JPH1192990A - めっき前処理方法 - Google Patents
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Abstract
より行うため、めっきプロセスとしてめっき液を確実に
その微細溝に流入させることのできるめっき用前処理方
法を提供する。 【解決手段】 容器53中において被めっき基板2と常
温常圧において液体である媒質とを共存させ、容器53
内部を媒質の亜臨界又は超臨界状態に保持した後、媒質
を気相状態を介することなく常温常圧まで変化させる。
Description
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
のめっき前処理方法に関するものである。
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。
用いられており、多くの特長をもつ。図7は基本的なめ
っき装置を示す。めっき槽1内のめっき液9中で被めっ
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が対向して設けられ、めっき操作中にめっき液9を
撹拌する撹拌器11が設けられている。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
ていた。
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
等の特長があるが、ウェーハ基板上に形成された微細溝
にめっき液が流入しにくいので、アスペクト比の大き
い、深い微細溝でへの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。
液に浸漬させても、通常その微細溝には空気が残留し、
図6のように、完全にはめっき液が流入しない。これは
被めっき基板のぬれ性やめっき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。
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
にその微細溝に流入させることのできるめっき用前処理
方法を提供することを目的とする。
は、容器中において被めっき基板と常温常圧において液
体である媒質とを共存させ、前記容器内部を該媒質の亜
臨界又は超臨界状態に保持した後、前記媒質を気相状態
を介することなく常温常圧まで変化させることを特徴と
するめっき前処理方法である。
のである。図3に水の飽和蒸気圧を示す。水はこの線上
で気液の相変化を起こす。例えば、図4に示すように、
シリンダに1kgの水を入れて加熱すると、その温度と
圧力との関係で、液相、液と蒸気との混相、そして気相
との状態に分かれる。これを、圧力と比容積とのグラフ
で表すと、図5となる。ある圧力以上では気相と液相と
が界面を持った共存状態とはならず、等質な単相で蒸発
現象を伴わずに変化する。このような変化を起こす開始
点を臨界点といい、これを超える状態を超臨界状態、こ
れに近い状態を亜臨界状態という。
し、臨界点で零になる。そして、臨界点では気液両相に
分かれることなく等質な相となる。また例えば、臨界圧
以上の圧力を持つ液体を等圧のもとで加熱すると、蒸発
の現象を伴わずに気液両相に分かれることなく気体に変
化させることができる。また逆に、気体を加熱すると同
時に圧力を臨界圧以上にした後、等圧のもとで冷却する
と凝縮の現象を伴わずに液化することができる。
MPa(226kgf/cm2)以上の圧力かつ374
℃(647K)以上の温度にすると、臨界状態もしくは
超臨界状態になる。この状態では、空気の主成分である
窒素および酸素も超臨界状態にあり、水および空気から
なる容器内は均一な単相状態となる。このような状態中
に、表面に微細溝が形成された被めっき基板を置くと、
微細溝内に残留していた空気は容器内に拡散し、微細溝
内は実質的に水の流体相で満たされる。
温度を下げると、表面張力の影響を受けることなく、被
めっき基板上に形成された微細溝等の窪みに水もしくは
めっき液を気泡を生ずることなく流入させることができ
る。
又はめっき液であ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。めっきの前処理工程に使うも
のとして、一般的でめっき工程にも全く害がない。高温
高圧では水、酸素および窒素が単一流体相となる状態を
経るため、表面張力の影響を受けることなく、被めっき
基板上に形成された微細窪みに水もしくはめっき液を気
泡なく注入することができる。
より臨界圧力又は臨界温度の少なくとも一方が低いもの
であ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、水の臨界点より低い温度と圧
力で、基板上の微細溝により簡単な条件で液体を充填さ
せ、その後にめっき液と置換させればよい。従って、媒
質としてはめっき液との置換性と、めっき工程における
無害性が望まれる。
ルコールであることを特徴とする請求項3に記載のめっ
き前処理方法である。これにより、低い温度と圧力とで
基板上の微細溝に液を注入させることができ、めっき液
に本前処理済みめっき基板を浸漬させるのみで前記液と
めっき液とを置換させることができる。
媒質を充満させる前に前記容器内を真空にすることを特
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、被めっき基板上に形成された微細窪みに存在
する空気等の不凝縮ガスを取り出してから上述プロセス
を行うことができるため、より完全に、迅速に微細窪み
に水もしくはめっき液を気泡なく注入することができ
る。
基板を収納した後、前記媒質を液体状態で容器内に導入
した後、亜臨界又は超臨界状態に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。
基板を収納した後、前記媒質を気体状態で容器内に導入
した後、亜臨界又は超臨界状態に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。
体状態の媒質を導入する過程において前記容器内の圧力
を1又は複数回圧力変動をさせることを特徴とする請求
項7に記載のめっき前処理方法である。これにより、被
めっき基板上に形成された微細窪みに存在する空気等の
不凝縮ガスを取り出してから上述プロセスを行うことが
できるため、より完全に、迅速に微細窪みに液体を気泡
なく流入させることができる。
8のいずれかに記載のめっき前処理方法を行った後にめ
っきを行い、さらに基板に付着した金属の不要部分を化
学機械研磨装置により研磨して除去することを特徴とす
る基板の加工方法である。
て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、密閉可能な圧力容器である処理室53と、これ
に接続された液導入配管55、ガス排出配管57及び液
排出配管58とを主な構成要素としている。処理室53
には、圧力計7及び圧力スイッチ8が取り付けられ、基
板2及び処理室温度調節器78が処理室53に収納され
ている。
ンク76、ポンプ74、調整弁71、チェッキ弁75、
温度調節器77及び温度検知器6を備えており、処理室
53に液を所定の圧力まで加圧供給することができる。
ガス排出配管57は開閉弁23と安全弁36を備えてお
り、処理室53からガスを安全に排出することができ
る。液排出配管58は、開閉弁24及び調整弁72を備
えており、処理室53の液を圧力を管理しながら排出す
ることができる。
前処理工程を行う方法を説明する。図6と同様の微細溝
62が形成された基板2を処理室53に収納し、液導入
配管55によって処理室53に液を導入すると同時に、
ガス排出配管57により空気を排出する。処理室53が
液で満たされた後、ガス排出配管57の開閉弁23を閉
じ、さらに液導入配管55のポンプ74により処理室5
3内を加圧して圧力を臨界圧力22MPa(226kg
f/cm2)以上にした後、処理室温度調節器78によ
り処理室53内の液温を臨界温度374℃(647K)
以上にする。温度上昇に伴う液の体積膨張に対しては液
排出配管58の調整弁72を用いて処理室53の液を排
出することにより圧力を管理する。
態に保つと、処理室53内の液及び僅かの残留空気は均
一の単一相流体となり、基板2上に形成された微細溝6
2内に液成分を主体とした流体で満たされる。その後、
処理室温度調節器78により処理室53内の温度を下げ
ると同時に液導入配管55から液を導入して処理室53
の圧力を調節することにより、処理室内の流体を気化さ
せることなく常温常圧の液体にする。以上のようにし
て、基板2上に形成された微細構62内に液を充填する
ことができる。
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5
3に高温高圧の蒸気を供給して室内を超臨界状態にする
ように構成されている点が異なる。すなわち、密閉可能
な圧力容器である処理室53には、蒸気(媒質)導入配
管91、ガス排出配管57及び液排出配管58が接続さ
れている。処理室53には、圧力計7及び圧力スイッチ
8が取り付けられ、基板2及び温度調節器78が処理室
53に収納されている。
79、開閉弁31、調整弁71及び温度調節器80を備
えており、処理室53に高温高圧の蒸気及び超臨界状態
の蒸気を供給することができる。これにより、処理室5
3内を気相領域を経て超臨界状態を保持した後、図1の
装置と同様に、処理室内の流体を気化することなく常温
常圧の液体にすることができる。
界状態を用いたが、亜臨界状態であってもよい。また、
上記では、水又はめっき液を媒質として用いたが、アル
コールを用いることにより、より低い温度と圧力で超臨
界状態を得ることができる。また、微細溝をアルコール
で充填した後、そのままめっき槽のめっき液中に浸漬さ
せれば、めっき液とアルコールが置換されてめっきが行
える。
を処理するようにしたが、エネルギーの節約や能率の向
上の観点からは、複数枚を同時に前処理することが望ま
しい。その場合は、基板を複数液体中に浸漬した状態で
保持できるカセットに収容し、その状態で前処理やめっ
き槽への移送を行なうとよい。また、連続処理を意識し
て、前処理室をめっき槽と兼用するようにしてもよい。
ば、媒質の超臨界相の特徴を利用して微細溝にめっき液
を浸入させてめっきを行なうことにより、欠陥のない良
好な品質で、効率よく行うことができ、従って、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
め込みが可能となって、半導体装置の高度の集積化に対
応する有用な技術を提供することができる。
概要図である。
概要図である。
す概要図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 容器中において被めっき基板と常温常圧
において液体である媒質とを共存させ、前記容器内部を
該媒質の亜臨界又は超臨界状態に保持した後、前記媒質
を気相状態を介することなく常温常圧まで変化させるこ
とを特徴とするめっき前処理方法。 - 【請求項2】 前記媒質は、水又はめっき液であること
を特徴とする請求項1に記載のめっき前処理方法。 - 【請求項3】 前記媒質は、水より臨界圧力又は臨界温
度の少なくとも一方が低いものであ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。 - 【請求項4】 前記媒質は、アルコールであることを特
徴とする請求項3に記載のめっき前処理方法。 - 【請求項5】 前記容器に前記媒質を充満させる前に前
記容器内を真空に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。 - 【請求項6】 容器中にめっき基板を収納した後、前記
媒質を液体状態で容器内に導入した後、亜臨界又は超臨
界状態に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。 - 【請求項7】 容器中にめっき基板を収納した後、前記
媒質を気体状態で容器内に導入した後、亜臨界又は超臨
界状態に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。 - 【請求項8】 前記容器内に気体状態の媒質を導入する
過程において前記容器内の圧力を1又は複数回圧力変動
をさせることを特徴とする請求項7に記載のめっき前処
理方法。 - 【請求項9】 請求項1ないし8のいずれかに記載のめ
っき前処理方法を行った後にめっきを行い、さらに基板
に付着した金属の不要部分を化学機械研磨装置により研
磨して除去することを特徴とする基板の加工方法。
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