたが、めっきムラが生じない程度にゆっくりと回転させても良い。

0042

また被めっき面にめっき液を分散して供給可能であればシャワーヘッドに限ることはなく、例えば揺動動作又は並進動作を行いながらめっき液を供給するノズルを設けても良い。

0043

上記実施形態ではめっき後の洗浄工程において保持手段11を堰部材31から引き離した状態で洗浄液を供給して洗浄を行ったが、保持手段11を堰部材31から引き離さない状態のまま洗浄液を供給し、洗浄液を堰部材31の上部の淵からオーバーフローさせることでその洗浄を行っても良い。洗浄液の供給によって内部に残っためっき液が希釈化されると同時に液温が低下し、これによって無電解めっきの反応は停止する。なお保持手段11を下降させる代わりに堰部材31を引き上げることで両者を引き離しても良い。

0044

上記裏面ヒータ15によって半導体基板Wを加熱する際(特に加熱開始からめっき液を接液するまでの間)、半導体基板Wの被めっき面に酸化防止を目的に不活性ガス、例えばアルゴン(Ar)ガスを吹き付けることが好ましい。半導体基板W表面に例えばスパッタ等によるシード層が露出している場合は、これが加熱されるとその表面が酸化する恐れがあるので、これを防止してより膜厚の均質めっき層を前記シード層上に形成しようとするような場合に用いれば特に効果的である。

0045

上記実施形態では半導体基板Wの加熱手段として裏面ヒータ15を用いたが、基板近傍の他の位置にヒータを設置してもよい。またヒータを用いると共に、無電解めっきを行なう雰囲気の温度を無電解めっき処理温度(反応面である被めっき面のめっきに好適な温度)とほぼ同等にすることで、放熱を防止して処理温度を一定に保つことができる。この場合は基板の周囲に加熱した気体を供給するなどすればよい。

0046

上記実施形態では基板の被めっき面上に供給した無電解めっき処理液を接液させる工程として、基板を瞬時回転する工程を用いたが、その他にも、要は基板を動かすことや、供給した無電解めっき処理液を動かすことによって無電解めっき処理液を被めっき面全体に接液させる工程であればよい。即ち基板を動かす工程としては、例えば無電解めっき処理液が供給された基板を振動させることや、揺動させる(揺り動かす)こと等であり、供給した無電解めっき処理液を動かす工程としては、供給した無電解めっき処理液を掻き均し部材を用いて掻き均すことや、液面に送風すること等である。

0047

上記実施形態では半導体基板に無電解めっきする例を示したが、半導体基板以外の各種基板に無電解めっきする場合にも適用できることは言うまでもない。

発明の効果

0048

以上詳細に説明したように本発明によれば以下のような優れた効果を有する。
被めっき面上に無電解めっき処理液を所定時間溜めて保持することで被めっき面を処理するように構成したので、少量の無電解めっき処理液で被めっき面の処理が行え、コスト低減が図れ、また無電解めっき処理液供給用のポンプとして小型のものが使用でき、無電解めっき装置のコンパクト化が図れ、これを収納するクリーンルームコストの低減化も図れる。また使用する無電解めっき処理液が少量なので無電解めっき処理液の昇温・保温が容易で即座に行え、且つ大量の無電解めっき処理液を常時昇温させておく必要がないので無電解めっき処理液の劣化が促進されることもない。

0049

使用する無電解めっき処理液の量が少なくて良いので、そのまま廃棄してもコスト増加にはならず、常に新規な無電解めっき処理液を使用できて処理液組成を一定にでき、循環使用する場合に生じる副生成物などが系内に堆積せず安定なめっき等の処理が容易に行え、めっき液の液分析装置や液調整装置が不要になり、装置コストの低減化及びクリーンルームコストの低減化が図れる。また無電解めっき処理液を大量に循環使用しないので、各装置構成部材からパーティクルが発生しにくく、濾過装置が不要になる。

0050

無電解めっき処理液を被めっき面上に保持して処理を行うので、無電解めっき処理液を被めっき面上に滴下しながら処理を行う場合に比べて被めっき面の各部の処理条件を同一にでき、形成されるめっき膜厚の面内均一化が図れる。特に基板を静止させた状態で処理を行えば、基板を回転しながら処理を行う場合に比べて基板の周速による放熱が生じず、温度降下せずに反応温度の均一化が図れ、安定なプロセスが得られる。

0051

加熱手段と基板の間に隙間(均一温度形成部)を設けたので、加熱手段としてその表面の温度にバラツキのある加熱手段を用いたとしても、隙間(均一温度形成部)においてその全体を同一温度にすることができ、基板の各部の加熱温度を均一化できる。

0052

加熱手段を複数のゾーンに分割し、各ゾーン毎に温度制御するように構成したので、基板全体の温度の均一化を図ることができる。

0053

無電解めっき処理液を供給した基板の上を蓋部材で覆うように構成したので、無電解めっき処理液の蒸発、気流発生に伴う放熱を抑制でき、より効果的な基板のめっきが行なえる。特に無電解めっき処理液供給手段自体に蓋部材を兼用させれば、装置のコンパクト化・低コスト化が図れる。

0054

無電解めっき処理液として、前処理液、触媒処理液、無電解めっき液などを取り替えて使用することができ、従って一連の無電解めっき工程を単一セルで実施可能となり、装置のコンパクト化が図れる。

図面の簡単な説明

0055

図1めっき工程の一例を示す図である。
図2本発明の一実施形態を用いて構成される無電解めっき装置の概略構成図である。
図3裏面ヒータ15−1,15−2の平面図である。
図4本発明の他の実施形態を用いて構成される無電解めっき装置の概略構成図である。
図5本発明の他の実施形態を用いて構成される無電解めっき装置の概略構成図である。
図6本発明の他の実施形態を用いて構成される無電解めっき装置の概略構成図である。
図7従来の無電解めっき装置の概略構成図である。

--

0056

W半導体基板(基板)
11保持手段(基板保持手段)
13 基板載置部
15裏面ヒータ(加熱手段)
17均一温度形成部(隙間)
20温度制御手段
25蓋部材
31堰部材(めっき液保持機構)
33シール部
41シャワーヘッド(無電解めっき処理液供給手段)
51洗浄液供給手段
53ノズル
61回収容器
65 めっき液回収ノズル
M モータ

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