(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の被めっき面を無電解めっき処理液に触れさせることによって処理する無電解めっき方法において、
前記基板の被めっき面を下向きで前記無電解めっき処理液の液面に対して斜めに傾けた状態でこの被めっき面を無電解めっき処理液に触れさせるとともに、基板の被めっき面をその面に垂直な軸以外の軸中心に回転させることによって基板を上下に揺動しながら回転して攪拌することを特徴とする無電解めっき方法。
【請求項２】
基板の被めっき面を無電解めっき処理液に触れさせることによって処理する無電解めっき方法において、
前記基板の被めっき面を下向きで前記無電解めっき処理液の液面に対して斜めに傾けた状態でこの被めっき面を無電解めっき処理液に触れさせるとともに、基板の被めっき面をその面に垂直な軸以外の軸であって基板の中心以外に位置する軸中心に回転させることによって基板を上下に揺動しながら偏心回転して攪拌することを特徴とする無電解めっき方法。
【請求項３】
無電解めっき処理液を所定のめっき処理温度に保持した状態で蓄えるめっき処理液保持手段と、
基板を保持するとともに保持した基板の被めっき面を前記めっき処理液に接液させる構造の基板保持手段と、を具備する無電解めっき装置において、
前記基板保持手段は、前記基板をその被めっき面を下向きで前記無電解めっき処理液の液面に対して斜めに傾けた状態で保持して前記めっき処理液に接液するとともに、前記基板の被めっき面に対して斜めに取り付けた回転駆動軸によって基板を上下に揺動しながら回転させる構造であることを特徴とする無電解めっき装置。
【請求項４】
無電解めっき処理液を所定のめっき処理温度に保持した状態で蓄えるめっき処理液保持手段と、
基板を保持するとともに保持した基板の被めっき面を前記めっき処理液に接液させる構造の基板保持手段と、を具備する無電解めっき装置において、
前記基板保持手段は、前記基板をその被めっき面を下向きで前記無電解めっき処理液の液面に対して斜めに傾けた状態で保持して前記めっき処理液に接液するとともに、前記基板の被めっき面に対して斜めであって且つ基板の中心以外の位置に取り付けた回転駆動軸によって基板を上下に揺動しながら偏心回転させる構造であることを特徴とする無電解めっき装置。
【請求項５】
前記めっき処理液保持手段は、底面にヒータを設置すると共にヒータの周囲の上にめっき処理液を保持する堰を設けて構成されていることを特徴とする請求項３又は４記載の無電解めっき装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の配線形成（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に用いて好適な無電解めっき方法及び装置に関するものである。
【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、金属層の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】
ここで図７は従来の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、めっき液８１を蓄えるめっき処理槽８０と、半導体基板Ｗを保持した基板保持手段９０とを具備して構成されている。無電解めっきは半導体基板Ｗの被めっき面Ｗ１とめっき液との接液部分における温度が所定の温度（例えば６０℃）でなければ良好な反応が生じないので、めっき処理槽８０内のめっき液８１を所定の一定温度に加熱・保持しておくため、めっき処理槽８０にめっき処理槽８０のめっき液を取り出してポンプＰで循環する配管８２を接続し、配管８２中にめっき液を所定温度に加熱するヒータ等の加熱手段８３を取り付けるようにしている。
【０００５】
一方基板保持手段９０は、半導体基板Ｗの被めっき面Ｗ１以外の面を覆う形状に形成されると共に、半導体基板Ｗの被めっき面Ｗ１を上下に立ててめっき処理槽８０内に浸漬するようにしている。半導体基板Ｗの被めっき面Ｗ１をめっき処理槽８０内で上下に立てるのは、無電解めっきの際は被めっき面Ｗ１におけるめっき反応でガスが発生するが、このガスが被めっき面Ｗ１上に滞留するとその部分のめっき反応が阻害されるので、このガスを被めっき面Ｗ１から離れ易くするためである。
【０００６】
しかしながら上記従来の無電解めっき装置においては、半導体基板Ｗの被めっき面Ｗ１をめっき処理槽８０内で上下に立てて設置しなければならないのでめっき処理槽８０を深くする必要があり、その小型化が図れず、また加熱手段８３をめっき処理槽８０の外部に設置する必要があるのでこの点からも装置全体の小型化が図れないという問題点があった。
【０００７】
一方めっき液の温度は半導体基板Ｗへの銅めっきの場合、例えば６０℃辺りで１度変化すると１分間のめっき時間で概ね１．８ｎｍも膜厚差が生じるので、極めて正確な温度管理が必要であるが、前述のようにめっき処理槽８０が小型化できないことによって収納するめっき液の量が多くなるとめっき液の正確な温度管理が困難になってしまうばかりか、めっき液の使用量も増えて加熱・保温のための消費電力も多くなってしまうという問題点もあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
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、装置の小型化が図れるばかりか、めっき処理液の使用量が少なくて正確な温度管理が可能となる無電解めっき方法及び装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１に記載の発明は、基板の被めっき面を無電解めっき処理液に触れさせることによって処理する無電解めっき方法において、前記基板の被めっき面を下向きで前記無電解めっき処理液の液面に対して斜めに傾けた状態でこの被めっき面を無電解めっき処理液に触れさせるとともに、基板の被めっき面をその面に垂直な軸以外の軸中心に回転させることによって基板を上下に揺動しながら回転して攪拌することを特徴とする無電解めっき方法にある。
【００１０】
本願請求項２に記載の発明は、基板の被めっき面を無電解めっき処理液に触れさせることによって処理する無電解めっき方法において、前記基板の被めっき面を下向きで前記無電解めっき処理液の液面に対して斜めに傾けた状態でこの被めっき面を無電解めっき処理液に触れさせるとともに、基板の被めっき面をその面に垂直な軸以外の軸であって基板の中心以外に位置する軸中心に回転させることによって基板を上下に揺動しながら偏心回転して攪拌することを特徴とする無電解めっき方法にある。
【００１１】
本願請求項３に記載の発明は、無電解めっき処理液を所定のめっき処理温度に保持した状態で蓄えるめっき処理液保持手段と、基板を保持するとともに保持した基板の被めっき面を前記めっき処理液に接液させる構造の基板保持手段と、を具備する無電解めっき装置において、前記基板保持手段は、前記基板をその被めっき面を下向きで前記無電解めっき処理液の液面に対して斜めに傾けた状態で保持して前記めっき処理液に接液するとともに、前記基板の被めっき面に対して斜めに取り付けた回転駆動軸によって基板を上下に揺動しながら回転させる構造であることを特徴とする無電解めっき装置にある。
【００１２】
本願請求項４に記載の発明は、無電解めっき処理液を所定のめっき処理温度に保持した状態で蓄えるめっき処理液保持手段と、基板を保持するとともに保持した基板の被めっき面を前記めっき処理液に接液させる構造の基板保持手段と、を具備する無電解めっき装置において、前記基板保持手段は、前記基板をその被めっき面を下向きで前記無電解めっき処理液の液面に対して斜めに傾けた状態で保持して前記めっき処理液に接液するとともに、前記基板の被めっき面に対して斜めであって且つ基板の中心以外の位置に取り付けた回転駆動軸によって基板を上下に揺動しながら偏心回転させる構造であることを特徴とする無電解めっき装置にある。
【００１３】
本願請求項５に記載の発明は、前記めっき処理液保持手段は、底面にヒータを設置すると共にヒータの周囲の上にめっき処理液を保持する堰を設けて構成されていることを特徴とする請求項３又は４記載の無電解めっき装置にある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。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。
【００１５】
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。
【００１６】
図２は無電解めっき装置の参考例を示す概略構成図である。同図に示すようにこの無電解めっき装置は、半導体基板Wと、半導体基板Wを保持する基板保持手段１０と、めっき液（めっき処理液）２５を保持するめっき処理液保持手段２０とを具備して構成されている。
【００１７】
ここで基板保持手段１０は、半導体基板Ｗをその被めっき面Ｗ１が真下方向（下方向）を向くように保持する構造に構成されている。その際半導体基板Ｗの被めっき面Ｗ１以外の面はこの基板保持手段１０によって覆われることで、めっき液が付着しないように構成されている。また基板保持手段１０の上面中央には、この基板保持手段１０を回転自在に軸支する回転駆動軸１１が取り付けられている。回転駆動軸１１は図示しないモータ等の回転駆動手段に連結されている。
【００１８】
一方めっき処理液保持手段２０は、内部にヒータＨを設置したヒータ保持部２１を底面としてヒータ保持部２１の周囲の上にめっき液２５を保持するリング状の堰２３を設けて構成されている。
【００１９】
そしてめっき処理液保持手段２０の堰２３の内側に無電解めっき液２５を充填してヒータＨによって無電解めっきに最適な所定温度（無電解めっき処理温度、例えば６０℃）に昇温して一定に保温しておく。
【００２０】
次に前記基板保持手段１０の下面に半導体基板Ｗをその被めっき面Ｗ１が下方向を向くように保持した上で、被めっき面Ｗ１をめっき液２５中に浸漬して接液する。同時に基板保持手段１０を回転する（必ずしも回転しなくても良い）。これによって半導体基板Ｗの被めっき面Ｗ１には銅めっきが施される。
【００２１】
以上のように本参考例によれば、半導体基板Ｗの被めっき面Ｗ１を下方向に向けた状態でめっき液２５に接液する構造なので、その構造上めっき液２５の深さを浅く構成でき、このためめっき処理液保持手段２０に必要最小限のめっき液２５を保持しておくだけで良くてその小型化が図れる。またヒータＨをヒータ保持部２１内に設置したので、図７に示すような従来のめっき処理槽８０に比べて装置の小型化が図れる。さらにめっき液の使用量が少なくて済むので正確な温度管理が可能になる。まためっき液加熱のための消費電力も少なくて済む。
【００２２】
一方前述のように無電解めっき反応時には、通常ガス（Ｈ2ガス）が発生する。このため図２に示す無電解めっき装置では、その下面にガスが滞留してしまう恐れがある。なお基板保持手段１０を回転してもガスの一部は半導体ウエハＷの下面中央の回転中心部分に集まり、抜けにくい。そこで本願発明者は前記ガスを効果的に除去するため、さらに以下のような工夫を行なった。
【００２３】
〔発生ガスをめっき液中に溶かし込む方法〕
無電解めっき反応によって発生するガスの量を、めっき液中に全て溶解する程度に少なくなるように、無電解めっき液の材質を選択する方法である。この場合、無電解めっき装置の構成は図２に示すままで良い。
【００２４】
めっき液には所定の溶解度で水素ガス等のガスが溶解する。このため発生するガスの量を少なくすることで、発生するガス全てをめっき液に溶解させるようにすれば、ガスが被めっき面Ｗ１上に残ることを防止できる。
【００２５】
〔めっき液にガスを排除する方向の流れを形成する方法〕
即ち例えば図３に示すように、めっき液２５の底面付近に外部からの磁気によって回転するマグネットスターラーＳを設置しておき、これを回転することでめっき液に図３に矢印で示すような流れ（被めっき面Ｗ１の中央から外周に向かう流れ）を発生させ、これによって被めっき面Ｗ１下面で発生するガスを外周方向に向けて排除する方法である。なお流れを生じさせる手段としてマグネットスターラーＳ以外にも羽根車をモータで回転する方法やノズルからめっき液を噴射する方法等、種々の方法が考えられることは言うまでもない。
【００２６】
〔被めっき面Ｗ１を斜めに傾けた状態でめっき液に触れさせる方法〕
即ち例えば図４に示すように、基板保持手段１０とこれに保持した半導体基板Ｗと回転駆動軸１１の全体を所定角度斜めに傾けた状態で被めっき面Ｗ１をめっき液２５中に浸漬させ、これによって被めっき面Ｗ１下面で発生するガスを斜めに設置した被めっき面Ｗ１に沿って上昇させて排除する方法である。
【００２７】
〔被めっき面Ｗ１を斜めに傾けた状態にすると同時に半導体基板Ｗをその面に垂直な軸以外の軸で回転させる本発明の方法〕
即ち例えば図５に示すように、基板保持手段１０とこれに保持した半導体基板Ｗとを所定角度斜めに傾けた状態で、回転駆動軸１１だけを垂直に設置し（即ち基板保持手段１０の面に対して回転駆動軸１１を斜めに取り付け）、この状態で回転駆動軸１１を回転駆動するようにした。このように構成すれば、被めっき面Ｗ１の下面で発生するガスを斜めに設置した被めっき面Ｗ１に沿って上昇させることができるばかりか、基板保持手段１０及び半導体基板Ｗが上下に揺動することでめっき液が攪拌され、より効果的にガスの排除を図ることができる。
【００２８】
〔被めっき面Ｗ１を斜めに傾けると同時に半導体基板Ｗをその面に垂直な軸以外の軸で回転させさらに回転中心を半導体基板Ｗの中心以外の位置にする本発明の方法〕
即ち例えば図６に示すように、基板保持手段１０とこれに保持した半導体基板Ｗとを所定角度斜めに傾けた状態で、回転駆動軸１１だけを垂直に設置し（即ち基板保持手段１０の面に対して回転駆動軸１１を斜めに取り付け）、その際回転駆動軸１１を半導体基板Ｗの中心以外の位置に取り付けて回転駆動軸１１を回転駆動するようにした。このように構成すれば、被めっき面Ｗ１の下面で発生するガスを斜めに設置した被めっき面Ｗ１に沿って上昇させることができるばかりか、基板保持手段１０及び半導体基板Ｗが上下に揺動しながら偏心回転するので、めっき液がさらに攪拌され、さらに効果的にガスの排除を図ることができる。
【００２９】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記各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。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。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。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。即ち無電解めっき液の代りに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用いることで、これらの処理もこの無電解めっき装置で行うことができる。また上記実施形態では半導体基板Ｗに無電解めっきする例を示したが、本発明は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。
【００３０】
【発明の効果】
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。▲１▼半導体基板の被めっき面を下向きにしたままめっき処理液に接液できるので、めっき処理液の深さを浅くでき、めっき処理液を収納するめっき処理液保持手段の小型化が図れ、装置全体の小型化が図れる。
【００３１】
▲２▼半導体基板の被めっき面を下向きにしたままめっき処理液に接液できるので、めっき処理液の深さを浅くでき、使用するめっき処理液の量を少なくでき、めっき処理液の正確な温度管理が容易になるばかりか、加熱・保温のための消費電力も少なくできる。
【００３２】
▲３▼被めっき面を斜めに傾けた状態で無電解めっき処理液に触れさせるように構成したので、被めっき面上で生じるガスを被めっき面上から容易に除去することができる。
【００３４】
(4)めっき処理液保持手段自体にヒータを設置した場合は、装置の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】めっき工程の一例を示す図である。
【図２】  無電解めっき装置の参考例を示す概略構成図である。
【図３】  無電解めっき装置の他の参考例を示す概略構成図である。
【図４】  無電解めっき装置の他の参考例を示す概略構成図である。
【図５】  本発明にかかる無電解めっき装置の実施形態を示す概略構成図である。
【図６】本発明にかかる無電解めっき装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図７】従来の無電解めっき装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１０  基板保持手段
１１  回転駆動軸
２０  めっき処理液保持手段
２１  ヒータ保持部（底面）
２３  堰
２５  めっき液（めっき処理液）
Ｗ  半導体基板（基板）
Ｗ１  被めっき面
Ｈ  ヒータ
Ｓ  マグネットスターラー
【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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