(57)【要約】本発明は、きわめて望ましい方式で基板表面上に導電性材料をめっきするための方法および装置に関する。本発明は、キャビティ部分上に配置される少なくとも１種の添加物よりも加工物の頂部上に吸着される少なくとも１種の添加物をより除去し、それにより、添加物が頂部上に完全に再吸着する前に導電性材料のめっきが起こることを可能とし、頂部よりキャビティ部分により多くのめっきが起こるようにする。
2004521186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂部とキャビティ部分を含む加工物の導電性頂部表面をめっきする方法であって、
前記加工物の前記導電性頂部表面上に少なくとも１種の添加物を含む電解液を適用し、添加物の第１の部分が頂部上に吸着され、添加物の第２の部分がキャビティ部分に吸着されるようになる工程、
前記頂部に外的影響を適用し、前記外的影響が前記加工物の前記頂部から前記頂部上にすでに吸着されている前記添加物の前記第１の部分の一部を除去する工程、
前記頂部上に前記添加剤が完全に再吸着される前に前記加工物の前記導電性頂部表面をめっきし、それにより前記頂部に対してより大きいめっきを前記キャビティ部分に施す工程
を具備する方法。
【請求項２】
前記外的影響を適用する工程が、前記頂部上に吸着される前記添加物の前記第１の部分を物理的に掃引するために前記加工物の前記導電性頂部表面上に適用される可動性マスクを用い、それによりある時間前記頂部上に吸着される前記添加物の量を減少させる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記外的影響を適用する工程の前記可動性マスクが前記加工物の前記頂部と物理的接触する請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記可動性マスクにより前記外的影響を適用する工程が、前記外的影響にすでに供されてきた前記頂部の領域を、めっきの工程の間めっき電流が前記加工物の前記領域とアノードとの間に存在するように前記可動性マスクの開口領域と一致させる請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記めっき工程の間に、第１の電流密度を有する電流パルスが前記アノードと前記加工物の前記領域との間の前記可動性マスクの前記開口領域の中に形成され、前記第１の電流密度は、前記可動性マスクにより覆われる前記加工物のもう１つの領域に存在する第２の電流密度より大きい請求項４記載の方法。
【請求項６】
ある時間、複数の電流パルスが前記アノードと前記加工物の異なる領域との間に生成する請求項５記載の方法。
【請求項７】
合計された前記複数の電流パルスが電源により提供されたＤＣ電流に等しい請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記めっき工程がめっきの間にＤＣ電力を提供する工程を含む請求項４記載の方法。
【請求項９】
前記ＤＣ電力を提供する工程が、めっき電流が実質的に一定に保たれる電流制御モードで行われる請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ＤＣ電力を提供する工程がめっき電圧が実質的に一定に保たれる電圧制御モードで行われる請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１種の添加物が促進剤を含む請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記めっき工程の間、より多くの添加物が前記頂部上よりも前記キャビティ部分上に吸着される請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記めっき工程が、除去された前記添加物の前記第１の部分の一部が完全に再吸着する前にのみ行われる請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記外的影響とめっきを適用する工程が反復される請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１種の添加物が、阻害剤と促進剤の両方を含む複数の添加物を含む請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記外的影響を適用する工程が、前記阻害剤が前記促進剤より強力な吸着特性を有する結果として、前記阻害剤より大きなパーセンテージの前記促進剤を除去する請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記めっき工程が、除去された前記促進剤が前記頂部上に完全に再吸着する前にのみなされる請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記外的影響およびめっきを適用する工程が反復される請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
前記外的影響を適用する工程の後、前記阻害剤が、前記加工物の前記頂部上に前記促進剤より急速に再吸着する請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
前記めっき工程が、前記阻害剤が再吸着して後、除去された前記促進剤が前記頂部上に完全に再吸着する前になされる請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記外的影響およびめっきを適用する工程が反復される請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記めっき工程が、めっきの間にパルス電力を提供する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項２３】
前記めっき工程が、めっきの間にＤＣ電力を提供する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項２４】
前記めっき工程が、銅をめっきする請求項１記載の方法。
【請求項２５】
前記めっき工程が、銅合金をめっきする請求項１記載の方法。
【請求項２６】
前記頂部に前記外的影響を適用する工程が、前記頂部と前記キャビティ部分との間の表面抵抗の差を設ける請求項１記載の方法。
【請求項２７】
前記外的影響を適用する工程が前記加工物の前記導電性頂部表面上に適用されるマスクを用い、前記マスクと前記加工物との間の相対的な動きが前記頂部上に吸着される前記添加物の前記第１の部分の物理的な掃引を生じさせ、それによりある時間前記頂部上に吸着された前記添加物の量を減少させる請求項１記載の方法。
【請求項２８】
前記外的影響を適用する工程の前記可動性マスクが、前記加工物の前記頂部と物理的接触する請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
前記可動性マスクにより前記外的影響を適用する工程が、前記外的影響にすでに供された前記頂部の領域を、前記めっき工程の間、めっき電流が前記加工物の開口領域とアノードとの間に存在するように前記可動性マスクの開口領域と一致させる請求項２７記載の方法。
【請求項３０】
前記添加物と前記加工物の前記表面との間の結合を緩和する働きをする前記電解質に別の添加物を加える工程をさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項３１】
頂部とキャビティ部分を含む加工物の導電性頂部表面をめっきする方法であって、
前記加工物の前記導電性頂部表面上に少なくとも１種の添加物を含む電解液を適用する工程、
前記少なくとも１種の添加物が前記頂部上より前記キャビティ部分上でより強くめっきされるような効果を作り出すように前記頂部に外的影響を適用する工程、
前記外的影響を適用する工程由来の効果が持続する間に前記加工物の前記導電性頂部表面をめっきする工程
を備える方法。
【請求項３２】
前記外的影響を適用する工程の効果が、前記キャビティ部分に対して前記頂部上に吸着される少なくとも１種の添加物の量の差を作り出す請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記外的影響を適用する工程が、前記頂部上に吸着される前記少なくとも１種の添加物の第１の部分を物理的に掃き落とすために前記加工物の前記導電性頂部表面上に適用される、前記加工物に対して可動的であるマスクを用い、それによりある時間前記頂部上に吸着された前記添加物の前記第１の部分の量を減少させる請求項３１記載の方法。
【請求項３４】
前記外的影響を適用する工程の前記マスクが前記加工物の前記頂部と物理的接触する請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
前記マスクにより外的影響を適用する工程が、前記外的影響にすでに供された前記頂部の領域を、めっき工程の間、めっき電流が前記加工物の前記領域とアノードとの間に存在するように前記可動性マスクの開口領域と一致させる請求項３３記載の方法。
【請求項３６】
めっき工程の間、第１の電流密度を有する電流パルスが前記アノードと前記加工物の前記領域との間の前記可動性マスクの前記開口領域の中に形成され、前記第１の電流密度は、前記可動性マスクにより覆われる前記加工物のもう１つの領域に存在する第２の電流密度より大きい請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
ある時間、複数の電流パルスが前記アノードと前記加工物の異なる領域との間で生成する請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
合計された前記複数の電流パルスが電源により提供されるＤＣ電流に等しい請求項３７記載の方法。
【請求項３９】
前記めっき工程が、めっきの間にＤＣ電力を提供する工程を含む請求項３５記載の方法。
【請求項４０】
前記ＤＣ電力を提供する工程が、前記めっき電流が実質的に一定に保たれる電流制御モードで行われる請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
前記ＤＣ電力を提供する工程が、めっき電圧が実質的に一定に保たれる電圧制御モードで行われる請求項３９記載の方法。
【請求項４２】
前記少なくとも１種の添加物が促進剤を含む請求項３１記載の方法。
【請求項４３】
前記めっき工程の間、より多くの添加物が、前記頂部よりも前記キャビティ部分上に吸着する請求項４３記載の方法。
【請求項４４】
前記めっき工程が、前記効果が存続する間に行われる請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
前記めっき工程が、前記効果が存続する間のみ行われる請求項４４記載の方法。
【請求項４６】
前記外的影響を適用する工程の効果が、前記キャビティ部分に対して前記頂部上に吸着される少なくとも１種の添加物の量の差を作り出すことである請求項３４記載の方法。
【請求項４７】
前記少なくとも１種の添加物が、阻害剤と促進剤の両方を含む複数の添加剤を含む請求項４６記載の方法。
【請求項４８】
前記外的影響を適用する工程の後、前記阻害剤が前記促進剤より強力な吸着特性を有する結果として差が存在する請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
前記外的影響を適用する工程の後、前記阻害剤が前記促進剤より高速の吸着動力学を有する結果として差が存在する請求項４７記載の方法。
【請求項５０】
前記外的影響とめっきを適用する工程が反復される請求項４４記載の方法。
【請求項５１】
前記外的影響を適用する工程の効果が、前記キャビティ部分に対して前記頂部上に吸着される少なくとも１種の添加物の量の差を作り出すことである請求項３１記載の方法。
【請求項５２】
前記少なくとも１種の添加物が、阻害剤と促進剤の両方を含む複数の添加物を含む請求項５１記載の方法。
【請求項５３】
前記外的影響を適用する工程の後、前記阻害剤が前記促進剤より強力な吸着特性を有する結果として差が存在する請求項５２記載の方法。
【請求項５４】
前記外的影響を適用する工程の後、前記阻害剤が前記促進剤より高速の吸着動力学を有する結果として差が存在する請求項５２記載の方法。
【請求項５５】
前記外的影響およびめっきを適用する工程が反復される請求項３１記載の方法。
【請求項５６】
前記外的影響を適用する工程がマスクを用い、前記マスクと前記加工物との間の相対的な動きが前記頂部上に吸着された前記少なくとも１種の添加物の第１の部分の物理的掃き落としを引き起こし、それによりある時間前記頂部上に吸着された前記添加物の前記第１の部分の量を減少させる請求項３１記載の方法。
【請求項５７】
前記外的影響を適用する工程の前記マスクが、前記加工物の前記頂部と物理的接触する請求項５６記載の方法。
【請求項５８】
前記マスクにより前記外的影響を適用する工程が、前記外的影響にすでに供された前記頂部の領域を、めっき工程の間、めっき電流が前記加工物の前記領域とアノードとの間に作り出されるように前記可動的マスクの開口領域と一致させる請求項５６記載の方法。
【請求項５９】
前記外的影響を適用する工程の効果が、前記キャビティ部分に対して前記頂部上に吸着される少なくとも１種の添加物の量の差を作り出すことである請求項５７記載の方法。
【請求項６０】
前記少なくとも１種の添加物が阻害剤と促進剤の両方を含む複数の添加物を含む請求項５９記載の方法。
【請求項６１】
前記外的影響を適用する工程の後、前記阻害剤が前期促進剤より強力な吸着特性を有する結果として差が存在する請求項６０記載の方法。
【請求項６２】
前記外的影響を適用する工程の後、前記阻害剤が前記促進剤より高速の吸着動力学を有する結果として差が存在する請求項６０記載の方法。
【請求項６３】
前記めっき工程が、めっきの間パルス電力を提供する工程を含む請求項３１記載の方法。
【請求項６４】
前記めっき工程がめっきの間ＤＣ電力を提供する工程を含む請求項３１記載の方法。
【請求項６５】
前記めっき工程が銅をめっきする請求項３１記載の方法。
【請求項６６】
前記めっき工程が銅合金をめっきする請求項３１記載の方法。
【請求項６７】
前記頂部に前記外的影響を適用する工程が、前記頂部と前記キャビティ部分との間に表面抵抗の差を設ける請求項３１記載の方法。
【請求項６８】
加工物の頂部表面上に存在する電解液中に存在する導電性物質で前記加工物の導電性頂部表面をめっきするための装置であって、前記加工物の前記導電性頂部表面は頂部とキャビティ部分を含み、その上に吸着された少なくとも１種の添加物を有し、
電力を適用し得るために用いられ、それにより、前記加工物の前記頂部表面との間に電界を作り出し、そして前記頂部表面にめっきを析出させるアノード、
前記アノードと前記加工物との間の前記加工物の前記頂部表面に近接して配置され、前記加工物との間の相対的な動きにより前記加工物の前記頂部上に吸着された前記少なくとも１種の添加物の第１の部分を物理的に掃き落とすことが可能であり、それにより前記頂部上に吸着された前記添加物の前記第１の部分の量を減少させ、それによりある時間にある量の導電性物質が前記加工物の前記頂部上にめっきされるマスク
を備える装置。
【請求項６９】
前記マスクが、前記加工物の頂部と物理的接触するように位置する請求項６８記載の装置。
【請求項７０】
前記マスクが絶縁体で作られている請求項６８記載の装置。
【請求項７１】
前記マスクが、前記電解液およびめっき電流が電力の付与の間にマスクの開口領域に対応する前記加工物の領域を通過し得る前記開口領域を含む請求項６８記載の装置。
【請求項７２】
めっきの間にＤＣ電力を提供するＤＣ電源をさらに含む請求項７１記載の装置。
【請求項７３】
第１の電流密度を有する電流パルスが前記アノードと前記加工物の前記領域との間の前記可動性マスクの前記開口領域の中に生成し、前記第１の電流密度が前記可動性マスクにより覆われていない前記加工物のもう１つの領域に存在する第２の電流密度より大きい請求項７２記載の装置。
【請求項７４】
ある時間、複数の電流パルスが前記アノードと前記加工物の異なる領域との間に生成する請求項７３記載の装置。
【請求項７５】
前記複数の電流パルスを合計すると、ＤＣ電源により提供されるＤＣ電流に等しい請求項７４記載の装置。
【請求項７６】
前記マスクが前記加工物の前記頂部と物理的接触するように位置する請求項７１記載の装置。
【請求項７７】
前記マスクが絶縁体を含む請求項７６記載の装置。
【請求項７８】
前記マスクが、前記頂部上に吸着される前記添加物の前記第１の部分の量を減少させる働きをし得る研磨剤を含む請求項７７記載の装置。
【請求項７９】
前記マスクと前記加工物との間の前記相対的な動きが直線的な動きをもたらす請求項６８記載の装置。
【請求項８０】
前記マスクと前記加工物との間の前記相対的な動きが往復する直線的な動きをもたらす請求項６８記載の装置。
【請求項８１】
前記マスクと前記加工物との間の前記相対的な動きが環状の動きをもたらす請求項６８記載の装置。
【請求項８２】
前記マスクと前記加工物との間の前記相対的な動きが往復する環状の動きをもたらす請求項６８記載の装置。
【請求項８３】
前記マスクが絶縁体を含む請求項６８記載の装置。
【請求項８４】
前記マスクが、前記頂部上に吸着される前記添加物の前記第１の部分の量を減少させる働きをし得る研磨剤を含む請求項８３記載の装置。
【請求項８５】
前記マスクが、電力の付与の間にマスクの開口領域に対応する前記加工物のある領域に前記電解液およびおよびめっき電流を通過させ得る前記開口領域を含む請求項８４記載の装置。
【請求項８６】
前記マスクが前記加工物の前記頂部と物理的接触するように位置する請求項８５記載の装置。
【請求項８７】
前記マスクと前記加工物との間の前記相対的な動きが直線的な動きをもたらす請求項８６記載の装置。
【請求項８８】
前記マスクと前記加工物との間の前記相対的な動きが往復する直線的な動きをもたらす請求項８６記載の装置。
【請求項８９】
前記マスクと前記加工物との間の前記相対的な動きが環状の動きをもたらす請求項８６記載の装置。
【請求項９０】
前記マスクと前記加工物との間の前記相対的な動きが往復する環状の動きをもたらす請求項８６記載の装置。
【請求項９１】
前記マスクが前記加工物の前記頂部と物理的接触するように位置する請求項８６記載の装置。
【請求項９２】
めっきの間にパルス電力を提供するパルス電源をさらに含む請求項６８記載の装置。
【請求項９３】
ＤＣ電源をさらに含む請求項６８記載の装置。
【請求項９４】
前記ＤＣ電源が、前記めっき電流が実質的に一定に保たれる電流制御モードで起動する請求項９３記載の装置。
【請求項９５】
前記ＤＣ電力が、めっき電圧が実質的に一定に保たれる電圧制御モードで起動する請求項９３記載の装置。
【請求項９６】
頂部とキャビティ部分を含む加工物の導電性頂部表面をめっきする方法であって、
前記加工物の前記導電性頂部表面上にめっきを強化するために少なくとも１種の添加物を有する電解液を適用する工程、
前記加工物の前記導電性頂部表面を初期めっきする工程、
前記初期めっき工程後、少なくとも１種の添加物が前記頂部上より前記キャビティ部分でのめっきを強化するような効果を作り出すために前記頂部に外的影響を適用する工程、
前記外的影響を適用する工程由来の効果が持続する間に前記加工物の前記導電性頂部表面をめっきしつづける工程
を備える方法。
【請求項９７】
前記頂部表面を初期めっきする工程が、ある種の小さなフィーチャーのキャビティ部分が充填されるようにする請求項９６記載の方法。
【請求項９８】
頂部とキャビティ部分を含む加工物の導電性頂部表面をめっきする方法であって、
前記加工物の前記導電性頂部表面上に、少なくとも１種の添加物を含む電解液を適用し、前記添加物の第１の成分は前記頂部上に吸着されるようになり、前記添加物の第２の部分は、前記キャビティ部分上に吸着されるようになる工程、
前記加工物の前記頂部に対して離間関係でマスクを適用し、間接的外的影響を通して前記頂部上にすでに吸着された前記添加物の前記第１の成分の一部を前記加工物の前記頂部から除去するために前記加工物に対してマスクを動かす工程、および
前記添加物が前記頂部上に完全に再吸着する前に、かつ、前記マスクが前記加工物の前記頂部に少なくとも離間関係で維持される間に、前記加工物の前記導電性頂部表面をめっきし、それにより、前記頂部に対して前記キャビティ部分に、より大きいめっきを行う工程
を備える方法。
【請求項９９】
前記適用工程が、前記加工物の前記頂部表面の．７５ｍｍの範囲で前記マスクを用いる請求項９８記載の方法。
【請求項１００】
前記適用工程が、前記加工物の前記頂部表面の０．１から０．５ｍｍの範囲で前記マスクを用いる請求項９８記載の方法。
【請求項１０１】
前記少なくとも１種の添加物が促進剤を含む請求項９８記載の方法。
【請求項１０２】
めっき工程の間に、より多くの添加物が前記頂部より前記キャビティ部分上に吸着される請求項１０１記載の方法。
【請求項１０３】
前記めっき工程が、除去された前記添加剤の前記第１の部分の一部が完全に再吸着する前にのみ実施される請求項１０２記載の方法。
【請求項１０４】
前記外的影響を適用する工程、前記マスクを除去する工程、およびめっき工程が反復される請求項１０２記載の方法。
【請求項１０５】
前記少なくとも１種の添加物が、阻害剤と促進剤の両方を含む複数の添加物を含む請求項９８記載の方法。
【請求項１０６】
前記外的影響を適用する工程が、前記阻害剤が前記促進剤より強力な吸着特性を有する結果として前記阻害剤より大きなパーセンテージの前記促進剤を除去する請求項１０５記載の方法。
【請求項１０７】
前記めっき工程が、除去された前記促進剤が前記頂部上に完全に再吸着する前にのみ実施される請求項１０６記載の方法。
【請求項１０８】
前記外的影響を適用する工程、前記マスクを除去する工程、めっきする工程が反復される請求項１０７記載の方法。
【請求項１０９】
前記外的影響を適用する工程の後、前記阻害剤が、前記加工物の前記頂部上に前記促進剤より急速に再吸着する請求項１０５記載の方法。
【請求項１１０】
前記阻害剤が再吸着する間と後、かつ除去された前記促進剤が前記頂部上に完全に再吸着する前にめっき工程が実施される請求項１０９記載の方法。
【請求項１１１】
前記外的影響を適用する工程、およびめっき工程が反復される請求項１１０記載の方法。
【請求項１１２】
前記めっき工程が、前記加工物の前記頂部表面から前記マスクを遠く引き離す工程を含む請求項９８記載の方法。
【請求項１１３】
前記外的影響を適用する工程が、前記外的影響にすでに供された前記頂部の領域を、めっき工程の間、めっき電流が前記加工物の前記領域とアノードとの間に存在するようにマスクの開口領域と一致させる請求項９８記載の方法。
【請求項１１４】
前記めっき工程の間に、第１の電流密度を有する電流パルスが、前記アノードと前記加工物の前記領域との間の前記可動性マスクの前記開口領域の中に生成し、前記第１の電流密度は、前記可動性マスクにより覆われる前記加工物の別領域に存在する第２の電流密度より大きい請求項１１３記載の方法。
【請求項１１５】
前記めっき工程が銅をめっきする請求項９８記載の方法。
【請求項１１６】
前記めっき工程が銅合金をめっきする請求項９８記載の方法。
【請求項１１７】
前記頂部に前記外的影響を適用する工程が、前記頂部と前記キャビティ部分との間に表面抵抗の差を設ける請求項９８記載の方法。
【請求項１１８】
前記電解液に、添加物と前記加工物の前記表面との間の結合を弱める働きをする別の添加物を加える工程をさらに含む請求項９８記載の方法。
【請求項１１９】
電解液を用いて加工物の導電性頂部表面をめっきするための装置であって、前記加工物の前記導電性頂部表面は頂部とキャビティ部分を含み、加工物上に吸着された少なくとも１種の添加物を有し、
電力が適用され得るために用いられ、それにより前記加工物の前記頂部表面との間に電界を作り出し、そして、前記頂部表面のめっきが起きることを可能とするアノード、および
前記加工物表面に離間関係で配置され、相対的な動きが前記加工物との間に起こり、一方、前記頂部上に吸着された添加物の前記第１の部分の量が減少するように前記頂部上に吸着された前記少なくとも１種の添加物の第１の部分に対して離間関係にあり、そしてそれによりめっきが起こりながら多量の導電性物質が前記加工物の前記頂部上にめっきされるマスク
を備える装置。
【請求項１２０】
前記マスクが絶縁体で作られている請求項１１９記載の装置。
【請求項１２１】
前記マスクが、前記電解質およびめっき電流が電力の適用の間前記マスクの開口領域に対応する前記加工物の領域を通過する前記開口領域を含む請求項１１９記載の装置。
【請求項１２２】
前記マスクが、前記加工物に付与される前記めっき電流に実質的に影響を与えないように形成されている請求項１２１記載の装置。
【請求項１２３】
前記加工物の面積と比較してマスク面積が５％未満である請求項１２２記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般的に、半導体めっき方法および装置に関する。特に、本発明は、加工物（ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）のキャビティ部分の導電性材料のめっき効果を高めるために、外的影響（ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ）を用いて加工物の頂部表面上に吸着された添加物と加工物のキャビティ部分の中に吸着された添加物との間に差を作り出す方法および装置に関する。
【０００２】
発明の背景
マルチレベル集積回路（ＩＣ）を製造する上で必要な工程は多数存在する。そのような工程には、半導体ウエハーまたは基板上に導電性および絶縁材料を堆積させることとそれに続くフォトレジストパターン形成、エッチングなどを用いるそれらの材料の完全なまたは部分的な除去が含まれる。フォトリソグラフィー、パターン形成およびエッチング工程の後、得られる表面は、一般的に、非平面的である。というのは、その表面は、いろいろな寸法と形態を持つバイア（ｖｉａ）、線、トレンチ、チャンネル、ボンドパッドなどのような多くのキャビティまたはフィーチャー（ｆｅａｔｕｒｅ）を含むからである。典型的には、それらのフィーチャーは、エッチングおよび／または化学的機械的研磨（ＣＭＰ）のような追加の加工処理工程が実施されるまえに極めて導電性の金属材料で満たされている。したがって、抵抗の小さい相互接続構造が、ＩＣのさまざまのレベル／セクションの間に形成されている。
【０００３】
銅（Ｃｕ）は、その小さな電気抵抗およびエレクトロマイグレーションに対する大きな抵抗のために、ＩＣの中の相互接続のための好ましい材料に速やかになっている。電気的堆積は、基板表面上のフィーチャーにＣｕを堆積させるための最も一般的な方法の１つである。
【０００４】
考え付くように、この産業で用いられてきたＣｕめっき系には多くの異なる設計が存在する。例えば、アンドリカコスらに１９９６年５月１４日に発行された米国特許第５，５１６，４１２号は、平坦な製品上にフィルムを電気的堆積させるために設計されている垂直攪拌式めっき槽（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｐａｄｄｌｅ  ｐｌａｔｉｎｇ  ｃｅｌｌ）を開示する。次いで、クーンに１９９９年１１月１６日に発行された米国特許第５，９８５，１２３号は、基板サイズの変化に関連する不均一な堆積の問題を解決することを意図するさらに別の垂直電解めっき装置を開示する。さらに、タマキらへの１９９８年１２月２９日に発行された米国特許第５，８５３，５５９号は、めっき電解液の廃液を最小にし、多くの電解液の回収を達成する電解めっき装置を開示する。
【０００５】
Ｃｕ電解めっきプロセスの間に、特別に配合されためっき溶液または電解液が用いられる。それらの溶液または電解液は、Ｃｕのイオン種および堆積された物質のテクスチャー、モルホロジーおよびめっき挙動を制御する添加物を含む。添加物は、堆積された層を滑らかにし、いくらか光沢をもたせるために必要である。
【０００６】
多くのタイプのＣｕめっき溶液製剤が存在し、それらのいくつかは、商業的に入手可能である。１つのそのような製剤は、銅供給源として硫酸銅（ＣｕＳＯ４ ）を含み（ジェームズ・ケリーら、ジャーネル・オブ・ジ・エレクトロケミカル・ソサエティ、第１４６巻、２５４０〜２５４５ページ、（１９９９））、水、硫酸（Ｈ２ ＳＯ４ ）、および少量の塩化物イオンを含む。周知のように、所望の特性の堆積された材料を達成するために、他の化学物質もＣｕめっき溶液に加えられ得る。
【０００７】
Ｃｕめっき溶液中の添加物は、サプレッサー、レベラー、増白剤、細粒化剤、湿潤剤、応力減少剤、促進剤などのようないくつかのカテゴリーの下に分類され得る。多くの事例において、異なる分類が、それらの添加物の同様の機能を記述するためにしばしば用いられる。現在では、特にＩＣ製造における電子産業用途で用いられる溶液は、２要素２成分パッケージからなる単純な添加物を含む（例えば、ロバート・ミッコラおよびリンリン・チェン、「進歩した相互接続金属化のために用いられる第２世代銅電解めっき化学のための添加剤成分の役割の研究」、プロシーディングズ・オブ・ジ・インターナショナル・インターコネクト・テクノロジー・コンファレンス、１１７〜１１９ページ、２０００年６月５〜７日を参照されたい）。それらの製剤は、包括的に、サプレッサーおよび促進剤として知られている。
【０００８】
サプレッサーは、典型的には、ポリエチレングリコール−ＰＥＧまたはポリプロピレングリコール−ＰＰＧからなるポリマーであり、大きな電流密度領域で基板表面にそれら自体が付着し、それにより大きな抵抗のフィルムを形成し、その上に堆積された材料の性質を抑制すると考えられる。促進剤は、典型的には、吸着される基板表面の部分上のＣｕ堆積を高める有機物ジスルフィドである。それら２種の添加物と可能的には塩化物イオンとの間の相互作用がＣｕ堆積物の性質を決定する。
【０００９】
以下の図は、通常の電気堆積方法および装置をより完全に記載するために用いられる。図１は、基板３上に形成される絶縁体２を有する基板３の斜視断面図を例示する。通常のエッチング技術を用いて、小さなバイア４ａおよび幅広のトレンチ４ｂの列のようなフィーチャーが、絶縁体２および基板３上に形成される。この例において、バイア４ａは狭く深い。言い換えれば、それらは大きなアスペクト比を有する（すなわち、深さ対幅の比が大きい）。典型的には、バイア４ａの幅は、ミクロン未満である。他方、トレンチ４ｂは、典型的には広く、小さなアスペクト比を有する。言い換えれば、トレンチ４ｂの幅は、その深さの５から５０倍以上であり得る。
【００１０】
図２〜４は、フィーチャーをＣｕで満たすための通常の方法を例示する。図２は、基板３上に配置される様々の層を有する図１の基板３の断面図を例示する。例えば、この図は、基板３および絶縁体２上にバリア／グルーまたは接着層５およびシード層６が配置されている基板３および絶縁体２を例示する。バリア層５は、タンタル、タンタルの窒化物、チタン、タングステン、またはＴｉＷなど、またはこの分野で通常用いられるいずれか他の材料の組み合わせであり得る。バリア層５は、一般的に、様々のスパッタリング法のいずれかを用いて、化学蒸着（ＣＶＤ）により、または無電解めっき法により堆積される。その後、シード層６がバリア層５上に堆積される。シード層６材料は、銅または銅代替物であり得るし、様々のスパッタリング法、ＣＶＤ、または無電解堆積またはそれらの組み合わせを用いてバリア層５上に堆積されうる。
【００１１】
図３において、シード層６を堆積させた後、導電性材料７（例えば、銅層）が、一般的に、適切な酸性または非酸性めっき浴またはめっき浴製剤からシード層上に電気的に堆積される。この工程の間に、カソード（負）電圧がアノード（図示せず）に対して印加されるように、Ｃｕシード層６および／またはバリア層５に電気的接触がなされる。その後、上記のように、特別に製剤されためっき溶液を用いてＣｕ材料７が基板表面上に電気的堆積される。塩化物イオン、サプレッサー／阻害剤、および促進剤のような添加物の量を調節することにより、小さなフィーチャーにおいて底上げ（ｂｏｔｔｏｍ  ｕｐ）Ｃｕフィルムの成長を獲得することが可能である。
【００１２】
Ｃｕ材料７は、バイア４ａを完全に満たし、大きなトレンチ４ｂで一般的に均一であるがしかし、トレンチ４ｂを完全には満たさない。というのは、用いられる添加物は大きなフィーチャーでは有効ではないからである。例えば、バイア４ａへの底上げ堆積が起こると思われる。というのは、サプレッサー／阻害剤分子は、その場所での材料の成長を抑制するようにバイア４ａの頂部に分子それ自体を付着させるからである。それらの分子は、狭い開口を通ってバイア４ａの底部表面に有効に拡散し得ない。バイア４ａの底部表面上の促進剤の優先的吸着は、その領域でのより急速な成長をもたらし、図３に示されているような底上げする成長およびＣｕ堆積プロフィールをもたらす。適切な添加剤がないと、Ｃｕは同じ速度で垂直壁ならびにバイア４ａの底部表面上に成長し、それにより継ぎ目および／またはボイドのような欠陥を生じ得る。
【００１３】
大きなトレンチ４ｂの底部表面上のサプレッサーおよび促進剤添加剤の吸着特性は、基板のフィールド領域８の頂部表面上の吸着特性とは異なるとは思えない。それゆえ、トレンチ４ｂの底部表面でのＣｕ厚さｔ１は、フィールド領域８上のＣｕ厚さｔ２とほぼ同じである。
【００１４】
考えられるように、Ｃｕ材料７でトレンチ４ｂを完全に満たすために、更なるめっきが必要である。図４は、追加のＣｕめっきの後に得られる構造を例示する。この事例では、フィールド領域８上のＣｕ厚さｔ３は相対的に大きく、フィールド領域８からトレンチ４ｂのＣｕ材料７の頂部まで段階ｓ１が存在する。ＩＣ用途のためには、フィールド領域８のＣｕ材料７ならびにバリア層５は除去され、それにより対象のフィーチャーの中にのみＣｕ材料を残すように、Ｃｕ材料７は、ＣＭＰまたは他の材料除去プロセスに供される必要がある。それらの除去プロセスは、非常に経費がかかることが知られている。
【００１５】
今までのところ、基板上の小さなフィーチャーの底上げ充填をもたらすＣｕめっき化学およびめっき技術の開発に多くの注目が集められた。このことは必要である。というのは、上記のように、底上げ充填しないと小さなフィーチャーに欠陥が生じ得るからである。それらの開発の努力の一部として、小さなフィーチャーの充填挙動は、溶液化学によってのみ影響されるのではなく、電気堆積のために用いられる電源のタイプによっても影響を受け得ることが発見された。
【００１６】
最近の研究は、小さなバイアに欠陥なくＣｕを堆積させるパルスまたはパルス逆相めっき法を用いることが好ましいことを示唆する（例えば、１９９９年１０月２６日にデュービンらに発行された米国特許第５，９７２，１９２号およびガンディコータらの「パルス調節めっきによる０．１３μｍノードへの銅めっきの延長」、プロシーディングズ・オブ・ジ・インターナショナル・インターコネクト・テクノロジー・コンファレンス、２３９〜２４１ページ、２０００年６月５〜７日）。パルス逆相めっき法においては、カソードＤＣ電圧よりもむしろカソード電圧パルスが基板表面に付与される。カソードパルスの間の短時間のめっきの後、堆積した材料からの電気化学的エッチングを引き起こす短時間の電圧の極性の逆転がなされる。次いで、小さなフィーチャーが高品質のＣｕで充填されるまでめっきとエッチングのサイクルが反復される。最近の研究（例えば、Ｃ．Ｈ．シーら、「ＤＣおよびパルス逆相プロセスにより電気化学的に堆積したＣｕフィルムの間隙充填後のフィルム特性および表面プロフィール」、プロシーディングズ・オブ・ジ・インターナショナル・インターコネクト・テクノロジー・コンファレンス、１８２〜１８４ページ、２０００年６月５〜７日）は、ＤＣプロセスが用いられるときバイアの充填は主に追加的拡散により制御され、一方、パルス逆相プロセスが用いられるときそれは主に添加物吸着により制御されることを示す。
【００１７】
上記のように、半導体産業における注目は主に、Ｃｕによる半導体ウエハー上の様々のフィーチャーの充填に集中してきた。ＤＣとパルス電源の両方が、それらのＣｕフィルムの堆積に用いられてきた。小さなフィーチャーへのＣｕの充填特性は、用いられる電源のタイプの相関性の強い関数であることが見出されている。めっき溶液添加物の正確な役割と印加される電圧波形とのその相互作用はあまり理解されていないけれども、添加物吸着および拡散プロセスの動力学が、金属が平坦でない基板表面上に堆積する方式に影響を与えることは明らかである。
【００１８】
上記のように、特別な浴配合とパルスめっき法が、小さなフィーチャーの底上げ充填を達成するために開発されてきた。しかしながら、それらの技術は、大きなフィーチャーの充填にも有効とは考えられていない。大きなフィーチャーでは、添加物は、フィーチャーの中と外に自由に拡散し得る。塩化物イオン、促進剤およびサプレッサー／阻害剤を含む通常用いられる添加物系と組み合わせての標準的なパルスめっき技術の使用は、フィーチャーの幅が深さより顕著に大きい形態の底部表面からの加速された成長をもたらさない。そのようなフィーチャーでのＣｕの成長は等角的（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）であり、大きなフィーチャーの底部表面上に堆積するフィルム厚さは、フィールド領域上に堆積する厚さとほぼ等しい。
【００１９】
基板上の小さなフィーチャーと大きなフィーチャーの中で加速された底上げめっきを達成する方法および装置はプロセスの効率とコストの観点で非常に有効である。というのは、そのようなプロセスは、図５で例示される一般的に平面的であるＣｕ堆積をもたらすからである。この例でのフィールド領域８の上のＣｕ厚さｔ５は、図４で示される従来の事例より小さく、段階高さｓ２もまたはるかに小さいであろう。ＣＭＰまたは他の方法による図５のより薄いＣｕ層の除去は、より容易であり、大変なコストの節約を提供する。
【００２０】
図５に示されるもののようなめっきされたＣｕ構造の注目される特徴を、他の者たちもすでに認識している。例えば、あるＰＣＴ出願（「集積回路チップ上の電解めっきされた相互接続構造」、ＷＯ９８／２７５８５、１９９８年６月２５日）において、インターナショナル・ビジネス・マシーン・コーポレーションの研究者は、そこに記載されているめっき法は、めっきが通常のめっき槽の中で実施されるときミクロン未満のサイズのキャビティのみの超充填をもたらすと主張する。しかしながらそれはまた、アイゴに１９８２年７月１３日に発行された米国特許第４，３３９，３１９号に記載されているカップめっき槽が用いられるとき更なる利益が実現し得るとも主張する。加えて、基板表面がカップめっき槽の中でのめっきの間に電解液のメニスカスと接触させられたままのとき、大きく異なる幅のキャビティは同じ速度で急速に充填され、図５に示されるものと同様の構造をもたらす。そのＰＣＴ出願はまた、メニスカスでのめっきアプローチのよりすぐれた性能は、気−液界面での界面活性剤添加物分子のより大きな濃度によるものであったとも主張する。
【００２１】
本発明の譲渡人によりともに所有される「電気化学的機械的堆積のための方法および装置」という表題のともに係属する米国特許出願シリアル番号第０９／２０１，９２８号において、導電性材料が堆積するときパッドによりフィールド領域を研磨することによりフィールド領域上の堆積を最小にしながら基板表面上のキャビティへの導電性材料の堆積を達成する技術が開示されている。この出願のめっき電解液は、多孔性パッドまたはパッドの凹凸を通してパッドと基板表面とも間の小さな間隙に供給される。
【００２２】
図６は、半導体ウエハー上の平面的または近似平面的Ｃｕ堆積のために用いられ得る電気化学的機械的堆積装置の模式的描写を示す。キャリアヘッド１０は半導体ウエハー１６を保持し、ウエハー１６の導電性部分に接続される電気リード線１７を提供する。ヘッド１０は、第１の軸１０ｂの周りに時計回りまたは反時計回りに回転し、ｘ、ｙおよびｚ方向に動かされ得る。パッド１８はアノードアセンブリ１９の頂部上に与えられ、そのパッド１８は、ウエハー１６に面する。めっき材料を含む電解液２０は、アノードアセンブリ１９を用いてウエハー１６表面に付与される。電解液２０は、パッド１８の孔／開口を通して流動し、パッドは、ウエハー１６表面と物理的接触する。電解液２０は次いで、ウエハー１６とパッド１８の間の狭い間隙の中を流れ、最終的には、清浄化／ろ過／再研磨（ｒｅｆｕｒｂｉｓｈｉｎｇ）ののち、再循環する（図示せず）ためにパッド１８のエッジ上をチャンバー２２に流れる。第２の電気リード線２４は、アノードアセンブリ１９に接続されている。電位をアノードアセンブリ１９とカソードウエハー１６に提供するためのいずれか他の公知の方法がここでは用いられ得る。
【００２３】
アノードアセンブリ１９はまた、時計回り方向および反時計回り方向の両方で制御された速度で第２の軸１０ｃの周りを回転し得る。軸１０ｂおよび１０ｃが実質的に互いに平行であることも理解される。ウエハー１６とパッド１８の間の間隙は、ｚ方向にキャリアヘッド１０を動かすことにより調節可能である。ウエハー１６表面とパッド１８が接触状態にあるとき、２つの表面に及ぼされる圧力もまた調節され得る。２０００年２月２３日に出願された「多角的材料加工装置のためのパッド設計および構造」という表題のともに係属する米国特許出願シリアル番号第０９／５１１，２７８号は、パッドをとおって電解液がウエハー表面に流動するパッド８の中の孔の様々の形態および形状を記載する。
【００２４】
操作の間、電気リード線１７からウエハー１６と電気リード線２４からアノードアセンブリ１９の間に電位が付与され、ウエハー１６表面をアノードアセンブリ１９より負にする。電解液２０は、アノードアセンブリ１９の近くに位置する容器（図示せず）からパッド１８に導入され得る。アノードアセンブリ１９は、その中に作られている内部チャンネルと孔を有しうるものであり、それらは互いに、パッド１８とウエハー１６の間の間隙に供給される電解液２０のための経路を提供する。
【００２５】
付与された電位の下で、電解液２０からウエハー１６表面上にＣｕが析出する。制御された圧力でウエハー１６表面に対して押される移動するパッド１８は、ウエハー１６表面を研磨することにより該ウエハー表面のある部分の上のＣｕの蓄積を最小にする。
【００２６】
電界がパッド１８を通過し得るように、パッドは、好ましくは、非電導性であり、硬質であり、多孔性であり、または穿孔されたタイプの材料であるが、アノードアセンブリ１９とカソードウエハー１６との間の短絡を防止する。パッド１８とカソードウエハー１６との間の離間または間隙は、１ミクロン未満から２ミリメートルまでの範囲を取り得る。パッド１８とウエハー１６の直径または断面長手長は、約５ミリメートルから３００ミリメートルを超える範囲を取り得る。ウエハー１６の直径が大きくなると、パッド１８の直径も大きくなる。
【００２７】
発明の概要
本発明の目的は、非常に望ましい方式で基板表面上に導電性材料をめっきする方法および装置を提供することである。
【００２８】
本発明のもう１つの目的は、先行技術の方法および装置よりも効率的で、経費節約的で、よりすぐれた品質で基板表面上の小さなフィーチャーおよび大きなフィーチャーの両方とも導電性材料をめっきする方法および装置を提供することである。
【００２９】
本発明の更なる目的は、マスクそれ自体に１以上の開口を有するマスクを用いて基板表面上に小さな形態と大きな形態の導電性材料をめっきする方法および装置を提供することである。
【００３０】
本発明のさらにもう１つの目的は、基板表面に対するマスクの開口の動きにより基板表面上に電力が局所的にパルス放電されるあいだに小さなフィーチャーと大きなフィーチャーの導電性材料をめっきする方法および装置を提供することである。
【００３１】
本発明の更なる目的は、すでに吸着された添加物が除去されなかった加工物のキャビティ形態表面部分上の導電性材料のめっき性を高めるために、加工物の頂部表面部分上にすでに吸着された添加物を除去する方法および装置を提供することである。
【００３２】
本発明のさらにもう１つの目的は、加工物のキャビティ部分の中の導電性材料のめっき性を高めるために、加工物の頂部表面上に吸着された添加物と加工物のキャビティ部分の中に吸着された添加物との間の差を設けることである。
【００３３】
本発明の更なる目的は、加工物に対して離間して配置されているマスクを用いて加工物の頂部表面部分上にすでに吸着された添加剤を周期的に除去し、次いで、キャビティ部分の中のめっきが加工物の頂部表面上のめっきより速い速度で起こるようにマスクが加工物上のどの点でも接触しない、加工物のキャビティ形態表面部分上に導電性材料をめっきすることである。
【００３４】
本発明の更なる目的は、電力が加工物表面に付与されていない間に加工物に離間して配置されているマスクを用いて加工物の頂部表面部分上にすでに吸着された添加物を除去し、ついで、加工物上に導電性材料をめっきすることである。
【００３５】
本発明の更なる目的は、加工物に直接物理的に接触しない外的影響を用いて加工物のキャビティ部分の導電性材料のめっき性を高めるために加工物の頂部表面上に吸着された添加物と加工物のキャビティ部分の中に吸着された添加物との間に差を設けることである。
【００３６】
とりわけ、本発明の上記目的は、１つだけを問題にするか２以上を組み合わせて、本発明により達成され、本発明は、加工物の表面上に導電性材料をめっきするための装置およびめっき方法を提供する。
【００３７】
該方法の１側面において、少なくとも１種の添加物を含む電解液は、該添加物が加工物の頂部およびキャビティ部分上に吸着されるように、加工物上に適用される。頂部表面上に吸着された添加物が除去され、添加物が頂部上に完全に再吸着する前に導電性材料のめっきが起こり、それにより頂部よりキャビティ部分により多くのめっきが起こるように外的影響が適用される。
【００３８】
本発明の方法のもう１つの側面において、少なくとも１種の添加物を含む電解液は、該添加物が加工物の頂部およびキャビティ部分上に吸着されるように、加工物上に適用される。キャビティ部分に対する頂部上に吸着される添加剤の量の差が達成されるように、外的影響が適用される。差が存在する間にめっきが起こり、それにより頂部よりキャビティ部分でより多くのめっきが起こる。
【００３９】
装置の１側面において、アノードと加工物の間に配置され、加工物に対して可動的であるマスクは、加工物の頂部を物理的に掃引し（ｓｗｅｅｐ）、それによりその上に吸着される添加物を減少させ、一方、キャビティ部分上に吸着される添加物は残る。アノードと加工物の間の電界を作り出す助けとなるアノードは、加工物上に配置される電解質の中の導電性物質（ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）のめっきを促進するために用いられる。
【００４０】
本発明の装置のもう１つの側面において、マスクは、電界が存在する場所を規定するために用いられる開口領域を含み、このようにして、めっきが加工物上で起こる場所をより大きく制御することを可能とする。
【００４１】
本発明の方法のもう１つの側面において、少なくとも１種の添加物を含む電解液は、該添加物が加工物の頂部およびキャビティ部分上に吸着されるようになるように、加工物上に適用される。外的影響は、加工物の頂部表面に近接するが接触しない離間関係で存在するマスクを用いて適用され、一方、加工物とマスクは、頂部表面上に吸着された添加剤が除去されるか、または加工物のキャビティ表面上の添加物と違うように互いに対して移動する。添加物が頂部上に完全に再吸着する前に導電性材料のめっきが順次起こり、それにより頂部よりキャビティ部分により強くめっきが起きる。
【００４２】
本発明の以上のおよび他の目的および利点は、添付の図面とともに理解される本発明の目下の好ましい代表的な態様の以下の詳細な記載から明らかとなり、より容易に理解される。
【００４３】
好ましい態様の詳細な説明
本発明の好ましい態様は、以下に図面を参照して記載される。本発明の発明者は、基板表面上に導電性材料をマスクパルスめっきすることにより、より望ましい高品質の導電性材料が様々のフィーチャーの中に堆積されうることを発見した。
【００４４】
本発明は、半導体ウエハー、フラットパネル、磁気フィルムヘッド、パッケージ基板などのようないずれの基板でも用いられ得る。さらに、時間、圧力、マスク設計などのような具体的な加工処理パラメーターが本明細書で提供され、それら具体的なパラメーターは、限定というよりもむしろ典型であることが意図されている。
【００４５】
本明細書に記載されているめっき方法は、「マスクパルス」めっきと呼ばれる。本発明は、基板表面に接触させるためにマスクを間歇的に動かし、アノードと基板との間に電力を付与することにより基板上に導電性材料をマスクパルスめっきするための方法および装置を記載し、マスクは、アノードと基板との間に位置する。さらに、本発明は、基板表面上の様々のフィーチャーへの導電性材料の強烈な電気的堆積を提供する新規なめっき方法および装置に関する。
【００４６】
図７は、アノード３１、カソード３２、および電解液３３を有するめっき槽３０を例示する。めっき槽３０は通常の槽であり、本発明において用いられるめっき槽の正確な形態は変化しうることに注意すべきである。電解液３３は、カソード３２の頂部表面と接触する。本明細書で提供されている例のカソード３２は、その頂部表面上に様々のフィーチャーを有するウエハー（基板）である。ＤＣまたはパルス電圧がウエハー３２とアノード３１との間に印加されるとき、電解液３３由来のＣｕが上記のようにウエハー３２上に堆積する。ＤＣまたはパルス電力の間の差は、小さなフィーチャーを満たすＣｕの品質を決定する。
【００４７】
図８は、本発明の好ましい態様を例示する。本発明において、マスク４０はカソードウエハー３２に非常に近接して位置し、そのカソードウエハーでは、マスク４０は、電解液３３がウエハー３２の一部と物理的接触する開口４２を含む。理解と説明の容易さのために、図８は、電気接続、アノード、電解質３３を含むめっき槽を例示しない。適切な電圧がカソードウエハー３２とアノードとの間に印加されるとき、開口４２は、該開口４２の直下の基板３２の表面上に、電解質３３由来のＣｕがめっきされることを可能とする。マスク４０がカソードウエハー３２と物理的接触するならば、そのときは、めっきは、開口４２の直下の基板の領域に強く限定されるであろう。マスク４０が矢印４３により示されるように一方から他方への（ｓｉｄｅ  ｔｏ  ｓｉｄｅ）動きで移動するとき、ウエハー表面上の部分を流れる電流は変化するであろう。このことは、本明細書で後により詳細に検討される。
【００４８】
図９〜１２は、本発明の好ましい態様によるマスクパルスめっき法を例示する。マスク４０は、カソードウエハー３２に対して左に動く（または代わりに、ウエハー３２は、右に動き得るし、または、マスク４０とウエハー３２の両方が互いに反対に動かされ得る）。図９において、時間ｔ＝ｔ１ のとき、ウエハー３２表面上の部分４５は、電気絶縁マスク４０の下に位置し、電解液に直接暴露されない。したがって、ｔ＝ｔ１ のとき部分４５のめっき電流は、図１３のグラフに描写されているように、きわめて小さいかまたはゼロ近くである。図１３は、部分４５での時間に対する堆積／めっき電流を描写するグラフを例示する。
【００４９】
図１０において、開口４２が部分４５上に存在するようにマスク４０および／またはウエハー３２が動くとき、開口４２が部分４５と一致するならば、時間ｔ＝ｔ２ のとき部分４５でのめっき電流は突然増加する。図１１において、ｔ＝ｔ３ まで強い電流は定常状態にある。その後、部分４５が再び図１２に示されるようにマスク４０の開口されていない部分の下に位置するとき、電流密度は再びきわめて小さいかまたはゼロ近くになる。
【００５０】
再び図１３を参照すると、時間間隔Δｔ（ｔ２ およびｔ３ の間の時間）は、マスク４０の速度ならびに開口４２の大きさの関数である。加えて、Δｔは、もしマスク４０がウエハー３２に対して急速に動くならば、小さい値になる。また、もしマスク４０の中に複数の開口が存在するならば、またはもしマスク４０の動きが前後になされるならば、そのときは、対応する電流対時間のプロットは、複数のパルスからなるであろう。マスク４０上の開口の大きさおよび基板とマスクの相対速度を制御することにより、基板上のいずれかの部分の電流パルスの形態、持続時間および反復速度は制御され得る。
【００５１】
上記例から理解されうるように、ＤＣ電源がこのめっき技術のために用いられ得る。ウエハー３２と物理的接触する固体絶縁マスク４０を動かすことにより、ウエハー表面上のどの部分も、電解液および付与されためっき電流に急速に且つ容易に暴露され得る。これは、上記定義の先行技術とはまったく異なる。例えば、本発明において、ウエハー表面のある種の部分は、電解液とは実質的に接触しない。電解液は、ウエハーのある部分が電解液に暴露されるときのみウエハーのその部分に適用され、電流のパルスも同時に適用される。
【００５２】
もしこのマスクパルスめっき法が添加物（すなわち、阻害剤および促進剤）なしで単純な金属堆積電解液とともに用いられるならば、それは、従来のめっきと大きく異なるとは考えられないであろう。これは、マスク４０の開口４２の大きさが、ウエハー３２表面上のフィーチャーの大きさよりはるかに大きいからである。それゆえ、ある部分が開口４２を通して電解液に暴露されるとき、通常のめっきが始まるはずである。しかしながら、もし分極をもたらす添加物が加えられているならば、そのときは、マスクパルスめっき法は、従来のパルスめっき技術には存在しない利益を提供し得る。
【００５３】
例えば、通常の溶液／化学物質（硫酸銅、水、硫酸および塩化物イオン）および添加物Ａの両方を含むＣｕめっき浴を考えてみてほしい。添加物Ａは、ウエハー表面上に吸着されるとき堆積を促進する。この電解液が図７で描写されているもののような従来のめっき槽で用いられるとき、ウエハー３２の全表面は、電解液および添加物Ａに暴露されるであろう。ウエハー表面上のフィールド領域ならびに大きなフィーチャーの底部表面は、同様に添加物Ａを吸着し、めっきは、同様の速度でそれらの表面上で始まる。
【００５４】
しかしながら、もしマスクパルスめっき技術が同じ電解液とともに用いられるならば、マスクはフィールド領域から添加物Ａを除いてしまうであろう。というのは、マスクは、それらの領域と物理的接触するからである。しかしながら、小さなフィーチャーも大きなフィーチャーも両方とも吸着された添加物Ａをいまだ含むであろう。というのは、それらのフィーチャーは、マスクと直接の物理的接触をしていないからである。ウエハーの一部が電解質に急に暴露されるとき、すでに吸着された添加物Ａを有するフィーチャーの底部表面および側部表面は、フィールド領域より高速でめっきを即座に開始するであろう。もし時間Δｔが基板表面に添加物Ａを付着させるのに必要な吸着時間より短いならば、付与されるめっき電流は、充填されるフィーチャーに優先的に流れ、それにより、フィールド領域上の堆積速度よりフィーチャー内の堆積速度を速める結果をもたらす。
【００５５】
本発明のマスクパルスめっき方法は、基板表面の様々のフィーチャーに増大しためっきをもたらすために様々の添加物の応答時間の差を利用する。その機構はマスクによる基板（フィールド領域）の頂部表面の「掃引（ｓｗｅｅｐｉｎｇ）」を含み、マスクは、フィーチャーの中の領域と物理的接触しない。フィールド領域上の掃引は、掃引される領域とフィーチャーの中にある領域の中の吸着された化学種の濃度の間の差を確立する。次いで、表面が電解液および電界に急に暴露されるとき、吸着された化学種を有するフィーチャーは、フィールド領域からのめっき電流のほとんどを引き寄せる。
【００５６】
この本発明の方法は、複数の添加物を用いても等しく良好に機能する。例えば、もしめっき液が阻害剤Ｂおよび促進剤Ｃを含み、阻害剤の吸着動力学が促進剤のそれよりもはるかに高速であるならば、以下の機構がマスクパルスめっき方法により用いられ得る。阻害剤Ｂおよび促進剤Ｃの両方は、マスクにより基板のフィールド領域から部分的にまたは完全に掃引されるであろう。しかしながら、両化学種は、フィーチャーの中にいまだ存在するであろう。基板が電解液および電界に暴露されるとき、阻害剤Ｂは、フィールド領域上に容易に吸着し、めっき電流のための抵抗の大きい経路を導く。フィーチャーの中にすでに存在する促進剤Ｃは、それらの領域の中の阻害剤の作用を補償し、電流は、それらのフィーチャーを容易に流れ得る。それゆえ、促進剤Ｃがフィールド領域上に適切に吸着されるまで、フィーチャーの中のフィルム成長速度はより大きいであろう。
【００５７】
この同じ結果は、阻害剤Ｄが強力な吸着特性を有し、促進剤Ｅがフィールド領域に弱く結合するさらにもう１つの化学反応からも予測され得る。この場合は、マスクはフィールド領域から弱く結合した促進剤Ｅを容易に除去し得るものであり、一方、促進剤Ｅは、フィーチャーの中の表面に付着したままである。電解液および電界への暴露の際に、促進剤Ｅがフィールド領域上に再び吸着され始めるまで、めっき電流は、優先的にフィーチャーを流れる。
【００５８】
上記記載は、本発明に含まれる機構の単にいくつかの例に過ぎず、限定を意味しないことに注意すべきである。本発明は、様々の電解液の添加物の吸着／脱着動力学の間の差を利用する。本発明は、添加物化学種の１以上を部分的または全体的にすでに除去した基板表面の具体的部分に急激にかつ同時に溶液と電力を適用することにより上述を達成する。
【００５９】
図８に示されるめっき系の形態はまったく単純である。本発明を実施するために用いられ得る多くの可能な設計が存在する。本発明のいくつかの重要な側面は以下のとおりである。
【００６０】
（１）マスクは、平坦であるウエハーを用いるとき平坦である必要がある。マスクは絶縁性の硬質材料で作られているべきであり、ウエハーに面する表面は硬質であり得、添加物をより効率的に「掃引する」役割をする研磨剤さえ含み得る。
【００６１】
（２）ウエハーとマスクとの間には相対的な運動が存在すべきである。ウエハー、マスク、または両方は、直線状もしくは環状（ｏｒｂｉｔａｌ）の方式またはそれらの組み合わせで動かされ得る。
【００６２】
（３）マスクとウエハー表面との間には電解液が実質的に存在すべきではない。ウエハー表面は、マスクの開口を通してのみ電解液に暴露されるべきである。
【００６３】
（４）マスクの開口の大きさおよびマスクとウエハーの間の相対的な動きの速度は、ウエハー上のいずれかの部分が単に簡単に、典型的には、２秒未満、好ましくは１秒未満、例えば１０〜５００ｍｓｅｃ、電解液に暴露されるようであるべきである。この時間間隔は、用いられる添加物の吸着特性について調節されるべきである。
【００６４】
図１４は、本発明の第１の好ましい態様による装置の斜視図を例示する。図１４において、マスク８０と電解液チャンネルプレート３００は、アノードアセンブリ９０上に載置されている。電解液１００を、従来のポンプシステム（図示せず）によりアノードアセンブリ９０に供給する。電解液１００を、孔２１０を通してチャンネルプレート３００の中のチャンネル３１０にポンプ輸送する。操作中、基板／カソードはマスク８０の頂部表面に面して位置し、基板および／またはマスク８０は回転する。基板は、０．０１ｐｓｉないし０．５ｐｓｉの範囲の圧力でマスク８０に押し込まれ得る。より大きな圧力も用いられ得るけれども、必要ではない。もしマスク８０が回転するならば、アノードアセンブリ９０も同様に回転し得る。カソード電圧が、アノードアセンブリ９０の中のアノード（図示せず）のために基板（図示せず）に印加される。チャンネル３１０を通って流れる電解液１００は、マスク８０の開口２５０を通ってウエハー表面と物理的接触する。電解液１００は、ろ過のための小さなブリード孔３２０から連続的に排出され、再循環される。もし電解液が実際に操作の間に近接接触関係にあるマスク８０とウエハー表面との間に界面に入るとしても、きわめてわずかである。
【００６５】
図１５は、本発明の第２の好ましい態様による装置の斜視図を例示する。図１５の装置は、孔５１０とチャンネルプレート６００を除いて図１４に示される装置と同様である。チャンネルプレート６００は、異なる形態のチャンネル６１０を含み、そのチャンネルは、マスク８０の開口２５０に連続様式で電解液１００を分配するために用いられる。
【００６６】
図１６は、本発明の第３の好ましい態様による装置の側面図を例示する。さらにもう１つの態様において、図１６は、アノードアセンブリ９０の頂部上にある容器１１０に至る電解液１００を示す。電解液１００は、マスク８０の孔２５０を通ってウエハー３５０の表面と接触する。電解液は、ブリード孔２００を通って容器１００から排出され得る。
【００６７】
本発明において用いられる電源は、パルスまたはＤＣ電源であり得るが、しかし、好ましくはそれはＤＣ電源である。電源は電流制御モードまたは電圧制御モードで用いられる、すなわち、それは、付与された電流が一定のままかまたは印加された電圧が一定のままかのいずれかである。電流制御モードを用いる場合については、マスクの開口の大きさは、フィールド領域の部分並びにフィーチャーの部分を同時に覆うのに十分に大きいことが重要である。言い換えれば、ウエハー表面が開口を通して電解液に暴露されるとき、単に所定の時間電解液に暴露されるフィールド領域は存在すべきでない。例えば、開口が極めて小さいかまたはウエハー表面上のフィーチャーの数が小さい（低密度のフィーチャー）ならば、フィールド領域は電解液に暴露される。この場合には、電源は固定した電流を流すので、全ての電流は、フィールド領域を流れ、Ｃｕは、差等なしにフィールド領域上に析出する。しかし、もしフィールド領域とフィーチャーの両方が同時に暴露されるならば、そのときは、電流は、フィーチャーを優先的に流れ、より多くのＣｕは、フィーチャーに析出し、フィールド領域上にはより少ないであろう。この状況は、マスクの開口の数の増加により確実にされ得るものであり、それゆえ、孔のいくつかを同時に通って暴露される両領域（フィールドとフィーチャー）の部分が常に存在する。
【００６８】
もし定常電圧電源が用いられるならば、そのときは、電流は、ウエハー表面上の抵抗に依存してそれ自体自動的に調節される。それゆえ、もしマスクの孔がウエハーのフィールド領域のみを露出するならば、より少ない電流がその表面に供給され、めっきの量も少なくなる。フィーチャーが溶液に暴露されるとき、より多くの電流がフィーチャーに流れ、したがって、優先的なめっきがフィーチャーで起こる。それゆえ、もし小さなフィーチャー密度を有するウエハーが被覆され、および／またはマスクの孔の数が限定されているならば、電圧制御モードの電源を用いることがより適切である。
【００６９】
本発明は、小さなフィーチャーと大きなフィーチャーの両方を充足させるために用いられ得る。しかしながら、連続プロセスもまた利用され得る。そのアプローチには、２つの加工処理工程が存在する。第１の工程では、マスクは、マスクとウエハー表面の間のめっき液の実質的な量を受け入れてウエハー表面から引き出される。この位置では、系は、ちょうど従来のめっき槽のように作用する。めっき溶液の中の添加物の助けにより、小さなフィーチャーはこの工程の間に満たされ、図３において示される状況が起こる。この第１の工程の間に、マスクと基板は、均一な堆積のために互いに対して動く。次いで、マスクは、マスク上の孔／開口を除いてウエハー／マスク界面から溶液を搾り出す表面との接触にもたらされる。次いで、マスクパルスめっきは、先に記載したように、より大きなフィーチャーを優先的に満たすように始まる。このマスクパルスめっき技術において、マスク孔／開口が位置する場所を除いてマスクとウエハー表面の間にめっき溶液が実質的に存在しないことに注意することが重要である。
【００７０】
導電性材料として、銅およびその合金を用いることとともに、銅合金、鉄、ニッケル、クロム、インジウム、鉛、スズ、鉛−スズ合金、鉛無添加はんだ合金、銀、亜鉛、カドミウム、ルテニウム、それらのそれぞれの合金のような他の導電性材料が本発明において用いられ得る。本発明は、高性能かつ高信頼性のチップインターコネクト、パッケージング、磁気装置、フラットパネルおよびオプトエレクトロニクス用途の製造のために特に適している。
【００７１】
本発明のもう１つの側面において、「マスクパルス」めっきは、基板のキャビティ表面上の添加物について基板の頂部表面上に吸着される添加物を除去または変更する外的影響を作り出すことにより基板上に導電性材料をマスクパルスめっきするための方法および装置を記載する。この外的影響は、近接しているが基板表面に接触しない離間関係で配置されるマスクを間歇的に動かし、アノードと基板の間に電力を付与し、マスクがアノードと基板との間に位置することにより好ましい態様で記載されているように作り出され得る。
【００７２】
図７は、アノード３１、カソード３２および電解液３３を有するめっき槽３０を例示する。めっき槽３０は従来の層であり、本発明において用いられるめっき槽の正確な形態が変化しうることに注意すべきである。電解液３３は、カソード３２の頂部表面と接触する。本明細書で提供される例のカソード３２は、その頂部表面に様々のフィーチャーを有するウエハー（基板）である。ＤＣまたはパルス電圧は、ウエハー３２とアノード３１との間に印加され、電解液３３由来のＣｕは、上記のようにウエハー３２上に析出する。ＤＣまたはパルス電力の間の差は、小さなフィーチャーを満たすＣｕの品質を決定する。
【００７３】
図８は、本発明の好ましい態様を例示する。本発明において、マスク４０は、カソードウエハー３２に極めて近接して位置し、カソードウエハーは、典型的には、．７５ｍｍ未満であり、好ましくは０．１から０．５ｍｍの範囲にあり、その相対的な動きは、好ましくは、１ないし１００ｃｍ／ｓの範囲の速度にある。マスク４０は、それを通って電解液３３が移動しうる開口４２を含むか、または開口のない形状を有しうるが、しかし、本明細書で以後記載されるように基板の頂部表面および基板のキャビティ部分上の添加物の間の差の創出を可能とする。マスクは典型的には平坦であり、また、微視的尺度で粗面であるように質感のある表面も有しうる。理解と説明の容易さのために、図８は、電気的接続、アノード、電解液３３を含むめっき槽を例示しない。適切な電圧がカソードウエハー３２とアノードとの間に印加されるとき、開口４２は、電解液３３由来のＣｕが開口の下にない領域で起こり得るめっきよりも大きな量で開口４２の下の基板３２の表面上にめっきされることを可能とする。
【００７４】
本発明のもう１つの態様において、上記マスクは、外的影響を作り出すとき加工物表面に極めて近接するようになるために用いられる。したがって、ある外的影響は、頂部表面上に吸着される添加物が除去されるかまたは加工物のキャビティ表面上の添加物が変化するようにマスクを用いてなされる。マスクは、典型的には１から５秒間、または添加物の差に由来する頂部表面とキャビティ表面の抵抗の間の差が作り出されるまで、上記のウエハーに極めて近接して適用され得る。上記のように加工物の頂部表面部分と加工物のキャビティ表面部分上に配置された添加物の間の差を作り出した後、マスクは、好ましくは少なくとも０．１ｃｍ、加工物表面から離して動かされ、その後、めっきが発生し得る。添加物の差がある限り、そのときめっきは起こり得る。めっき時間は、添加物の吸着速度に直接関連する。この時間、前記差のために、加工物の表面上よりもフィーチャーの中でめっきはより析出する。電解液が加工物表面全体に付着するので、このことはまた、電流密度を小さくし、めっきされた層の厚さ均一性を改善する助けもする。マスクが加工物から遠く離れて動くとき、電界線は、マスクと加工物の表面との間の領域で曲がり得るものであり、より均一なフィルムをもたらす。
【００７５】
一旦十分な差が存在しなくなると、マスクは再び加工物表面に近接して動かされ、上記のように外的影響を作り出し得る。このプロセスは、所望の厚さまで導電性材料のめっきが達成されるまで、周期的に反復し得る。
【００７６】
この態様のもう１つの側面において、めっきは、マスクが加工物の頂部に極めて近接しており、加工物とマスクが互いに相対的に動く間に開始され得、次いで、めっきは、マスクがもはや加工物の頂部とあまり近接しておらず、一方十分な差が存在する間に継続し得る。めっきは、マスクと加工物との間が極めて近接しているとき、並びにあまり近接していないとき、の両方で起こり、このことはより速い加工処理を提供し得る。添加物は、この適用のために注意深く選ばれるべきことに注意すべきである。具体的には、物理的接触のない影響により除去される必要がある添加物種は、それらがマスクとウエハーとの間の直接接触によらずに除去されるように弱い吸着特性を有するべきである。
【００７７】
もう１つの態様において、めっき電流は、添加物の吸着特性に影響し得ることが認識されている。一部の添加物については、電流が通過する表面上で吸着がより強い。そのような場合には、電力が表面から断たれるかまたは減少して（流れる電流が断たれるか減少する）後、吸着化学種が付着していた表面から容易に除去され得る。弱く結合していた添加物は、そのとき、マスクにより容易に除去され得る。キャビティの中では、ゆるく結合していても、添加物はより容易にとどまり得る。というのは、添加物は外的影響により影響されないからである。
【００７８】
また、本発明によれば、マスクがウエハーから離れて動き得て、それでもきわめて近接しており、それにより外的影響を及ぼす距離は大きくなり得るし、または、例えば、ウエハーの頂部表面上の添加物を攪拌するために用いられる電解液の方向付けられた噴射のような、マスク以外の何かから得られる力も用いられ得る。
【００７９】
前述で、本発明の徹底した理解を提供するために、具体的材料、マスク設計、圧力、化学物質、方法などのような多数の具体的な詳細が記載されてきた。しかしながら、当業者が認識し得るように、本発明は、具体的に記載された詳細を用いることなく実施され得る。
【００８０】
様々の好ましい態様が上記詳細に記載されてきたけれども、当業者は、本発明の新規な教示および長所から著しく逸脱することなく代表的な態様の多くの修正が可能であることを容易に理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、絶縁層およびその上に形成される様々のフィーチャーを有する基板の断面の斜視図を例示する。
【図２】図２は、図３、４とともに図１の基板上に導電性材料を堆積させるための従来の方法の断面図を例示する。
【図３】図３は、図２、４とともに図１の基板上に導電性材料を堆積させるための従来の方法の断面図を例示する。
【図４】図４は、図２、３とともに図１の基板上に導電性材料を堆積させるための従来の方法の断面図を例示する。
【図５】図５は、別の従来の方法により基板上に堆積された導電性材料を有する基板の断面図を例示する。
【図６】図６は、電気化学的機械的堆積装置の１例を例示する。
【図７】図７は、アノード、カソード、および電解液を有する従来のめっき槽を例示する。
【図８】図８は、本発明の好ましい態様による装置の部分図を例示する。
【図９】図９は、本発明の好ましい態様によるマスクパルスめっき法を例示する。
【図１０】図１０は、本発明の好ましい態様によるマスクパルスめっき法を例示する。
【図１１】図１１は、本発明の好ましい態様によるマスクパルスめっき法を例示する。
【図１２】図１２は、本発明の好ましい態様によるマスクパルスめっき法を例示する。
【図１３】図１３は、本発明の好ましい態様による図９〜１２に対応するグラフを例示する。
【図１４】図１４は、本発明の第１の好ましい態様による装置の斜視図を例示する。
【図１５】図１５は、本発明の第２の好ましい態様による装置の斜視図を例示する。
【図１６】図１６は、本発明の第３の好ましい態様による装置の側面図を例示する。
【符号の説明】
２…絶縁体、３…基板、５…バリア層、６…シード層、７…導電性材料、８…フィールド領域、１０…キャリアヘッド、１６，３５０…ウエハー、１７，２４…リード線、１８…パッド、１９，９０…アノードアセンブリ、２０，３３，１００…電解液、３０…めっき槽、３１…アノード、３２…カソード、４０，８０…マスク、３００，６００…チャンネルプレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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