JP2006111938A - Electroless plating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板上に無電解めっき液を供給して基板表面、例えば半導体基板の配線金属の表面をめっきするための無電解めっき装置に関するものである。 The present invention relates to an electroless plating apparatus for supplying an electroless plating solution onto a substrate and plating a substrate surface, for example, a surface of a wiring metal of a semiconductor substrate.
半導体デバイスの多層化構造は、層間絶縁膜に配線を埋め込んだ層を多段に積層して構成される。エレクトロマイグレーションに強い好ましい配線材料としては例えば銅が用いられており、その配線を形成する手法としては、層間絶縁膜に溝を含む凹部を形成し、この凹部に銅を埋め込んだ後、余剰の銅をCMPと呼ばれる研磨法により研磨するダマシンプロセスが採用されている。 A multilayered structure of a semiconductor device is configured by stacking layers in which wiring is embedded in an interlayer insulating film in multiple stages. For example, copper is used as a preferable wiring material resistant to electromigration. As a method of forming the wiring, a recess including a groove is formed in an interlayer insulating film, and after copper is embedded in the recess, an excess of copper is formed. A damascene process is employed in which the substrate is polished by a polishing method called CMP.
そして最近においてこのような銅配線技術を実施する上で、無電解めっき法を取り込むことが検討されている。無電解めっきは外部からの電解を使用せず、めっき液中に添加されている還元剤から電子を得て金属膜を形成する手法であり、凹部内に銅の埋め込みを行う前に凹部内に銅のシード層を形成する技術や、銅配線の上にバリア膜(例えば窒化シリコン、炭化シリコン、炭化窒化シリコンなどの膜)を形成する前にバリア膜と銅との密着層であるCoWP(コバルトタングステンリン)などからなるめっき膜を形成する技術などに適用される。 Recently, it has been considered to incorporate an electroless plating method in implementing such copper wiring technology. Electroless plating is a technique in which electrons are obtained from the reducing agent added to the plating solution without forming electrolysis from the outside, and a metal film is formed. A technique for forming a copper seed layer, or CoWP (cobalt) which is an adhesion layer between a barrier film and copper before forming a barrier film (for example, a film of silicon nitride, silicon carbide, silicon carbonitride, etc.) on a copper wiring. The present invention is applied to a technique for forming a plating film made of tungsten phosphorus.
無電解めっきに関しては例えば周縁がチャックに保持された半導体ウエハ(以下ウエハという)を上下両面から温調用プレートにより加熱すると共に、所定温度例えば室温から60℃までの間の設定温度に加熱された無電解めっき液を上部側プレートを介してウエハの表面に供給する手法が開示されている(特許文献1)。 With respect to electroless plating, for example, a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) having a peripheral edge held by a chuck is heated from both the upper and lower surfaces by a temperature control plate and is heated to a predetermined temperature, for example, a set temperature between room temperature and 60 ° C. A method of supplying an electrolytic plating solution to the surface of a wafer via an upper plate is disclosed (Patent Document 1).
ところで無電解めっき液には電子の供給源である還元剤が含まれるため、特に加熱して使用する場合には、液中にて金属が析出するいわゆる液中析出が起こりやすくなる。液中析出が起こると、無電解めっき液の状態が変わってしまうため、ウエハ間において無電解めっき処理がばらついてしまい、例えばめっき膜の膜厚がばらついてしまうし、また析出粒子がパーティクル汚染の要因になる上、無電解めっき装置の配管の目詰まりを引き起こすおそれもある。特許文献1にはこのような無電解めっき液の不安定性には着眼されていない。 By the way, since the electroless plating solution contains a reducing agent which is an electron supply source, particularly when heated and used, so-called deposition in the solution in which a metal is deposited in the solution tends to occur. When the deposition in the liquid occurs, the state of the electroless plating solution changes, so that the electroless plating process varies between wafers, for example, the film thickness of the plating film varies, and the deposited particles are contaminated with particles. In addition to being a factor, it may cause clogging of the piping of the electroless plating apparatus. Patent Document 1 does not focus on the instability of such an electroless plating solution.
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、無電解めっき液の状態の安定化を図り、基板の表面に対して安定しためっき処理をすることのできる無電解めっき装置を提供することにある。 The present invention has been made under such circumstances, and its purpose is to stabilize the state of the electroless plating solution and to perform stable plating treatment on the surface of the substrate. To provide an apparatus.
本発明は、基板を横向きの姿勢で保持する基板保持部と、
互いに混合されて無電解めっき液を形成する第1の薬液及び第2の薬液が夫々通流する第1の薬液供給路及び第2の薬液供給路と、
これら第1の薬液供給路及び第2の薬液供給路がその上流端にて合流し、その下流端に吐出口が形成された無電解めっき液の供給路と、
この無電解めっき液の供給路内の無電解めっき液の温度を調整する供給路温調手段と、
前記第1の薬液供給路及び第2の薬液供給路の各々における合流点の近傍に設けられた薬液用開閉手段と、
前記無電解めっき液の供給路における前記吐出口の近傍に設けられためっき液用開閉手段と、
前記基板に対して無電解めっきが行われている間に無電解めっき液の供給路内を満たしていた無電解めっき液を次の基板の表面に供給するために前記薬液用開閉手段及びめっき液用開閉手段を制御する制御手段と、を備え、
前記薬液用開閉手段とめっき液用開閉手段との間の供給路内の容積は、1枚の基板を無電解めっき処理するために必要な吐出量に相当することを特徴とする。この無電解めっき装置は、例えば第1の薬液及び第2の薬液の夫々の流量を調整するための手段を備えている
本発明は、第1の薬液と第2の薬液とをできるだけ無電解めっき処理の直前に混合しかつ薬液の使用量を極力抑える狙いがあり、一の基板の処理が開始されてから次の基板の処理に移る間に両薬液を混合し、そしてその混合液(無電解めっき液)は次の基板の処理において使い切ってしまうという発想に基づいている。従って薬液用開閉手段が第1の薬液供給路及び第2の薬液供給路の各々における合流点の近傍に設けられるという意味は、部品の構造上許容される範囲内で両薬液供給路の合流点にできるだけ近づけた構成をいう。合流点と各薬液用開閉手段との間の距離が大きいと、その間に満たされている液は薬液の拡散により両薬液の混じり合ったものになるが、その混合作用は薬液用開閉手段が閉じた後の静止状態に起こるので、十分混合されないまま基板上に供給されてめっきの均一性が低下してしまう。従って別の言い方をすれば、部品の構造やレイアウトの制限などから、各薬液用開閉手段が前記合流点から若干離れていたとしても、不十分な混合によるめっきの不均一性が起こらない範囲内であれば、「合流点の近傍」になる。
The present invention includes a substrate holding unit that holds the substrate in a lateral orientation;
A first chemical solution supply path and a second chemical solution supply path through which a first chemical solution and a second chemical solution, which are mixed with each other to form an electroless plating solution, respectively flow;
An electroless plating solution supply path in which the first chemical solution supply path and the second chemical liquid supply path merge at the upstream end thereof, and a discharge port is formed at the downstream end thereof;
Supply path temperature adjusting means for adjusting the temperature of the electroless plating solution in the supply path of the electroless plating solution;
Chemical liquid opening / closing means provided in the vicinity of the junction in each of the first chemical liquid supply path and the second chemical liquid supply path;
Opening / closing means for plating solution provided in the vicinity of the discharge port in the supply path of the electroless plating solution,
In order to supply the electroless plating solution that has filled the inside of the supply path of the electroless plating solution to the surface of the next substrate while the electroless plating is being performed on the substrate, the opening / closing means for chemical solution and the plating solution Control means for controlling the open / close means for use,
The volume in the supply path between the chemical solution opening / closing means and the plating solution opening / closing means corresponds to a discharge amount necessary for electroless plating of one substrate. The electroless plating apparatus includes, for example, means for adjusting the flow rates of the first chemical solution and the second chemical solution. The present invention is directed to electroless plating of the first chemical solution and the second chemical solution as much as possible. The aim is to mix just before processing and to reduce the amount of chemicals used as much as possible. Both chemicals are mixed between the start of the processing of one substrate and the processing of the next substrate. The plating solution is based on the idea that it will be used up in the next substrate processing. Therefore, the meaning that the opening / closing means for chemical liquid is provided in the vicinity of the merging point in each of the first chemical liquid supply path and the second chemical liquid supply path means that the merging point of both the chemical liquid supply paths is within the allowable range in the structure of the parts. A configuration that is as close as possible. If the distance between the junction and each chemical solution opening / closing means is large, the liquid filled between them will be a mixture of both chemical solutions due to the diffusion of the chemical solution, but the mixing action will close the chemical solution opening / closing means. Since this occurs in a resting state after that, it is supplied onto the substrate without being sufficiently mixed, and the uniformity of plating is lowered. Therefore, in other words, due to restrictions on the structure and layout of parts, even if each chemical switching means is slightly separated from the junction point, it is within a range where uneven plating due to insufficient mixing does not occur. If so, it becomes “near the confluence”.
また「薬液用開閉手段とめっき液用開閉手段との間の供給路内の容積(V1)は、1枚の基板を無電解めっき処理するために必要な吐出量(V2)に相当する」とはV1とV2とが揃っているという意味である。またV2とは、例えば基板表面が無電解めっきされるために当該表面に盛られる液量とめっき液用開閉手段から前記吐出口に至るまでの容積(液の体積)との合計量である。V1とV2との関係について述べると、V1がV2よりも大きい場合、1回の吐出量をV2にすると、めっき液供給路内にめっき液が残ってしまうし、また1回の吐出量をV1にすると、必要以上の量が吐出されるので、薬液が無駄になる。逆にV1がV2よりも小さい場合には、1回の吐出量をV2にすると、両薬液供給路の夫々に位置している第1の薬液及び第2の薬液がめっき液供給路に滞留せずに吐出されてしまうので、基板上のめっき液の均一性が低下する。このためV1とV2とが等しいことが理想であるが、設計上多少差が生じる場合も起こりうる。この場合でもめっき処理の均一性が確保され、またできるだけ薬液の無駄をなくす設計思想であれば、V1とV2とが「揃っている」ことになる。 “The volume (V1) in the supply path between the chemical solution opening / closing means and the plating solution opening / closing means corresponds to the discharge amount (V2) necessary for electroless plating of one substrate”. Means that V1 and V2 are aligned. V2 is the total amount of the amount of liquid accumulated on the surface of the substrate for electroless plating, for example, and the volume from the plating solution opening / closing means to the discharge port (volume of the solution). Describing the relationship between V1 and V2, when V1 is larger than V2, if the discharge amount of one time is V2, the plating solution remains in the plating solution supply path, and the discharge amount of one time is V1. In this case, since the amount more than necessary is discharged, the chemical solution is wasted. On the contrary, when V1 is smaller than V2, when the discharge amount per time is set to V2, the first chemical solution and the second chemical solution located in each of the two chemical solution supply paths stay in the plating solution supply path. Therefore, the uniformity of the plating solution on the substrate is lowered. For this reason, it is ideal that V1 and V2 are equal, but there may be a case where a difference occurs in design. Even in this case, V1 and V2 are “equal” if the design philosophy is to ensure the uniformity of the plating process and to eliminate as much chemical waste as possible.
この発明の好ましい態様の一つとしては、基板保持部に保持された基板の表面に対向すると共に、基板の有効領域よりも大きく形成され、下面に前記吐出口が形成された上部温調体と、この上部温調体を基板の表面との間に無電解めっき液を満たすための処理位置と、この処理位置から離れた待機位置との間で相対的に移動させる移動機構とを備えた構成を挙げることができる。この場合には、無電解めっき液の供給路の一部あるいは全部を上部温調体内に配置することができ、供給路温調手段の一部あるいは全部が上部温調体により兼用されることになる。 As one of preferred embodiments of the present invention, there is provided an upper temperature adjustment body that is opposed to the surface of the substrate held by the substrate holding portion, is formed larger than the effective area of the substrate, and has the discharge port formed on the lower surface. A structure including a moving mechanism for relatively moving the upper temperature adjusting body between the processing position for filling the electroless plating solution with the surface of the substrate and a standby position away from the processing position Can be mentioned. In this case, a part or all of the supply path for the electroless plating solution can be disposed in the upper temperature adjusting body, and a part or all of the supply path temperature adjusting means is shared by the upper temperature adjusting body. Become.
そして前記上部温調体はその内部が温調用流体の通流室として構成され、無電解めっき液と温調用流体との間で熱交換するために無電解めっき液の供給路の全部がこの通流室内に配置されることにより前記供給路温調手段を兼用するようにしてもよい。 The upper temperature adjusting body is configured as a flow chamber for the temperature adjusting fluid, and the entire supply path for the electroless plating solution is used for heat exchange between the electroless plating solution and the temperature adjusting fluid. The supply path temperature adjusting means may also be used by being arranged in the flow chamber.
更に本発明は、第1の薬液供給路及び第2の薬液供給路において、次に薬液用開閉手段を通って1枚の基板に使用される薬液が満たされている部位を温度調整する手段を設けるようにしてもよい。上部温調体の内部が温調用流体の通流室として構成される場合には、前記薬液が満たされている部位を温度調整する手段として、通流室を利用することができる。薬液の具体例を挙げておくと、第1の薬液は例えばめっき金属の金属塩を含む液であり、第2の薬液は例えば電子の供給源である還元剤を含む液である。 Furthermore, the present invention provides means for adjusting the temperature of a portion filled with a chemical solution used for one substrate through the chemical solution opening / closing means in the first chemical solution supply channel and the second chemical solution supply channel. You may make it provide. When the inside of the upper temperature control body is configured as a temperature control fluid flow chamber, the flow chamber can be used as means for adjusting the temperature of the portion filled with the chemical solution. For example, the first chemical liquid is a liquid containing a metal salt of a plating metal, and the second chemical liquid is a liquid containing a reducing agent that is an electron supply source.
本発明によれば、第1の薬液供給路及び第2の薬液供給路の各々における合流点の近傍に薬液用開閉手段を設けると共に、無電解めっき液の供給路における吐出口の近傍にめっき液用開閉手段を設け、これら開閉手段により挟まれる供給路の容積を、概ね1回のめっき処理に必要な吐出量に対応させている。従って基板のめっき処理が開始され、当該基板の次の基板の無電解めっき処理が開始されるまでの間だけ両薬液が混合されるので、言い換えれば無電解めっき処理が行われる直前に薬液が混合されるので、無電解めっき液が不安定な状態で保持されることが極力避けられ、例えば液中析出を防ぐことができる。この結果、常に同等の状態の無電解めっき液を基板表面に供給することができるので安定した無電解めっき処理を行うことができ、基板間における膜厚及び膜質の均一性が向上する。 According to the present invention, the chemical solution opening / closing means is provided in the vicinity of the junction in each of the first chemical solution supply channel and the second chemical solution supply channel, and the plating solution is provided in the vicinity of the discharge port in the electroless plating solution supply channel. The opening / closing means is provided, and the volume of the supply path sandwiched between these opening / closing means is made to correspond to the discharge amount necessary for one plating process. Therefore, both chemical solutions are mixed only until the plating process of the substrate is started and the electroless plating process of the next substrate is started. In other words, the chemical solution is mixed immediately before the electroless plating process is performed. Therefore, it is avoided as much as possible that the electroless plating solution is held in an unstable state, and for example, precipitation in the solution can be prevented. As a result, since an electroless plating solution in an equivalent state can always be supplied to the substrate surface, a stable electroless plating process can be performed, and the film thickness and film quality uniformity between the substrates can be improved.
図1は、本発明の無電解めっき装置の実施の形態の全体構成図を示す図である。図1中11は、上部が開口している扁平な円筒状の基板保持部をなすウエハチャックであり、このウエハチャック11の上端の周縁部には基板であるウエハWの周縁部を保持する段部12が全周に亘って形成されている。このウエハチャック11の中央部には筒状の回転軸13が設けられており、この回転軸13は回転駆動部例えば中空モータ14に接続されている。この中空モータ14によりウエハチャック11はウエハWを支持した状態で鉛直軸周りに回転可能なように構成されている。中空モータ14はベース15に固定され、このベース15は、傾斜機構16に取り付けられていて傾斜できるようになっている。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration diagram of an embodiment of an electroless plating apparatus of the present invention. In FIG. 1,
ウエハチャック11の外側には、当該ウエハチャック11を囲むように液受け用のカップ体21が設けられており、カップ体21は図示しない昇降機構によりベース15に対して昇降できるように構成されている。前記カップ体21の側周面の上端部は内方側に屈曲して、ウエハWを回転させたときに振り切られる液を跳ね返すようになっている。またカップ体21の底面中央部には開口部22が形成されていて、この開口部22内に前記回転軸13が貫通していると共に、前記底面の周縁に近い部位にはウエハWからこぼれ落ちた液をドレインとして排出するためのドレイン排出部23が設けられている。またウエハチャック11における中央から外れた底面においても図では見えない孔部が形成されていて、ウエハチャック11内にこぼれ落ちた液がカップ体21内に流れ落ちるようになっている。
A liquid receiving
前記ウエハチャック11の上方側には、このウエハチャック11に保持されるウエハWの表面に対向するように上部温調体3が設けられている。この上部温調体3は、外形が扁平な円柱状でウエハWよりも少し大きいサイズに作られていると共に、移動機構である昇降機構30により、ウエハWに対して無電解めっき液を供給する処理位置とこの処理位置から上方に離れた待機位置との間で昇降できるように構成されている。上部温調体4はウエハWの有効領域(集積回路の形成領域)より大きければよいが、近年ではウエハWの周縁に可成り近いところまで集積回路を形成することから、ウエハWのサイズと同じかあるいはそれよりも大きいことが好ましい。またウエハチャック11内には下部温調体24が配置されており、この下部温調体24はウエハチャック11に保持されるウエハWの裏面に対向して、前記回転軸13内を貫通している支持軸25を介して図示しない昇降機構により昇降できるように構成されている。上部温調体3及び下部温調体24は例えば抵抗加熱体からなるヒータを備えた例えばセラミックスからなるプレートにより構成されるが、内部に熱媒体が通流するプレートであってもよい。
An upper
下部温調体24の下面の中央部には、温調水例えば純水の供給路である純水供給管26の一端側が挿入されており、この純水供給管26は支持軸25内に配管されていて、その他端側は、バルブ27及びポンプ28を介して純水タンク29に接続されている。なおこの純水は裏面側リンス液としての役割も有している。
One end side of a pure
上部温調体3の昇降機構30及び下部温調体24の図示しない昇降機構は、ベース15に固定されており、従って傾斜機構16により上部温調体3、ウエハW及び下部温調体24が一体的に傾くこととなる。これらを傾斜させる目的は、後述のように上部温調体3とウエハWとの間に無電解めっき液などの処理液を満たしたときにその中に混入する気泡を上部側に移動させて取り除くことにあるが、この実施の形態では気泡が入りにくい構造になっているため、傾斜機構16は設けなくてもよい。
The raising / lowering
次に図2を参照しながら無電解めっき液の供給系に関して説明する。上部温調体3の中央部には、例えば管体からなる無電解めっき液の供給路41の一端側が配置されており、その下端は上部温調体3の下面と面一である無電解めっき液の吐出口42を形成している。無電解めっき液供給路41における上部温調体3の上部側には、当該供給路41内の液を給断するためのめっき液用開閉バルブに相当するバルブ43が設けられていると共に、無電解めっき液供給路41の上流側は第1の薬液供給路5と第2の薬液供給路6とに分岐されている。つまり無電解めっき液供給路41の上流端において第1の薬液供給路5と第2の薬液供給路6とが合流している。無電解めっき液供給路41は、供給路温調手段44により囲まれていて当該供給管41内の無電解めっき液が所定の温度例えば室温から60℃の範囲で選択された温度に設定されるように構成されている。供給路温調手段44はこの例では筒状のケース体45内に熱媒体供給路46及び熱媒体排出路47を介して熱媒体例えば純水が通流するように構成されている。バルブ43についても前記供給路温調手段44の一部をなすヒータ48が周囲に設けられていてバルブ43内の無電解めっき液の温調を行うようになっている。
Next, an electroless plating solution supply system will be described with reference to FIG. One end side of an electroless plating
第1の薬液供給路5と第2の薬液供給路6とは、互いに混合されて無電解めっき液を形成する第1の薬液及び第2の薬液が夫々通流するための供給路であり、合流点(無電解めっき液供給路41の上端)の近傍には、薬液用開閉手段であるバルブ51及び61が設けられている。これらバルブ51、61は部品のレイアウト上許容できる範囲でできるだけ合流点に接近させて配置されている。その理由は、薬液が次のウエハWの処理に対して待機している静止状態の間にできるだけ均一に拡散混合されるようにするためである。
The first chemical
第1の薬液供給路5は上流側から薬液供給源52、ポンプ53及び流量調整部54がこの順に設けられており、第2の薬液供給路6は上流側から薬液供給源62、ポンプ63及び流量調整部64がこの順に設けられている。第1の薬液は、無電解めっき膜を形成する成分を含む金属塩と、強アルカリ性下において金属イオンが水酸化物として沈殿しないように金属を錯体化するための錯化剤と、液のpHを調整するためのpH調整剤とを含んでいる。
The first chemical
金属塩は、膜の成分が合金の場合にはその合金の成分を含む第1の金属塩及び第2の金属塩からなる。第1の薬液の成分に関して具体例を挙げると、第1の金属塩として例えば硫酸コバルト,塩化コバルト,硫酸ニッケル,塩化ニッケル、第2の金属塩としては例えばタングステン酸,タングステン酸アンモニウムを選択することができ、また錯化剤としては例えばクエン酸、クエン酸ナトリウム,pH調整剤として水酸化ナトリウム,TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)を選択することができる。 When the component of the film is an alloy, the metal salt includes a first metal salt and a second metal salt containing the alloy component. As specific examples of the components of the first chemical solution, for example, cobalt sulfate, cobalt chloride, nickel sulfate, nickel chloride are selected as the first metal salt, and for example, tungstic acid and ammonium tungstate are selected as the second metal salt. As the complexing agent, for example, citric acid, sodium citrate, and sodium hydroxide and TMAH (tetramethylammonium hydroxide) can be selected as the pH adjusting agent.
第2の薬液は、金属イオンを触媒的に還元析出させるための還元剤、液のpHを調整するためのpH調整剤を含んでいる。還元剤としては例えばDMAB(ジメチルアミンボラン)などを挙げることができる。第1の薬液及び第2の薬液は例えば室温で貯留されており、pH10に維持されている。なお、列記した成分は一例であり、必ずしもこれらの成分を用いなくてもよい。 The second chemical liquid contains a reducing agent for catalytically reducing and depositing metal ions and a pH adjusting agent for adjusting the pH of the liquid. Examples of the reducing agent include DMAB (dimethylamine borane). The first chemical solution and the second chemical solution are stored at room temperature, for example, and are maintained at pH 10. Note that the listed components are examples, and these components are not necessarily used.
これら第1の薬液及び第2の薬液は夫々流量調整部54及び64により所定の混合比になるように、例えば第1の薬液:第2の薬液が9:1の割合になるように、また1枚のウエハWを処理するための無電解めっき液の吐出量が例えば50ccとなるように流量が調整される。
The first chemical solution and the second chemical solution are adjusted to have a predetermined mixing ratio by the flow
ここで前記薬液用開閉手段であるバルブ51及び61とめっき液用開閉手段であるバルブ43との間の無電解めっき液供給路41内の容積V1は、1枚のウエハWを無電解めっき処理するために必要な吐出量V2(この例では50cc)に相当するように設計されている。V1とV2との関係については、課題を解決するための手段の項目にて詳述したように、例えば上記の吐出量V2は、バルブ43の下流側に液体が存在しない状態で、ウエハWと上部温調体3との間に無電解めっき液を満たしたときにバルブ43を通過する液量(1枚のウエハWの処理に必要な液量)である。言い換えればウエハWと上部温調体3との間の容積とバルブ43から吐出口42までの容積との合計量に相当する。この場合バルブ43から吐出口42までの間の無電解めっき液は無駄になるので、バルブ43はできるだけ吐出口42に近づけることが好ましく、例えば上部温調体3内に圧電素子を用いて流路を開閉するタイプのバルブを設けるようにしてもよい。
Here, the volume V1 in the electroless plating
上部温調体3における無電解めっき液供給路41の近傍には、洗浄液である純水の供給路71が配置され、この純水供給路71の下流端は上部温調体3の下面に開口する吐出口72として形成されると共に上流端には純水タンク73が設けられている。純水供給路71の下流端は無電解めっき液供給路41におけるバルブ43と吐出口42との間に開口するようにしてもよい。74はポンプであり、75は純水供給路71における純水の給断を行うバルブである。またこの無電解めっき装置は、例えばコンピュータからなる制御部100を備えており、この制御部100は、ポンプ53、63、73及び各バルブ43、51、61、75等の動作を制御するためのシーケンスプログラムを備えている。
A
ここで図1に戻って、この無電解めっき装置は、ウエハチャック11に保持されたウエハWの上方における流体の供給位置と待機位置との間で移動自在な複数のノズルを備えている。図1では便宜上2つのノズル17、18を示してある。例えばノズル17は、無電解めっき液の前に置換めっき液をウエハWの表面に供給するためのものであり、図示していない配管を通じて置換めっき液の供給源に接続されている。またノズル18は乾燥用ガス例えば不活性ガスを供給するためのものであり、図示していない配管を通じて乾燥用ガスの供給源に接続されている。これらノズル17、18は、例えばウエハWの半径以上の長さの例えばスリット状の吐出口を備え、図示しない駆動機構により昇降自在かつ横方向に移動自在例えば旋回自在に構成されている。
Here, referring back to FIG. 1, the electroless plating apparatus includes a plurality of nozzles movable between a fluid supply position and a standby position above the wafer W held by the
次に上述実施の形態の作用について説明する。先ず上部温調体3を待機位置にて待機させると共にウエハチャック11を下降させ、図示しない搬送手段によりウエハWの表面を吸着してウエハチャック11の上方まで搬送し、ウエハチャック11を上昇させて搬送手段のウエハWをウエハチャック11に受け渡す(図1の状態)。またウエハWの表面は図3(a)に示すように例えば層間絶縁膜301の凹部に銅配線302が埋め込まれている状態である。303は凹部内の銅が絶縁膜301に拡散しないようにするためのバリア膜である。
Next, the operation of the above embodiment will be described. First, the upper
続いて図4(a)に示すように例えばノズル17がウエハW上に移動し、ウエハチャック11を介してウエハWを回転させながら前処理液をウエハW上に供給して前処理液のパドルを形成する。この前処理液は例えばパラジウム置換めっきを行うための置換めっき液であり、この置換めっき液は、硫酸パラジウムあるいは塩化パラジウムなどからなるパラジウム塩を硫酸や塩酸などの酸溶液に溶解させたものを用いることができる。この置換めっき液は例えば室温から60℃の範囲内で選択された温度に温調されてウエハW表面に供給され、これにより図3(b)に示すように銅配線302と置換めっき液との界面においてパラジウムよりも酸化還元電位が卑な銅がパラジウムに電子を受け渡して溶解し、電子を受け取ったパラジウムからなる触媒層304が銅配線302の表面に選択的に析出する。この触媒層304は、後工程における無電解めっき処理の触媒として作用するものであるが、無電解めっき液によっては触媒を必要としないものもあり、その場合ノズル17から有機酸溶液をウエハWに供給して前処理が行われる場合もある。その後、図4(b)に示すようにウエハWを回転させながらノズル18から洗浄液例えば純水をウエハW上に供給し、上記の前処理液を除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 4A, for example, the
しかる後、ノズル18をウエハWの上方から退避させ、上部温調体3を下降させてその下面とウエハWの表面との距離が例えば0.1mm〜2mmとなる位置に設定する。このとき下部温調体4も上昇させてウエハWの裏面との距離が例えば0.1mm〜2mmとなる位置に設定する。そして温調液である純水はポンプ28により送水されると、純水供給管26を介して下部温調体24内を通って予め設定された設定温度に加熱される。
Thereafter, the
加熱された純水は下部温調体24とウエハWの裏面との間の隙間に満たされながらウエハチャック11内に流れ落ち、図では見えない孔部を介してカップ21内に流れ落ちる。また下部温調体24の上面も設定温度に維持されようとするので、ウエハWが裏面側から加熱されてめっき処理温度に維持されようとする。このようにしてウエハWを所定時間例えば10秒加熱した後、図2に示すポンプ53、63を駆動すると共に、バルブ43、51及び61を同時に開き、設定時間を経過後にポンプ53、63を停止すると共に、バルブ43、51及び61を同時に閉じる。このようにバルブの開閉動作を同時に行うことで薬液が逆流することを防止できる。そしてこの設定時間は、無電解めっき液供給路41におけるバルブ43、51及び61の間の液が全部吐出されるに必要な時間であり、これにより図5(a)に示すように、無電解めっき液供給路41内の無電解めっき液がウエハWと上部温調体3との間に例えば30〜100ml/分の流量で供給されて満たされる。
The heated pure water flows down into the
この無電解めっき液は当該ウエハWよりも一つ前のウエハWに対して無電解めっき液を供給するときに第1の薬液供給路5及び第2の薬液供給路6から夫々第1の薬液及び第2の薬液がバルブ51、61を介して合流して無電解めっき液供給路41内に流入し、当該ウエハWに対して供給されるまでの間に拡散により混合されて無電解めっき液とされかつ供給路温調手段44により温調され活性な状態にされたものである。また上部温調体3も例えば無電解めっき液の設定温度と同じ温度に加熱されており、このためウエハWは表裏両面から温度調整されながら、無電解めっき処理が行われることになる。即ち前工程にてウエハWの表面に析出したパラジウムが触媒として作用して無電解めっき液と銅との間で反応が起こり、図3(c)に示すように銅配線302の表面に選択的にリン(P)を含む合金からなる例えばNiP,CoWP,NiP,CoPなどの例えば膜厚100〜200Åの密着層をなす無電解めっき膜305が形成される。
The electroless plating solution is supplied from the first chemical
そして今回の無電解めっき液の吐出により無電解めっき液供給路41におけるバルブ51、61、43により挟まれる領域の無電解めっき液が押し出されたが、同時にバルブ51、61を介して夫々新たな第1の薬液及び第2の薬液が既述のように流量調整部54、64にて9:1の流量比に調整されて当該領域内にその領域を満たす液量(V1)だけ流入する。
Then, the electroless plating solution in the region sandwiched by the
このときウエハWの裏面側には洗浄水を兼ねた純水が供給されているので、この純水によりいわゆるバックリンスがなされ、無電解めっき液がウエハWの裏面側に回り込むことを防止ししている。なお処理中にウエハチャック11を介してウエハWを回転させ、ウエハWの面内温度均一性をより高めるようにしてもよい。この工程においては、傾斜機構16を用いてウエハW、上部温調体3及び下部温調体24を傾斜させて前記隙間に入り込んだ気泡を無電解めっき液から取り除くようにしてもよい。こうした処理は、無電解めっき液と銅との反応によりガスが発生する場合などにおいて有効である。
At this time, pure water that also serves as cleaning water is supplied to the back surface side of the wafer W, so that this pure water causes so-called back rinse, and prevents the electroless plating solution from entering the back surface side of the wafer W. ing. Note that the wafer W may be rotated through the
次いで図2に示す純水供給路71のバルブ75を開いて、図5(b)に示すように吐出口72から純水をウエハWと上部温調体3との間に供給し、ウエハWの表面の無電解めっき液を純水により置換する。しかる後、上部温調体3を上昇させ、ノズル17、18により代表して示されるノズル群の中のノズル(便宜上18を付してある)を用いて、図6(a)に示すように後洗浄液を回転しているウエハW上に供給し、ウエハWの表面を後洗浄する。このときにおいてもウエハWの裏面側には純水がバックリンスとして供給されている。後洗浄は線間リーク電流減少のために行われ、後洗浄液としては例えば有機酸およびフッ酸系水溶液が用いられる。なお無電解めっき処理の後に行われる純水の供給は、上部温調体3を上昇させてノズル18により行ってもよい。
Next, the
続いて既述のノズル群のノズル(便宜上18を付してある)から洗浄液である純水を回転しているウエハWの表面に供給し、その後、洗浄液の吐出を止めて図6(b)に示すようにウエハWを高速回転させて乾燥させる。このとき既述のノズル群のノズルからウエハWの表面に不活性ガスなどの乾燥ガスを吹き付けて乾燥を促進するようにしてもよい。こうして一連の工程が終了した後、図示しない搬送手段によりウエハWの表面を吸着してウエハチャック11から当該ウエハWを搬出する。
Subsequently, pure water, which is a cleaning liquid, is supplied from the nozzles of the nozzle group described above (for the sake of convenience) to the surface of the rotating wafer W, and then the discharge of the cleaning liquid is stopped and FIG. As shown in FIG. 2, the wafer W is rotated at a high speed and dried. At this time, drying may be accelerated by spraying a dry gas such as an inert gas from the nozzles of the nozzle group described above onto the surface of the wafer W. After the series of steps is completed in this way, the surface of the wafer W is sucked by a transfer means (not shown), and the wafer W is unloaded from the
上述の実施の形態によれば、第1の薬液供給路5及び第2の薬液供給路6の各々における合流点の近傍に薬液用開閉手段であるバルブ51、61を設けると共に、無電解めっき液供給路41における吐出口42の近傍にめっき液用開閉手段であるバルブ43を設け、これらバルブ43、51、61により挟まれる供給路41の容積を、ウエハWの1枚のめっき処理に必要な吐出量に対応させている。従ってウエハWのめっき処理が開始され、当該ウエハWの次のウエハWの無電解めっき処理が開始されるまでの間だけ両薬液が混合されるので、両薬液が混合されている状態に置かれている時間が短く、いわば無電解めっき処理が行われる直前に両薬液が混合されるといえる。このため無電解めっき液が不安定な状態で保持されることが極力避けられ、液中析出を防ぐことができる。この結果、無電解めっき液が安定している状態でウエハW表面に対して無電解めっき処理を行うことができ、ウエハW間における膜厚及び膜質の均一性が向上する。また粒子の析出のおそれがないのでパーティクル汚染や配管の目詰まりを引き起こすこともない。
According to the above-described embodiment, the
更に待機している無電解めっき液がほぼ全部ウエハWに対する無電解めっき処理に使用されるため、無電解めっき液の消費量を抑えることができ、無電解めっき液のコストが可成り高いことから、処理コストを抑えることに寄与する。また第1の薬液供給路5及び第2の薬液供給路6において仮に合流点から離れたところにバルブが位置すると、薬液同士が十分に混ざらないが、本例のように合流点の近傍にバルブ51、61を設けることにより2液が十分に混合され、無電解めっき液の濃度が均一になり、結果として面内あるいは面間の均一性の高い処理を行うことができる。なお第1の薬液供給路5及び第2の薬液供給路6を縦方向にV字状に合流させる構造にすれば、液溜まりがなく、また気泡が入り込むおそれがない。
Furthermore, since almost all of the waiting electroless plating solution is used for the electroless plating process on the wafer W, the consumption of the electroless plating solution can be suppressed, and the cost of the electroless plating solution is considerably high. Contributes to reducing processing costs. Further, if the valve is located in the first chemical
ここで前記薬液供給路5及び6に関しては、図7(a)に示すように第1の薬液供給路5に比べて第2の薬液供給路6を細くし、鉛直に起立した第1の薬液供給路5に対して第2の薬液供給路6を斜めに合流させた構造であってもよいし、あるいはまた図7(b)に示すように両薬液供給路5、6をV字状に合流させ、その合流点に三方バルブ40を設け、両薬液供給路5、6が同時に無電解めっき液供給路41に連通する状態と、同時に遮断される状態との一方の状態を選択できるように三方バルブ40を構成するようにしてもよい。
Here, with respect to the chemical
更に第1の薬液及び第2の薬液の流量を調整する手段としては、流量調整部を設けずに吐出量を制御できるポンプ例えばベローズポンプを用いて、各薬液の吐出量を調整して混合比を設定するようにしてもよい。 Further, as a means for adjusting the flow rates of the first chemical solution and the second chemical solution, a pump that can control the discharge amount without providing a flow rate adjusting unit, for example, a bellows pump, is used to adjust the discharge amount of each chemical solution to adjust the mixing ratio. May be set.
また図8及び図9は、本発明の他の実施の形態の要部を示す図である。この例においては、上部温調体3は、外形が円柱状でウエハWよりも少し大きいサイズに作られており、その内部が温調用流体例えば純水などの熱媒が通流する通流室31として構成されている。上部温調体3の上面における外縁部付近には熱媒供給管32が接続され、また例えば上部温調体3の中心部について前記熱媒供給管32と対称な位置には、熱媒排出管33が接続されている。
8 and 9 are diagrams showing the main part of another embodiment of the present invention. In this example, the upper
この通流室31内には、管状の第1の薬液供給路5及び第2の薬液供給路6が上面側から配管され、各薬液供給路5、6は例えば螺旋状に形成され、途中で合流し、その合流管である無電解めっき液供給路41の下端が吐出口42として上部温調体3の下面に形成されている。この例においては、各薬液供給路5、6及び無電解めっき液供給路41が上部温調体3の熱媒の通流室31内に配置されている点を除けば上述の実施の形態と同様の考え方であり、第1の薬液供給路5及び第2の薬液供給路6における合流点の近傍にバルブ51、61が設けられると共に、無電解めっき液供給路41における吐出口42の近傍にバルブ43が設けられている。またバルブ43、51、61により挟まれる供給路41の容積を、ウエハWの1枚のめっき処理に必要な吐出量に対応させている。このような構成においては、無電解めっき液の温度変化が緩やかになり、無電解めっき液の温度を高い温度に設定する場合においても過加熱されない利点がある。
In the
更にまた第1の薬液供給路5及び第2の薬液供給路6において、次に薬液用開閉手段であるバルブ51、61を通って1枚の基板に使用される薬液が満たされている部位、即ち第1の薬液供給路5及び第2の薬液供給路6において夫々バルブ51、61からウエハWの1枚を処理するのに必要な薬液が満たされている部位について、通流室31内に位置させている。このようにすれば、薬液が既に無電解めっき液の処理温度まで加熱されているので、第1の薬液及び第2の薬液を混合した後、無電解めっきを開始するまでの時間を短くできる。
Furthermore, in the 1st chemical | medical
この点は無電解めっき処理の温度にも関係してくるが、例えば無電解めっき処理の温度が60℃と高く設定した場合、1枚のウエハWの表面に無電解めっき液を供給してから、次のウエハWの表面に対して無電解めっき処理の準備ができるまでの時間が短いとすると、図1の実施の形態においては、無電解めっき液供給路41にて無電解めっき液が処理温度まで昇温するために待ち時間を入れる必要が生じるかもしれない。これに対してこの例のように第1の薬液及び第2の薬液の温度を予め加熱しておけば(予熱しておけば)、両薬液を混合したときに処理温度まで昇温する時間が短くなり、結果としてスループットが高くすることができる。なお図1の実施の形態においても、第1の薬液及び第2の薬液の温度を予め加熱するための構造、例えば第1の薬液供給路5及び第2の薬液供給路6に夫々温調手段を設ける構造としてもよい。
This point also relates to the temperature of the electroless plating process. For example, when the temperature of the electroless plating process is set to be as high as 60 ° C., the electroless plating solution is supplied to the surface of one wafer W. Assuming that the time until the next surface of the wafer W is ready for the electroless plating process is short, the electroless plating solution is processed in the electroless plating
本発明は、第1の薬液及び第2の薬液が上述の例に限られるものではなく、混合されて時間が経つと液中析出あるいはその他の不具合を生じる薬液である場合に適用できる。 The present invention is not limited to the above-described example, and the first chemical solution and the second chemical solution can be applied to cases where the chemical solution causes precipitation in the liquid or other problems over time after mixing.
11 ウエハチャック
12 段部
16 傾斜機構
17、18 ノズル
21 カップ体
3 上部温調体
30 移動機構
31 通流室
41 無電解めっき液供給路
42 吐出口
43 バルブ
5 第1の薬液用供給路
51 バルブ
6 第2の薬液用供給路
61 バルブ
71 純水供給路
73 バルブ
302 銅配線
304 パラジウムからなる触媒層
305 無電解めっき膜
DESCRIPTION OF
Claims (7)
互いに混合されて無電解めっき液を形成する第1の薬液及び第2の薬液が夫々通流する第1の薬液供給路及び第2の薬液供給路と、
これら第1の薬液供給路及び第2の薬液供給路がその上流端にて合流し、その下流端に吐出口が形成された無電解めっき液の供給路と、
この無電解めっき液の供給路内の無電解めっき液の温度を調整する供給路温調手段と、
前記第1の薬液供給路及び第2の薬液供給路の各々における合流点の近傍に設けられた薬液用開閉手段と、
前記無電解めっき液の供給路における前記吐出口の近傍に設けられためっき液用開閉手段と、
前記基板に対して無電解めっきが行われている間に無電解めっき液の供給路内を満たしていた無電解めっき液を次の基板の表面に供給するために前記薬液用開閉手段及びめっき液用開閉手段を制御する制御手段と、を備え、
前記薬液用開閉手段とめっき液用開閉手段との間の供給路内の容積は、1枚の基板を無電解めっき処理するために必要な吐出量に相当することを特徴とする無電解めっき装置。 A substrate holder for holding the substrate in a horizontal orientation;
A first chemical solution supply path and a second chemical solution supply path through which a first chemical solution and a second chemical solution, which are mixed with each other to form an electroless plating solution, respectively flow;
An electroless plating solution supply path in which the first chemical solution supply path and the second chemical liquid supply path merge at the upstream end thereof, and a discharge port is formed at the downstream end thereof;
Supply path temperature adjusting means for adjusting the temperature of the electroless plating solution in the supply path of the electroless plating solution;
Chemical liquid opening / closing means provided in the vicinity of the junction in each of the first chemical liquid supply path and the second chemical liquid supply path;
Plating solution opening / closing means provided in the vicinity of the discharge port in the electroless plating solution supply path;
In order to supply the electroless plating solution that has filled the inside of the supply path of the electroless plating solution to the surface of the next substrate while the electroless plating is being performed on the substrate, the opening / closing means for chemical solution and the plating solution Control means for controlling the open / close means for use,
An electroless plating apparatus characterized in that the volume in the supply path between the chemical solution opening / closing means and the plating solution opening / closing means corresponds to a discharge amount required for electroless plating of one substrate. .
In the first chemical liquid supply path and the second chemical liquid supply path, the portion filled with the chemical liquid used for one substrate through the chemical liquid opening / closing means is located in the flow chamber of the upper temperature regulator. The electroless plating apparatus according to claim 6, wherein:
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