WO2000010200A1

WO2000010200A1 - Procede et appareil de metallisation de plaquettes

Info

Publication number: WO2000010200A1
Application number: PCT/JP1999/004349
Authority: WO
Inventors: Akihisa Hongo; Naoaki Ogure; Hiroaki Inoue; Satoshi Sendai; Tetsuma Ikegami; Koji Mishima; Shuichi Okuyama; Mizuki Nagai; Ryoichi Kimizuka; Megumi Maruyama
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 2000-02-24
Anticipated expiration: 2001-02-11
Also published as: WO2000010200A8; US7033463B1; EP1126512A2; EP1126512A4; US20060144714A1; KR20010074808A; KR100694562B1

Description

明細書

基板めつき方法及び装置

技術分野

本発明は、基板のめっき方法及び装置に関し、特に半導体基板に形成された配線用窪み等に銅やその合金等の配線形成用金属を充填するための基板のめっき方法及び装置に関する。

背景技術

従来、半導体基板上に配線回路を形成するためには、基板面上にスパッタリング等を用いて A 1又は A 1合金の成膜を行った後、さらにレジスト等のパターンマスクを用いたケミカルドライエッチングにより膜の不要部分を除去していた。しかしながら、集積度が高くなるにつれて配線が細くなり、電流密度が増加して熱応力や温度上昇を生じるため、ストレスマイグレーションやエレクト口マイグレーションによって A 1又は A 1合金が希薄化して、ついには断線のおそれが生じる。

そこで、より低抵抗で信頼性の高い銅が配線材料として注目されているが、従来の A 1配線のように成膜してからパ夕一ニングし、エツチングにより配線を形成することは困難である。そこで、配線用の溝を予め形成し、化学気相成長（ C V D ) 、スパッ夕やめつきなどの手法で溝の中を埋め込み、その後表面の余分な銅を化学機械研摩（ C M P ) 等で除去して溝配線を形成するダマシン配線が試みられている。

この中でも、めっきは、他のプロセスに比べてプロセスコストが安い、純度の高い銅材料が得られる、基板へのダメージの少ない低温プロセスが可能となるなどの特徴があり、注目されている。めっき方法としては、主に化学的プロセスで行なう無電解めつきと、電気化学的なプロセスである電解めつきとがあり、一般的に電解めつきの方が効率的である。

ところで、銅は酸化又は腐食しやすく、さらには S i 0₂中へ拡散しやすいという性質があるので、これらを防ぐために、基材の配線箇所を、通常、 T i N, T aN, WNなどの金属窒化物で構成されるバリア層で覆ってから配線を形成する。このバリァ層のシート抵抗値はめつき液の抵抗値に比べ桁違いに大きいため、基板全面にわたってバリァ層に均一な電解めつきをすることは難しかった。

そこで、従来は、ノ'リア層上にスパヅ夕又は CVDで銅のシード層を形成しておき、その上に電解銅めつきを行い、微細窪みへの埋め込みをしている。しかしながら、スパッ夕は微細窪みの壁への均一な成膜が困難であり、 CVDは膜に不純物が含まれてしまうという問題がある。さらに、デザインルールが 0. 1 8〃m程度からさらには 0. 1 0 mと微細化すると、窪み内に厚さ 0. 0 2〜 0. 0 5〃mのシード層を形成する寸法的余裕もなくなってくる。

一方、無電解めつきでは微細窪みの側壁や底面からめっき層が等方位成長するので、側壁から成長した金属が窪みの入口を覆ってしまうことにより内部にボイドが形成されやすいという不具合が有った。また、無電解めつきのめつきレートは電解めつきに比べて約 1ノ 1 0と遅く、効率が悪い。発明の開示

本発明は、簡単な工程で、半導体基板に形成された微細窪みにボイドや汚染の少ないめっき金属を効率良く充填して、配線を行なうことができる基板めつき方法及び装置を提供することを目的とする。

また、無電解めつきにおいては、還元材としてホルマリン（H CH O) を使用すると、

Cu^{2 +} + 2 H C H O + 40H~

→C u^{2 +} + 2 H C O O- + H₂+ 2 H₂0+ 2 e一 Cu+ 2 H C O O— + H₂+ 2 H₂0

の反応によって水素ガス（H₂) が発生する。

このため、基板 Wのめつき面が下あるいは横向きの場合は、図 1 6に示すように、基板 Wの微細溝等の窪み 4 2中のめつき液 Q中に水素ガス ( H ₂) の気泡 9 8が発生して、図 1 6 Aに示すように、めっき欠け 9 9が発生する原因となる。これを防ぐために、従来、めっき液をポンプ又はエアーで撹拌しながらめっきを行なっているが、図 1 6 Bに示すように、水素ガス気泡 9 8が動いた方向（矢印 Aの方向）に、被めつき基板 Wのめつき面 9 7にめつきムラ 1 0 0が発生するという問題がある。

また、めっき面 9 7の水素ガス気泡 9 8を除去するため、従来はめつき治具に被めつき基板を挟持又は懸架させ、該治具に外部から衝撃を与えてめつき面 9 7から気泡を離脱させていた。しかしながら、この方法はめつき治具や被めつき基板に損傷を与える危険性を含んでいるので好ましい方法ではなかった。

また、従来の無電解銅めつきにおいては、めっき処理槽及びめつき液循環槽を備え、めっき液を循環してめっきを行なっていた。めっき液の建浴は、建浴専用の建浴槽で建浴するか、若しくは循環槽で行なっていた。このため建浴直後から無電解銅めつき特有の不都合な反応（力ニツツアー口反応、不均化反応）が無電解めつき液中で起き、めっき液の劣化やめつき液組成の濃度変化等の問題があった。従って、この発明のさらなる目的は、めっき欠け、めっきムラを少なくすることができ、めつき液の劣化及びめつき液組成の濃度変化が少なく品質の安定しためっきを行なうことができる無電解めつき方法及び装置を提供することである。

また、電解めつきにおいては、従来、プリント基板の銅めつきではスルーホール中の膜厚を均一に成長させるため、めっき液の銅濃度は低くし、所謂スローイングパワーを良くしている（ハイス口一浴）。これは、陰極分極を高めることにより陰極の過電圧を上げ均一電着性を向上させるためである。但し、これらのプリント基板の孔の寸法は 5 0〃π！〜 1 0 0 m程度で、孔中の液流がある程度期待できる範囲にある。

半導体ウェハの面に形成される配線用の溝や穴の幅ゃ径寸法は 0 . 2

〃m以下の行き止まりの溝や穴である。このようなレベルの微細な溝や穴になると該溝ゃ穴中に液流を生じさせることが無理で、また電場による電気泳動速度も数値的に小さく銅イオンの穴中への補充はほとんどィオン濃度の拡散によって賄われる。穴中への銅イオンの拡散量は穴の径が小さくなるに従い、その 2乗（穴の入り口の面積）に比例して小さくなる。

これに対して、穴中への銅イオンの析出量は略穴の径に比例して小さくなる。従って、将来半導体デバイスの集積度が上がり、溝幅や穴径が小さくなると、溝や穴中の銅イオンは拡散律速になることが予想できる。特に、穴径が 0 . 1 5〃m以下になり、アスペクト比が大きくなるめつき液の攪拌方法によっては、拡散律速になりやすい状況にある。

従って、この発明のさらなる目的は、半導体デバイスの集積度が上がり、溝幅や穴径が小さくなつても、溝や穴中の銅イオンが拡散律速になることなく、銅めつきにより基板面上に形成された微細な溝や穴を良好に埋め込むことができる電解めつき方法及び装置を提供することである。請求項 1に記載の発明は、半導体基板の配線用窪みにめっき金属を充填するための基板めつき方法において、基板上に初期膜を形成する無電解めつき工程と、前記初期膜を給電層として電解めつきを行い前記窪みを充填する電解めつき工程とを行うことを特徴とする基板めつき方法である。

これにより、無電解めつきを行なって初期膜（シード層）の形成を行い、さらに、この初期膜を給電層として電解めつきを行って基板の窪みを充填するので、均一性の良い無電解めつきと、レべリング性がよく高速充填性を有する電解めつきとを組み合わせて、一連のめっきプロセスの中で、スパッ夕や C V Dを用いることなく、電気抵抗値の高いバリア層を有するような窪みの内部に、効率良くかつボイドの無い配線用金属の充填を行なうことができる。また、給電層形成に続く窪みの大部分の充填を電解めつきで行なうことによって、めっき速度を高く保ち、スル —プットを向上することができる。

無電解めつきと電解めつきを同一のめっき処理槽内において行っても良く、また、別のめっき槽で行っても良い。さらに、基板上に初期膜を形成する無電解めつき工程と、前記初期膜を給電層として電解めつきを行い前記窪みを充填する電解めつき工程とを、同一のめっき処理槽内で同じめつき液を用いて行ってもよい。これにより、処理槽ゃめっき液を変えることなく、無電解めつきと電解めつきの双方を連続して行うことができ、簡単な装置、工程で上記の効果を得ることができる。

請求項 2に記載の発明は、半導体基板の配線用窪みにめっき金属を充填するための基板めつき装置において、基板上に初期膜を無電解めつきで形成する無電解めつき槽と、前記初期膜を給電層として電解めつきを行い前記窪みを充填する電解めつき槽とを備え、前記各槽の間で基板を移送する移送手段が設けられていることを特徴とする基板めつき装置である。

これにより、無電解めつきを行なって初期膜（シード層）の形成を行い、さらに、この初期膜を給電層として電解めつきを行って基板の窪みを充填するので、一連のめっきプロセスの中で、スパッ夕や C V Dを用いることなく、電気抵抗値の高いバリア層を有するような窪みの内部に、効率良くかつボイドの無い配線用金属の充填を行なうことができる。無電解めつき槽と電解めつき槽は、装置の隔壁で仕切られた同一スペース内の近接した場所に配置するのが好ましい。

また、無電解めつき槽と、電解めつき槽に加え、基板の移送手段が配置されているので、基板の移送の際の表面状態の変化を抑制しつつ次の工程に進むことができる。すなわち、無電解めつき槽と電解めつき槽及び必要な洗浄槽は互いに近傍に配置しておき、めっきや洗浄処理後の基板の表面を大気に曝さずに移送できるようにするのが好ましい。あるいは、移送手段自体にそのような機能を設けてもよい。

請求項 3に記載の発明は、請求項 1又は 2に記載の基板めつき方法又は装置における無電解めつき工程又は無電解めつき槽において、前記被めっき基板のめっき処理面を上向きとすると共に、該めっき処理面が対面して密閉される密閉空間を形成する密閉空間形成手段と、該密閉空間に無電解めつき液を供給するめつき液供給手段を設け、該密閉空間に無電解めつき液を供給して無電解めつきを行なうことを特徴とする基板めつき方法又は装置である。

被めつき基板のめっき処理面を上向きとすることにより、無電解めつきにおいてめつき液中に必ず発生する水素ガス気泡が浮力により上方に移動するため、被めつき基板のめっき面、微細溝や穴に留まる水素ガス気泡の数及び量は少なくなり、めっき欠けの発生を少なくすることができる。

請求項 4に記載の発明は、請求項 3に記載の基板めつき方法又は装置において、前記密閉空間に被めつき基板に所定のめっきを施すのに必要最小限度の無電解めつき液を供給し、該無電解めつき液を静止させた状態で無電解めつきできるように構成したことを特徴とする基板めつき方法又は装置である。これにより、水素ガス気泡がめっき面を移動しないので、図 1 7に示すようなめっき面に発生するめつきムラを最小に抑えることができる。

請求項 5に記載の発明は、請求項 3又は 4に記載の基板めつき方法又は装置において、前記密閉空間内の圧力が大気圧より高く、その圧力を脈動させる圧力脈動手段を設けたことを特徴とする基板めつき方法又は装置である。

これにより、加圧により水素ガス気泡の無電解めつき液中への溶解が促進されると共に、圧力を脈動させることにより、水素ガス気泡の離脱を促進させることができる。即ち、図 1 1 Aに示すように、被めつき基板 Wのめつき面 9 7に付着した水素ガス気泡 9 8は加圧により、図 1 1 Bに示すように収縮し、めっき面 9 7から離脱し、更に減圧により図 1 1 Cに示すように膨張してめっき面 9 7から完全に離脱する。

請求項 6に記載の発明は、請求項 3乃至 5のいずれか 1に記載の基板めっき方法又は装置において、前記密閉空間の近傍に建浴槽を設け、無電解めつきを行なう直前に該密閉空間に建浴した前記必要最小限度の無電解めつき液を供給できるように構成したことを特徴とする基板めつき方法又は装置である。これにより、建浴直後から起きる無電解銅めつき特有の不都合な反応 (カニッツァ一口反応、不均化反応）によってめっき液が劣化したり、めっき液組成の濃度変化が起きる前にめつきが終了するので、品質の極めて安定しためっきを行なうことができる。

請求項 7に記載の発明は、請求項 6に記載の基板めつき方法又は装置において、前記必要最小限度の無電解めつき液でめっきした後、該無電解めつき液を循環再利用することなく廃液として処理するように構成したことを特徴とする基板めつき方法又は装置である。

これにより、品質の極めて安定しためっきを行なうことができ、且つ 1回毎の成膜（めっき膜の成膜）に費やす無電解めつき液量は必要最小限度に抑えられるので、廃液に伴うコスト上昇及び環境への過大な負担を回避できる。

上記の無電解めつき槽において、被めつき基板を夕一ンテーブルに保持し、めっき終了後該被めっき基板を該夕一ンテーブルに保持した状態で水洗、乾燥を行なうことができるように構成してもよい。これにより、めっき処理、水洗処理、乾燥処理を一個所で行なうことができ、装置の設置スペースが小さくでき、クリーンルームに設置するのに好適な装置となる。

また、上記の無電解めつき槽において、密閉空間の上部近傍に保温用水温槽を設け、被めつき基板の下部に保温用ヒー夕を設けてもよい。これにより、無電解めつきの品質（膜厚均一性、再現性、めっき膜電導度等）を左右する因子として最も重要なめっき温度を一定に保つことができる。

また、上記の無電解めつき工程において、必要最小限度の無電解めつき液量を所定の析出金属当量数の 1 . 5〜 2 0倍のイオンを溶質として含む液量の範囲にしてもよい。また、上記の無電解めつき工程において、圧力脈動手段は、圧力振幅が 0〜 1 MP a、周波数が 0〜 1 0 H zの範囲で圧力脈動させるようにしてもよい。

請求項 8に記載の発明は、請求項 1又は 2に記載の基板めつき方法又は装置における電解めつき工程又は電解めつき槽において、硫酸銅（C u S 0₄· 5 H ₂0)の濃度が 1 00乃至 250 g/ 1、硫酸（ H ₂ S 0₄) の濃度が 1 0乃至 1 00 g/l、塩素イオンの濃度が 0乃至 100 m g / 1のめつき液を用いて電解めつきを行うことを特徴とする基板めつき方法又は装置である。

請求項 9に記載の発明は、請求項 8に記載の基板めつき方法又は装置において、電解めつき液は前記組成のめっき液中に少なくとも 0. 14 乃至 70〃mo lZlの下記〔A〕式で表されるィォゥ化合物と、下記〔B〕式で表される高分子化合物を 1 0mg/l乃至 5 g/lと、窒素化合物を 0. 0 l mg/1乃至 1 0 Omg/1含有しためっき液であることを特徴とする基板めつき方法又は装置である。

X- L - ( S ) _n- L -X 〔A〕

I I

Ri- (CH₂ CHO) _m- (CH₂CHO) _k-H 〔B〕

〔A〕式中、 Lは低級アルキル基、低級アルコキシ基、水酸基又はハロゲン原子で置換されてもよい炭素数 1乃至 6のアルキル基を示し、 X は水素原子、一 S 0₃M基又は一 P 0₃M基（Mは水素原子、アル力リ金属原子又はアミノ基を示す）を示し、〔B〕式中、は炭素数 8乃至 25の高級アルコールの残基、炭素数 1乃至 25のアルキル基を有するアルキルフヱノ一ルの残基、炭素数 1乃至 25のアルキル基を有するァルキルナフトール残基、炭素数 3乃至 2 2の脂肪酸アミドの残基、炭素数 2乃至 4のアルキルアミンの残基又は水酸基を示し、 R ₂及び R ₃は水素原子又はメチル基を示し、 m及び kは 1乃至 1 0 0の整数を示す。めっき液の銅濃度を上げることにより拡散速度は比例して上昇するので、半導体デバイスの集積度が上がり、溝幅や穴径が小さくなつても、溝や穴中の銅イオンが拡散律速になるのを防止することができる。もちろん、めっき液を攪拌することにより拡散層の厚さを薄くしたり、電流密度を低く抑えることを併用してもよい。

図 1 8は、図 1 9に示す深さ 1 . 2〃mの穴 Hの中での拡散量と析出量を比較した例を示す図である。同図において、縦軸は C u析出量 *拡散量（ g/s ) 、横軸は穴 Hの穴径 ø ( j ) を示す。なお、ここで拡散係数を 0. 7 2 X 1 0— ⁹m²/s、拡散層厚さを 5〃mとする。拡散量 >析出量ならば反応律速であり、穴 Hの中の銅イオンが枯渴してボイドが生じることがない。拡散量 <析出量ならば拡散律速度であり、穴 Hにボイドが生じることがある。図 1 8からも明らかなように、穴径 øが微細化すればするほど硫酸銅濃度は高いほうが有利となり、飽和濃度の関係で相対的に硫酸濃度は低くなる。硫酸濃度を低くすることにより、液の電気抵抗を高くし析出する膜厚の均一性を向上させている。

なお、図 1 8において、曲線 Aは硫酸銅濃度 2 2 5 g/ 1時の拡散量 (毎秒）、曲線 Bは電流密度 3 A/dm ²時の析出量（毎秒）、曲線 C は電流密度 2. 5 A/dm ²時の析出量（毎秒）、曲線 Dは電流密度 2 A/dm ²時の析出量（毎秒）、曲線 Eは硫酸銅濃度 7 5 g/1時の拡散量（毎秒）をそれぞれ示す。

また、めっき液には上記のように 0. 1 4〜4 0〃1110 1の〔八〕式で表されるィォゥ化合物と〔B〕式で表される高分子化合物を含有している。このィォゥ化合物は、析出を緻密化させるものであり、具体例としては、 N. N—ジメチルジチォカルバミルプロビルスルホン酸、〇一ェチル— S— ( 3—プロビルスルホン酸）一ジチォカルボネート、ビス ― (スルホプロピル）ジスルフィド等ゃそれらの塩を挙げることができる。

ィォゥ系化合物の添加量は本発明では、硫酸銅が硫酸の量に比べて大きいため、 0. 14〜70〃mo 1/1が好ましい。硫酸銅濃度が低い液の場合に比べて添加量が少ないのは、陰極近傍の銅イオンが豊富に存在するために促進剤としてのィォゥ化合物の量は少なくて済むためである。

更に、めっき液に含有する高分子系有機添加剤は具体例としては、 P P G、 P E G或いはそれらのランダム又はプロヅク重合ポリマ一或いはそれらの誘導体等のポリェ一テル類が挙げられる。これらの高分子系有機物の添加量は 10mg/l〜5 g/1程度である。

また、上記めつき液には、更に銅の析出を抑制し、穴の底のめっき成長を促進させる所謂レベラを添加する。レベラはフエナチジン系化合物、フタロシアニン化合物、ポリエチレンィミン、ポリベンジルエチレンィミン等のポリアルキレンィミン及びその誘導体、 N—染料置換体化合物等のチォ尿素誘導体、フエノサフラニン、サフラニンァゾナフトール、ジェチルサフラニンァゾフエノール、ジメチルサフラニンジメチルァニリン等のサフラニン化合物、ポリェピクロルヒドリン及びその誘導体、チオフラビン等のフエ二ルチアゾニゥム化合物、アクリルアドミ、プロビルアミド、ポリアクリル酸アミド等のアミド類等含窒素化合物である。この含窒素化合物は 0. 0 l mg/l〜 l 0 Omg/1程度添加される。請求項 10に記載の発明は、半導体基板の配線用窪みにめっき金属を充填するための基板めつき装置において、同一処理槽に、基板上に初期膜を無電解めつきで形成するための無電解めつき液を供給する無電解めつき液供給流路と、前記初期膜を給電層として電解めつきを行い前記窪みを充填する電解めつき液を供給する電解めつき液供給流路とが択一的に切り換え可能に設けられていることを特徴とする基板めつき装置である。

これにより、無電解めつきを行なって初期膜（シード層）の形成を行い、さらに、この初期膜を給電層として電解めつきを行って基板の窪みを充填するので、一連のめっきプロセスの中で、スパッ夕や C V Dを用いることなく、電気抵抗値の高いバリア層を有するような窪みの内部に、効率良くかつボイドの無い配線用金属の充填を行なうことができる。同一処理槽で、基板上に初期膜を形成する無電解めつき工程と、窪みを充填する電解めつき工程を順次行うことができるので、基板の搬送の手間や装置が不要であり、また、それによる基板の表面状態の変質等を防止することができる。さらに、基板を洗浄する洗浄液を供給する洗浄液供給流路を設けて、同一処理槽内で洗浄工程を行なうようにしてもよい。前記処理槽を、密閉 · 平行流型としてもよい。これにより、小さい空間であってもめつき液を高速で基板面に沿って流すことができるので、充分なめっき液の流動性を確保して効率よくめっき処理を行なうことができる。

請求項 1 1に記載の発明は、請求項 1ないし 1 0のいずれかの基板めつき方法又は装置に使用するめつき液の p H調整剤として、アルカリ金属を含まないものを使用することを特徴とする基板めつき方法又は装置である。図面の簡単な説明

図 1はこの発明の第 1の実施の形態のめっき装置の全体構成を示す平面図である。

図 2は図 1のめつき装置の処理槽を示す側面図である。

図 3は図 2の処理槽の A— A矢視図である。

図 4は図 1のめつき装置の処理槽と処理液の循環流路を示す図である。図 5は図 1のめつき装置の側面図である。

図 6は図 1のめつき装置の処理工程を示すフロ一図である。

図 7は基板の窪みにめっきがされる工程を示す図である。

図 8はこの発明の第 2の実施の形態のめつき装置の処理槽と処理液の循環流路を示す図である。

図 9はこの発明の第 3の実施の形態のめっき装置の全体構成を示す平面図である。

図 1 0は図 9の無電解めつき装置の構成を示す図である。

図 1 1は無電解めつき装置において密閉空間に圧力脈動を加えた場合の水素ガス気泡の振舞を説明するための図である。

図 1 2は図 9の無電解めつき装置の構成を示す図である。

図 1 3は図 9の電解めつき装置の構成を示す図である。

図 1 4は図 1 3の B部分の拡大図である。

図 1 5はこの発明の第 3の実施の形態のめっき装置の処理槽と処理液の循環流路を示す図である。

図 1 6は無電解めつきにおける水素ガス気泡の振舞を説明するための図で、図 1 6 Aは被めつき基板のめっき表面を下向きに配置した場合、図 1 6 Bは被めつき基板のめっき表面を縦向きに配置した場合を示す。図 1 7は無電解めつきに際して水素ガス気泡の振舞により被めつき基 P T /0 349

14

板のめつき面に発生するめつきムラの状態を説明するための図である。図 1 8は被めつき基板の穴中での拡散量と析出量の比較例を示す図である。

図 1 9は被めつき基板の表面に形成される穴の形状例を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照してこの発明の 1つの実施の形態を説明する。このめっき装置は、図 1に示すように、矩形の設置床 1 0上に配置され、一端側の清浄ゾ一ン 1 3には、ロード ' アンロードユニット 1 4 a , 1 4 b、めつき処理後の後処理を行う 2基の水洗 ·乾燥装置 6 0が配置され、これらの間に基板の搬送を行う搬送装置（第 1の搬送ロボット） 6 1が設けられている。他端側の汚染ゾーン 1 2内には、中央にレール上を走行可能な第 2の搬送ロボット 6 2が配置され、この第 2の搬送ロボット

6 2の一方の側に、めっきの際の活性化剤となる S n C 1 ₂液槽 1 6、水洗槽 1 7、無電解めつきの際の触媒となる P d C 1 ₂液槽 1 8、水洗槽 1 9が順次配置され、他方の側に、無電解めつき槽 2 0、水洗槽 2 1、電解めつき槽 2 2、水洗槽 2 3が順次配置されている。なお、水洗槽 1

7 , 1 9 , 2 1 , 2 3は必要に応じて設ければ良い。

これらの処理槽 1 6〜 2 3は、基本的にいずれも同じ形状、同じ構造を有しており、図 2に示すように、内側に処理室 5 2を形成する凹部 5 0 aを有する矩形板状の処理容器本体 5 0と、この処理容器本体 5 0の前面開口部を開閉自在に覆う蓋体 5 1 とを有する。処理容器本体 5 0の周縁部には、蓋体 5 1を密着させて閉じた時に外部との水密性を確保するためのパヅキン 5 3が装着されている。一方、蓋体 5 1は、裏面側に基板 wを着脱自在に保持する保持部が設けられ、また保持部における基板 Wの有無を検出するセンサ（図示せず）が設けられている。

電解めつきを行なう処理槽（電解めつき槽） 2 2においては、処理容器本体 5 0の凹部 5 0 aの底部に、平板状の陽極電極（アノード） 5 4 が処理室 5 2と平行に取付けられ、この凹部 5 0 aの開口端には、内部に基板 Wのめつき面の電場を調整するための開口 5 5 aを設けた誘電体からなる遮蔽板 5 5が配置されている。他の処理槽には、陽極電極 5 4 や遮蔽板 5 5は配置されていない。

各処理容器本体 5 0の上下には、上部ヘッダ 5 6 と下部ヘッダ 5 7が取付けられ、これらの上部ヘッダ 5 6及び下部ヘッダ 5 7は処理室 5 2 と多数の通孔 5 6 a , 5 7 aを介してそれぞれ連通している。これによつて、例えば、下部ヘッダ 5 7から上部ヘッダ 5 6に処理液を供給することにより、図 3に示すように、基板の被めつき面に沿った平行流れを形成することができる。図 4に示すように、処理槽 1 6〜 2 3の下側には貯液槽 3 1 と循環ポンプ 3 2を有する処理液循環装置 3 3が設けられ、その供給配管 3 4及び戻り配管 3 5が下部へッダ 5 7及び上部へッダ 5 6に接続されている。

めっき処理槽 2 0 , 2 2では、上述したように、処理槽が密閉 ·平行流型であるので、小さい空間であってもめつき液を高速で基板面に沿つて流すことができ、充分なめっき液の流動性を確保して効率よくめつき処理を行なうことができる。また、処理槽 1 6〜 2 3を縦に配置することにより、めっき等の処理の際の基板 Wの微細窪み内の気泡を抜け易くして、めっき反応及び処理速度の均一性を高めるとともに、処理槽 1 6 〜 2 3の占有面積を小さくして処理槽の効率的な配置を可能にしている。搬送ロボット 6 2は、この例では、先端に開閉自在なハンド 6 4を備えた複数のアーム 6 3を有する 6軸ロボヅトが使用されている（図 5参照）。ハンド 6 4の内面には、複数のコマ 6 5が回転自在に支持されている。清浄ゾーン 1 3内には、複数の支持台を有する仮置きステージ 6 6が設けられ、これは清浄ゾーン 1 3と汚染ゾーン 1 2の間で基板 Wを受け渡す際の仮置きのために用いられる。

次に、上記のように構成しためっき装置によるめつき処理の工程を、図 6及び図 7を参照して説明する。まず、ロード · アンロードユニット 1 4 a， 1 4 bに保持された基板 Wを第 1の搬送ロボット 6 1により取り出し、仮置きステージ 6 6に置く。第 2の搬送ロボット 6 2は、これを汚染ゾーン 1 2に取り込み、必要である場合には、活性化処理槽 1 6 の処理容器本体 5 0に収容し、 S n C 1 ₂等の活性化剤を含む処理液によって活性化処理を行なう。次に、基板 Wを隣接する水洗槽 1 7に運んで水洗し、さらに触媒付与槽 1 8で触媒付与処理を行なう。

この過程では、活性化処理槽 1 6において活性化剤からのイオン S n ^{2 +}が基板 Wの表面に吸着され、このイオンは触媒付与槽 1 8において酸化されて S n ^{4 +}になり、逆に P d ^{2 +}は還元されて金属 P dとなって基板 Wの表面に析出して、次の無電解めつき工程の触媒となる。この過程は、 P d / S nコロイドの 1液キヤ夕リストを用いて行なうこともできる。なお、以上のような触媒付与工程は、この実施の形態のように本装置の一部である活性化処理槽 1 6 と触媒付与槽 1 8で行なうこともできるが、別の装置で行ってから基板 Wを移送してもよい。また、該半導体基板に存在する窪み内表面の材質、状態によっては、前述の活性化処理及び/又は触媒付与処理を省略できる場合がある。

第 2の搬送ロボット 6 2は、基板 Wをさらに無電解めつき槽 2 0に運び、ここで所定の還元剤と所定のめっき液を用いて無電解めつき処理を行なう。これにより、図 7 Aおよび図 7 Bに示すように、ノリア層 40 の内面に無電解めつき層 4 1が形成される。この場合、固液界面で還元剤の分解によって生じた電子が、基板表面の触媒を経由して C u ² +に与えられ、金属 Cuとして触媒上に析出して銅膜層 4 1を形成する。なお、この触媒としては、 Pd以外にも、遷移金属である、 F e, C o, N i , C u , A g等を用いることができる。

次に、搬送ロボットによりこれを電解めつき槽 22に移動して、無電解めつきで形成した銅膜層 4 1に電極を接続し、所定のめっき液で電解めっきを行ない、図 7 Cおよび図 7 Dに示すように、窪み 42を電解めつき金属 43で充填する。

電解めつきが終わった後に、第 2の搬送ロボツトにより基板を取り出し、水洗槽に運んで水洗し、第 2の仮置きステージ 67に載せる。第 1 の搬送ロボット 6 1はこれを保持して水洗 ·乾燥装置 60に運び、仕上げの洗浄と乾燥を行い、ロード · アンロードユニット 14 a, 14 bへ戻す。基板は後に CMP (化学機械的研摩装置）に搬送されて、化学機械的研摩工程により表面の余剰なめっき金属が除去される。

図 8は、この発明の他の実施の形態のめっき装置を示すもので、先の実施の形態と同じ縦型の処理槽 24に、それぞれ異なる処理液（無電解銅めつき液、洗浄用水、電解銅めつき液）を循環供給する処理液循環装置 33 a, 33 b, 33 cが切換弁 36 a〜 36 c, 37 a〜 37 cにより切換可能に設けられている。処理槽 24は、図 2と同様に、処理容器本体 50に陽極電極（ァノ一ド） 54と遮蔽板 55を備えており、電解めつきが可能なタイプである。

この実施の形態では、例えば、無電解めつきが終了すると、液を貯液槽 3 1 aに戻し、一旦、水洗循環槽ポンプ 32 bを起動し、水洗水を処理槽 2 4に導いた後に電解めつき液の貯液槽 3 1 cより電解めつき液を処理槽 2 4に導入する。電解めつきが終わったときも同様にして洗浄に移行する。これにより、めっき液が互いに混合するような不都合を排除することができる。この実施の形態では、同一の処理槽 2 4内で基板 W を移動させることなく、処理液を入れ換えるだけで、無電解銅めつき、洗浄、電解銅めつき、洗浄等の処理を連続的に行うことができるので、先の実施の形態に比べて槽の数が少なくて済み、槽間移動用の搬送ロボットも省略でき、設置床も小さくて済む。また、搬送時間を省けるのでスループットも向上する。

図 9は、この発明の他の実施の形態のめっき装置を示すもので、矩形の床の一端側から他端側に向けて搬送用レール 6 l aが設置され、これには搬送装置（搬送ロボット） 6 1が走行可能に設けられている。そして、この搬送ロボット 6 1を取り囲むように、口一ド ' アンロードュニヅト 1 4、前処理ュニヅト 6 8、無電解めつきユニット 6 9、第 1のスピン乾燥ュニット 7 0 A、電解めつきュニヅト 7 1、第 2のスピン乾燥ユニット 7 0 Bが順次時計回り方向に配置されている。前処理ュニット

6 8は、例えば、活性化剤（ S n C 1 ₂液）槽ゃ触媒（P d C 1 ₂液）槽である。

図 1 0は、図 9に示す無電解めつきュニット 6 9の構成例を示す図であり、上面に半導体基板等の被めつき基板 Wを保持するターンテーブル

7 2を有している。このターンテーブル 7 2の内部には保温用のヒ一夕 7 3が設けられ、夕一ンテ一プル 7 2はモータ 8 6によりボールねじ 8 5を介して上下動可能に、かつ、モータ 8 4によりタイミングベルト 8 3を介して回転可能に構成されている。

ターンテーブル 7 2の上方には下面が開放されためつきセル 9 2が配置され、該めつきセル 9 2の下端外周にはハウジング 9 6に保持された被めつき基板 Wに密接するシールパッキン 9 1が設けられている。即ち、ターンテーブル 7 2を上昇させ、被めつき基板 Wの表面をシールパヅキン 9 1に密接させた状態でめっきセル 9 2内は密閉空間となる。該密閉空間は後に詳述するように、被めつき基板 Wに所定のめっきを施すのに必要最小限度のめっき液（無電解めつき液）を収容する容積を有している。

めっきセル 9 2の上方近傍には建浴槽 7 4が配置され、該建浴槽 7 4 内にはめつき液 A、めっき液 B、めっき液 C及び純水 Dが供給されるようになつており、内部には撹拌機 7 6から延びる撹拌羽根 7 6 aが配置されると共に、ヒー夕 8 1が配置されている。また、建浴槽 7 4内のめつき液はめつき液供給弁 7 9を介してめつきセル 9 2内に供給されるようになつている。 .

建浴槽 7 4の外周近傍に建浴槽 7 4を取り囲むように温水槽 7 5が配置され、温水槽 7 5内には撹拌機 7 7から延びる撹拌羽根 7 7 aが配置されると共に、ヒー夕 8 2が配置されている。 8 0はめつきセル 9 2内のめつき終了後のめつき液を排出するためのめっき液排出弁であり、該めっき液排出弁 8 0を通して排出されためつき液は廃液タンク 9 3に流入するようになっている。また、 7 8はめつきセル 9 2内に圧力を供給するための圧力供給弁であり、該圧力供給弁 7 8を通して圧力脈動発生部 9 4からめつきセル 9 2内の圧力を脈動させることができるようになつている。

圧力脈動発生部 9 4は、高圧用の圧力調整弁 8 7、低圧用の圧力調整弁 8 8、圧力切換用の切換弁 8 9及び空圧源 9 0を具備し、例えば圧力振幅が 0〜 1 M P a、周波数が 0〜 1 0 H zの範囲で圧力脈動させることができるようになつている。なお、 P い P ₂はそれぞれ圧力計である。上記構成の無電解めつき装置において、めっきを行なう際はめつきセル 9 2の下方に位置する夕一ンテーブル 7 2の上面に被めつき基板 Wを位置決めして保持させる。この状態で夕一ンテーブル Ί 2をモ一夕 8 6 によりボールねじ 8 5を介して上昇させ、被めつき基板 Wの上面をシ一ルパヅキン 9 1に密接させることにより、めっきセル 9 2の下端開口を閉塞し、内部を密閉空間とする。この状態でめっき液供給弁 7 9を開いて、建浴槽 7 4内のめっき液 Qをめつきセル 9 2内に供給する。

めっきセル 9 2内は被めつき基板 Wに所定のめっきを施すのに必要最小限度のめっき液 Qを収容できる容積となっており、該めっきセル 9 2 内はこの必要最小限度のめつき液 Qが収容される。ここで必要最小限度の無電解めつき液量は、所定の析出金属当量数の 1 . 5〜 2 0倍のィォンを溶質として含む液量の範囲にする。また、めっきに際しては、圧力脈動発生部 9 4から、上記のように圧力供給弁 8を介して所定の圧力振幅、所定の周波数でめっきセル 9 2内に圧力の脈動を与える。

図 1 1に示すように、被めつき基板 Wは夕一ンテーブル 7 2の上面にめっき処理面を上向きとして保持されているので、無電解めつきにおいてめつき液 Q中に必ず発生する水素ガス気泡 9 8は浮力により上方に移動するため、被めつき基板 Wのめつき面 9 7、微細溝や穴に留まる気泡の数及び量は少なくなり、めっき欠けが少なくなる。また、必要最小限度のめっき液 Qをめつきセル 9 2内の密閉空間に供給し、静止させた状態でめっきすることにより、水素ガス気泡 9 8がめつき面 9 7を移動しないので、めつき表面に発生するめつきムラを最小に抑えることができ圧力脈動発生部 9 4でめつきセル 9 2内の密閉空間内の圧力を大気圧より高くし、圧力を脈動させることにより、上記のように、加圧により水素ガス気泡 9 8の無電解めつき液 Q中への溶解が促進されると共に、圧力を脈動させることにより、図 1 1に示すように、水素ガス気泡 9 8 のめつき面 9 7からの離脱を促進させることができる。

また、めっきセル 9 2の上方近傍に建浴槽 7 4を配置し、被めつき基板 Wにめつきを施す直前に該建浴槽 7 4で建浴した直後の必要最小限度のめつき液をめつきセル 9 2に供給してめっきを行なうから、建浴直後から無電解銅めつき特有の不都合な反応（カニッツァーロ反応、不均化反応）が起き、めっき液の劣化、めっき液組成の濃度変化が起きる前にめっきが終了するので、品質の極めて安定しためっきを行なうことができる。

また、めっきした後のめっきセル 9 2内のめっき液 Qをめつき液排出弁 8 0を介して廃液タンク 9 3に排出し、廃液として処理するので、品質の極めて安定した、めっきを行なうことができ、且つ 1回毎の成膜に費やすめっき液量は必要最小限度に抑えているので、廃液に伴うコスト上昇及び環境への過大な負担を回避できる。また、めっきセル 9 2の上部に温水槽 7 5、夕一ンテ一ブル 7 2の下部に保温用のヒー夕 7 3を設けているので、無電解めつきの品質（膜厚均一性、再現性、めっき膜電導度等）を左右する因子として最も重要なめっき温度を一定に保つことができる。

めっき終了後は上記のようにめつき液排出弁 8 0を開き、めっきセル 9 2内のめつき液を廃液夕ンク 9 3に排出し、モー夕 8 6によりボールねじ 8 5を介してターンテーブル 7 2を下降させ、図 1 2に示す洗浄ノズル 9 5から、めっき終了した被めつき基板 Wのめつき面に洗浄水（主に純水を）を噴射して、該めっき面を洗浄する。この洗浄に際し、洗浄ノズル 9 5を摇動させると共に、モータ 8 4で夕イミングベルト 8 3を介して被めつき基板 Wをゆつくり回転させながら洗浄を行なう。洗浄終了後は被めつき基板 Wを高速回転させ、その遠心力で被めつき基板 Wに付着した洗浄液を飛散させる。

無電解めつきを行って配線溝の内面のバリァ層の上にシード層を形成した後、搬送ロボット 6 1によって基板 Wを第 1スピン乾燥ュニヅト Ί 0 Aに搬送し、ここで完全に乾燥させた後、電解めつきユニット 7 1 に搬送し、電解めつきを行なう。以下、図 1 3および図 1 4を参照して、電解めつき工程を説明する。

電解めつきユニット 7 1は、図 1 3に示すように、めっき槽 1 1 0を具備し、該めっき槽 1 1 0はめつき槽本体 1 1 1内に半導体ウェハ等の被めつき基板 Wを保持するための基板保持体 1 1 2が収容されている。該基板保持体 1 1 2は基板保持部 1 1 2— 1 とシャフト部 1 1 2— 2からなり、該シャフト部 1 1 2— 2は円筒状のガイド部材 1 1 4の内壁に軸受 1 1 5、 1 1 5を介して回転自在に支持されている。そして該ガイド部材 1 1 4と基板保持体 1 1 2はめつき槽本体 1 1 1の頂部に設けられたシリンダ 1 1 6により上下に所定のストロークで昇降できるようになっている。

また、基板保持体 1 1 2はガイド部材 1 1 4の内部上方に設けられたモ一夕 1 1 8により、シャフト部 1 1 2— 2を介して矢印 A方向に回転できるようになつている。また、基板保持体 1 1 2の内部には基板押え部 1 1 7— 1及びシャフト部 1 1 7— 2からなる基板押え部材 1 1 7を収納する空間 Cが設けられており、該基板押え部材 1 1 7は基板保持体 1 1 2のシャフト部 1 1 2— 2内の上部に設けられたシリンダ 1 1 9により上下に所定のストロークで昇降できるようになつている。基板保持体 1 1 2の基板保持部 1 1 2 — 1の下方には空間 Cに連通する開口 1 1 2 — 1 aが設けられ、該開口 1 1 2 — 1 aの上部には、図 1 4に示すように、被めつき基板 Wの縁部が載置される段部 1 1 2 _ 1 b が形成されている。該段部 1 1 2 — 1 bに被めつき基板 Wの縁部を載置し、被めつき基板 Wの上面を基板押え部材 1 1 Ίの基板押え部 1 1 7— 1で押圧することにより、被めつき基板 Wの縁部は基板押え部 1 1 7― 1 と段部 1 1 2— 1 bの間に挟持される。そして、被めつき基板 Wの下面（めっき面）は開口 1 1 2— l aに露出する。なお、図 1 4は図 1 3 の B部分の拡大図である。

めっき槽本体 1 1 1の基板保持部 1 1 2— 1の下方、即ち開口 1 1 2 一 1 aに露出する被めつき基板 Wのめつき面の下方に扁平なめっき液室 1 2 0が設けられ、めつき液室 1 2 0の下方に多数の孔 1 2 1 aが形成された多孔板 1 2 1を介して、扁平なめっき液導入室 1 2 2が設けられている。また、めっき液室 1 2 0の外側には該めっき液室 1 2 0をォ一バーフローしためっき液 Qを捕集する捕集樋 1 2 3が設けられている。捕集樋 1 2 3で回収されためつき液 Qはめつき液タンク 1 2 4に戻るようになつている。めっき液タンク 1 2 4内のめっき液 Qはポンプ 1 2 5により、めっき液室 1 2 0の両側から水平方向に導入される。めつき液室 1 2 0の両側から導入されためつき液 Qは多孔板 1 2 1の孔 1 2 1 aを通って、垂直噴流となってめっき液室 1 2 0に流れ込む。多孔板 1 2 1 と被めつき基板 Wの間隔は 5〜 1 5 m mとなっており、該多孔板 1 2 1の孔 1 2 1 aを通っためっき液 Qの噴流は垂直上昇を維持したまま均一な噴流として被めつき基板 Wのめつき面に当接する。めつき液室 1 2 0をオーバーフローしためっき液 Qは捕集樋 1 2 3で回収され、めつき液タンク 1 2 4に流れ込む。即ち、めっき液 Qはめつき槽本体 1 1 1 のめつき液室 1 2 0とめつき液夕ンク 1 2 4の間を循環するようになつている。

めつき液室 1 2 0のめつき液面レベル L Qは被めつき基板 Wのめつき面レベル L Wより若干△ Lだけ高くなつており、被めつき基板 Wの全面はめつき液 Qに接触している。

基板保持体 1 1 2の基板保持部 1 1 2 - 1の段部 1 1 2 - 1 bは被めつき基板 Wの導電部と電気的に導通する電気接点 1 2 7が設けられて、該電気接点 1 2 7はブラシ 1 2 6を介して外部のめっき電源（図示せず）の陰極に接続されている。また、めっき槽本体 1 1 1のめつき液導入室 1 2 2の底部には被めつき基板 Wと対向して陽極電極 1 2 8が設けられて、該陽極電極 1 2 8はめつき電源の陽極に接続されている。めっき槽本体 1 1 1の壁面の所定位置には例えばロボットアーム等の基板搬出治具で被めつき基板 Wを出し入れする搬出入スリット 1 2 9が設けられている。

上記構成の電解めつきュニットにおいて、めっきを行うに際しては、先ずシリンダ 1 1 6を作動させ、基板保持体 1 1 2をガイド部材 1 1 4 ごと所定量（基板保持部 1 1 2 - 1に保持された被めつき基板 Wが搬出入スリット 1 2 9に対応する位置まで）上昇させると共に、シリンダ 1 1 9を作動させ基板押え部材 1 1 7を所定量（基板押え部 1 1 7— 1が搬出入スリット 1 2 9の上部に達する位置まで）上昇させる。この状態でロボットアーム等の基板搬出入治具で被めつき基板 Wを基板保持体 1 1 2の空間 cに搬入し、該被めっき基板 Wをそのめつき面が下向きになるように段部 1 1 2 - 1 bに載置する。この状態でシリンダ 1 1 9を作動させ基板押え部 1 1 7— 1の下面が被めつき基板 Wの上面に当接するまで下降させ、基板押え部 1 1 7 - 1 と段部 1 1 2 - 1 bの間に被めつき基板 wの縁部を挟持する。

この状態でシリンダ 1 1 6を作動させ、基板保持体 1 1 2をガイド部材 1 1 4ごと被めつき基板 Wのめつき面がめっき液室 1 2 0のめつき液 Qに接触するまで（めっき液レベル L。より上記△ Lだけ低い位置まで）下降させる。この時、モ一夕 1 1 8を起動し、基板保持体 1 1 2 と被めつき基板 Wを低速で回転させながら下降させる。めっき液室 1 2 0にはめっき液 Qが充満し、且つ多孔板の孔 1 2 1 aを通した垂直の上昇流が噴出している。この状態で陽極電極 1 2 8 と上記電気接点 1 2 7の間にめつき電源から所定の電圧を印加すると、陽極電極 1 2 8から被めつき基板 Wへとめっき電流が流れ、被めつき基板のめっき面にめっき膜が形成される。

上記めつき中はモ一夕 1 1 8を運転し、基板保持体 1 1 2と被めつき基板 Wを低速回転させる。この低速回転はめつき液室 1 2 0内のめっき液 Qの垂直噴流を乱すことなく、被めつき基板 Wのめつき面に均一な膜厚のめっき膜を形成できるように設定する。

めっきが終了するとシリンダ 1 1 6を作動させ、基板保持体 1 1 2 と被めつき基板 Wを上昇させ、基板保持部 1 1 2— 1の下面がめっき液レベル L 。より上になったら、モー夕 1 1 8を高速で回転させ、遠心力で被めつき基板 Wのめつき面及び基板保持部 1 1 2— 1の下面に付着しためっき液を振り切る。めっき液を振り切ったら、被めつき基板 Wを搬出入スリット 1 2 9の位置まで上昇させ、シリンダ 1 1 9を作動させて、基板押え部 1 1 7— 1を上昇させると被めつき基板 Wは解放され、基板保持部 1 1 2— 1の段部 1 1 2— 1 bに載置された状態となる。この状態でロボットアーム等の基板搬出入治具を搬出入スリット 1 2 9から、基板保持体 1 1 2の空間 Cに侵入させ、被めつき基板 Wをピックアップして外部に搬出する。

上記構成の電解めつきュニヅト Ί 1において、めっき液 Qには下記の組成のものを用い、穴径 0. 1 5〃m、穴深さ 1. 2〃mの穴が形成された被めつき基板 Wの穴の中に電流密度 2 A/dm ²、液温 2 5°C、めつき時間 1 5 0秒で電解めつきを行ったところ、良好な穴埋性が得られた。

めつき液 Qの組成

C u S 0₄ · 5 H ₂0 2 2 5 g/ 1

H ₂ S 0₄ 5 5 g/ 1

C 1 - 6 0 m g/ 1 ィォゥ化合物（N, N _ジメチルジチ才力ルバミルプロピルスルホン酸）

5 m g/ 丄高分子化合物（P E G 6 0 0 0 ) 0. 1 g/1 窒素化合物（サフラニン化合物、 j a nu sグリーン B)

2 mg/ 1 上記のように硫酸銅（ C u S 0₄ * 5 H ₂0) 濃度の高いめっき液を用いることにより、穴径 0. 1 5〃m、穴深さ 1. 2〃mという微細な穴に対して穴埋め性の良い銅めつきを行うことができる。

図 1 5は、同一処理液で無電解めつきと電解めつきの連続処理を行う処理槽 2 5を示す。処理槽 2 5は、図 8と同様に電解めつきが可能な夕イブである。この装置では、無電解めつきを行った後に、そのまま、 0. 2 A/ dm ²以下の微少電流を通電して電解めつきを行う。この場合、めっき液は無電解めつき液を使用するが、半導体基板を汚染しないように、無電解めつきの p H調整剤として通常用いられる N a 0 Hや K 0 H TJP 9/04349

27

に替えて、 TMAHを使用する。これは、メチル基を含む有機アルカリ薬剤である。また、従来多用されてきたホルマリンなどの分解しやすい還元剤は避ける必要がある。

従来、プリント基板のスルーホールめつきには、 C u濃度の低い、ノヽイス口一浴（ C u S 0₄ . 5 H ₂0 1 0〜 8 0 g/l ) を使用して電着均一性を良くしている。しかし、半導体基板のトレンチや、ビアホール内のめっきでは、ボイドを発生させないように、電着均一性と同時にレベリング性も要求される。さらに、ハイスロー浴では、めっき液の流れの影響を受けやすいので、濃度を高めた中〜高濃度のめっき液を用いて流れの影響を受けにくくすることが望まれる。

上記を前提条件として種々検討を行った結果、従来用いられている、電着均一性に優れた C u S 0₄. 5 H ₂0 低濃度浴 1 5〜 8 0 1 (ハイスロー浴）、又はレペリング性に優れた Cu S 0₄ · 5 H ₂0 高濃度浴 1 5 0〜 2 2 0 g/l (装飾浴）のいずれでもない、 C u S O ₄ · 5 Η₂0が 1 00〜 1 5 0 g/ 1の中濃度浴が半導体基板ダマシーンめっきプロセス用の無電解 · 電解兼用のめつき液として望ましいことが分かった。

以上説明したように、この発明によれば、無電解めつきを行なってバリア層上に初期膜（シード層）の形成を行い、さらに、この初期膜を給電層として電解めつきを行って基板の窪みを充填するので、一連のめつきプロセスの中で、スパッ夕や CVDを用いることなく、電気抵抗値の高いバリア層を有するような窪みの内部に、効率良くかつボイドの無い配線用金属の充填を行なうことができる。従って、簡単な工程で、半導体基板に形成された微細窪みにボイドゃ汚染の少ないめっき金属を効率良く充填して、配線を形成することができる基板めつき方法及び装置を提供することができる。産業上の利用の可能性

本発明は、特に半導体基板に形成された配線用窪み等に銅やその合金等の配線形成用金属を充填するための基板めつき方法及び装置として有用である。

Claims

請求の範囲

1 . 半導体基板の配線用窪みにめっき金属を充填するための基板めつき方法において、

基板上に初期膜を形成する無電解めつき工程と、前記初期膜を給電層として電解めつきを行い前記窪みを充填する電解めつき工程とを行うことを特徴とする基板めつき方法。

2 . 半導体基板の配線用窪みにめっき金属を充填するための基板めつき装置において、

基板上に初期膜を無電解めつきで形成する無電解めつき槽と、前記初期膜を給電層として電解めつきを行い前記窪みを充填する電解めつき槽とを備え、前記各槽の間で基板を移送する移送手段が設けられていることを特徴とする基板めつき装置。

3 . 請求項 1又は 2に記載の基板めつき方法又は装置における無電解めつき工程又は無電解めつき槽において、

前記被めつき基板のめっき処理面を上向きとすると共に、該めっき処理面が対面して密閉される密閉空間を形成する密閉空間形成手段と、該密閉空間に無電解めつき液を供給するめつき液供給手段を設け、該密閉空間に無電解めつき液を供給して無電解めつきを行なうことを特徴とする基板めつき方法又は装置。

4 . 請求項 3に記載の基板めつき方法又は装置において、

前記密閉空間に被めつき基板に所定のめっきを施すのに必要最小限度の無電解めつき液を供給し、該無電解めつき液を静止させた状態で無電解めつきできるように構成したことを特徴とする基板めつき方法又は装

5. 請求項 3又は 4に記載の基板めつき方法又は装置において、前記密閉空間内の圧力が大気圧より高く、その圧力を脈動させる圧力脈動手段を設けたことを特徴とする基板めつき方法又は装置。

6. 請求項 3乃至 5のいずれか 1に記載の基板めつき方法又は装置において、

前記密閉空間の近傍に建浴槽を設け、無電解めつきを行なう直前に該密閉空間に建浴した前記必要最小限度の無電解めつき液を供給できるように構成したことを特徴とする基板めつき方法又は装置。

7. 請求項 6に記載の基板めつき方法又は装置において、

前記必要最小限度の無電解めつき液でめっきした後、該無電解めつき液を循環再利用することなく廃液として処理するように構成したことを特徴とする基板めつき方法又は装置。

8. 請求項 1又は 2に記載の基板めつき方法又は装置における電解めつき工程又は電解めつき槽において、

硫酸銅（Cu S0₄. 5 H ₂0) の濃度が 1 00乃至 250 g/ 1、硫酸（H ₂S0₄) の濃度が 1 0乃至 1 00 g/l、塩素イオンの濃度が 0 乃至 l O Omg/1のめつき液を用いて電解めつきを行うことを特徴とする基板めつき方法又は装置。

9. 請求項 8に記載の基板めつき方法又は装置において、電解めつき液は前記組成のめっき液中に少なくとも 0。 1 4乃至 7 0 jum o 1/ 1の下記〔A〕式で表されるィォゥ化合物と、下記〔B〕式で表される高分子化合物を 1 O mg/ 1乃至 5 g/lと、窒素化合物を 0. O l mg/ 1乃至 l O O mg/ 1含有しためっき液であることを特徴とする基板めつき方法又は装置。

X - L - ( S ) _n- L -X 〔A〕

R 2 R 3

I I

R i - （ C H ₂ C H 0 ) _m - （ C H ₂ C H〇） _k一 H 〔B〕

〔A〕式中、 Lは低級アルキル基、低級アルコキシ基、水酸基又はハロゲン原子で置換されてもよい炭素数 1乃至 6のアルキル基を示し、 X は水素原子、一 S 0₃M基又は _P 0₃M基（Mは水素原子、アル力リ金属原子又はアミノ基を示す）を示し、〔B〕式中、は炭素数 8乃至 2 5の高級アルコールの残基、炭素数 1乃至 2 5のアルキル基を有するアルキルフヱノールの残基、炭素数 1乃至 2 5のアルキル基を有するァルキルナフトール残基、炭素数 3乃至 2 2の脂肪酸アミドの残基、炭素数 2乃至 4のアルキルアミンの残基又は水酸基を示し、 R ₂及び R ₃は水素原子又はメチル基を示し、 m及び kは 1乃至 1 0 0の整数を示す。

1 0. 半導体基板の配線用窪みにめっき金属を充填するための基板めつき装置において、

同一処理槽に、基板上に初期膜を無電解めつきで形成するための無電解めつき液を供給する無電解めつき液供給流路と、前記初期膜を給電層として電解めつきを行い前記窪みを充填する電解めつき液を供給する電解めつき液供給流路とが択一的に切り換え可能に設けられていることを特徴とする基板めつき装置。

1 1 . 請求項 1ないし 1 0のいずれかの基板めつき方法又は装置に使用するめつき液の p H調整剤として、アル力リ金属を含まないものを使用することを特徴とする基板めつき方法又は装置。