特許第6054049号(P6054049)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6054049めっき処理方法、めっき処理システムおよび記憶媒体
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6054049
(24)【登録日】2016年12月9日
(45)【発行日】2016年12月27日
(54)【発明の名称】めっき処理方法、めっき処理システムおよび記憶媒体
(51)【国際特許分類】
   C23C 28/02 20060101AFI20161219BHJP
   C23C 18/18 20060101ALI20161219BHJP
   C23C 18/50 20060101ALI20161219BHJP
   H01L 21/285 20060101ALI20161219BHJP
   H01L 21/288 20060101ALI20161219BHJP
   H01L 21/3205 20060101ALI20161219BHJP
   H01L 21/768 20060101ALI20161219BHJP
【FI】
   C23C28/02
   C23C18/18
   C23C18/50
   H01L21/285 C
   H01L21/285 P
   H01L21/288 E
   H01L21/88 B
【請求項の数】11
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2012-72328(P2012-72328)
(22)【出願日】2012年3月27日
(65)【公開番号】特開2013-204071(P2013-204071A)
(43)【公開日】2013年10月7日
【審査請求日】2014年8月22日
(73)【特許権者】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100091982
【弁理士】
【氏名又は名称】永井 浩之
(74)【代理人】
【識別番号】100117787
【弁理士】
【氏名又は名称】勝沼 宏仁
(74)【代理人】
【識別番号】100107537
【弁理士】
【氏名又は名称】磯貝 克臣
(74)【代理人】
【識別番号】100105795
【弁理士】
【氏名又は名称】名塚 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100096895
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 淳平
(74)【代理人】
【識別番号】100106655
【弁理士】
【氏名又は名称】森 秀行
(74)【代理人】
【識別番号】100127465
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 幸裕
(72)【発明者】
【氏名】水 谷 信 崇
(72)【発明者】
【氏名】田 中 崇
(72)【発明者】
【氏名】稲 富 裕一郎
(72)【発明者】
【氏名】齋 藤 祐 介
(72)【発明者】
【氏名】岩 下 光 秋
【審査官】 祢屋 健太郎
(56)【参考文献】
【文献】 特開2009−108386(JP,A)
【文献】 特開昭63−318750(JP,A)
【文献】 特開平11−256318(JP,A)
【文献】 特開2003−129285(JP,A)
【文献】 特開2003−178999(JP,A)
【文献】 特開2006−016684(JP,A)
【文献】 特開2010−185113(JP,A)
【文献】 特開2007−311799(JP,A)
【文献】 国際公開第2013/143732(WO,A1)
【文献】 特開平11−103171(JP,A)
【文献】 特開2003−203889(JP,A)
【文献】 特開2005−072171(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C23C 24/00−30/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板に形成された凹部に対してめっき処理を施すめっき処理方法において、
前記凹部が形成された基板を準備する工程と、
基板に対して真空蒸着処理を施して、基板の前記凹部の外側の基板外面および前記凹部の内面の上部のみ、または前記凹部の外側の基板外面のみに金属の真空蒸着処理層を形成する工程と、
基板に対してめっき液を用いて無電解めっき処理を施して、真空蒸着処理層上および前記凹部の前記内面に特定機能を有する無電解めっき層を形成する工程と、
特定機能を有する前記めっき層が前記内面に形成された前記凹部に導電性材料を埋め込む
工程と、
を備えたことを特徴とするめっき処理方法。
【請求項2】
めっき層は、Cu拡散防止膜としての機能を有することを特徴とする請求項1記載のめっき処理方法。
【請求項3】
めっき層は、電解Cuめっき層形成用のシード膜としての機能を有することを特徴とする請求項1記載のめっき処理方法。
【請求項4】
めっき層を形成する前に、基板上に触媒を吸着させて触媒吸着層を形成することを特徴とする請求項2記載のめっき処理方法。
【請求項5】
触媒吸着層を形成する前に、基板の真空蒸着処理層上にカップリング剤を吸着させて密着層を形成することを特徴とする請求項4記載のめっき処理方法。
【請求項6】
真空蒸着処理層はPVD処理層からなることを特徴とする請求項1記載のめっき処理方法。
【請求項7】
真空蒸着処理層はCVD処理層からなることを特徴とする請求項1記載のめっき処理方法。
【請求項8】
基板に形成された凹部に対してめっき処理を施すめっき処理システムにおいて、 前記凹部が形成された基板に対して真空蒸着処理を施して、基板の前記凹部の外側の基板外面および前記凹部の内面の上部のみ、または前記凹部の外側の基板外面のみに金属の真空蒸着処理層を形成する真空蒸着処理層形成部と、
前記凹部に導電性材料が埋め込まれる前に、基板上にめっき液を用いて無電解めっき処理を施して、真空蒸着処理層上および前記凹部の前記内面に特定機能を有する無電解めっき層を形成するめっき層形成部と、
真空蒸着処理層形成部と、めっき層形成部との間で基板を搬送する基板搬送部と、
真空蒸着処理層形成部、めっき層形成部および基板搬送部を制御する制御部とを備えたことを特徴とするめっき処理システム。
【請求項9】
めっき層を形成する前に基板上に触媒を吸着させて触媒吸着層を形成する触媒吸着層形成部を設けたことを特徴とする請求項8記載のめっき処理システム。
【請求項10】
触媒吸着層を形成する前に基板上にカップリング剤を吸着させて密着層を形成する密着層形成部を設けたことを特徴とする請求項9記載のめっき処理システム。
【請求項11】
めっき処理システムにめっき処理方法を実行させるためのコンピュータプログラムを格納した記憶媒体において、
めっき処理方法は、基板に形成された凹部に対してめっき処理を施すものであって、
前記凹部が形成された基板を準備する工程と、
基板に対して真空蒸着処理を施して、基板の前記凹部の外側の基板外面および前記凹部の内面の上部のみ、または前記凹部の外側の基板外面のみに金属の真空蒸着処理層を形成する工程と、
基板に対してめっき液を用いて無電解めっき処理を施して、真空蒸着処理層上および前記凹部の前記内面に特定機能を有する無電解めっき層を形成する工程と、 特定機能を有する前記めっき層が前記内面に形成された前記凹部に導電性材料を埋め込む工程と、を備えたことを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は基板に対してめっきを施すめっき処理方法、めっき処理システムおよび記憶媒体に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、LSIなどの半導体装置は、実装面積の省スペース化や処理速度の改善といった課題に対応するべく、より一層高密度化することが求められている。高密度化を実現する技術の一例として、複数の配線基板を積層することにより三次元LSIなどの多層基板を作製する多層配線技術が知られている。
【0003】
多層配線技術においては一般に、配線基板間の導通を確保するため、配線基板を貫通するとともに銅(Cu)などの導電性材料が埋め込まれた貫通ビアホールが配線基板に設けられている。導電性材料が埋め込まれた貫通ビアホールを作製するための技術の一例として、無電解めっき法が知られている。
【0004】
配線基板を作製する具体的な方法として、凹部が形成された基板を準備し、次に、基板の凹部内にCu拡散防止膜としてのバリア膜を形成し、このバリア膜上にシード膜を無電解Cuめっきにより、形成する方法が知られている。その後凹部内に電解CuめっきによりCuが埋め込まれ、Cuが埋め込まれた基板は、化学機械研磨などの研磨方法によって薄膜化され、これによって、Cuが埋め込まれた貫通ビアホールを有する配線基板が作製される。
【0005】
上述した配線基板のうちバリア膜を形成する場合、基板に対して予め触媒を吸着させて触媒吸着層を形成しておき、この触媒吸着層上にめっき処理を施すことによりCo−W−B層からなるバリア膜が得られる。バリア膜はその後、焼しめられて内部の水分が除去され、かつ金属間結合が強化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2010−185113号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上述のようにCu拡散防止膜としてのバリア膜は、めっき処理により形成され、その後に焼きしめられて、内部の水分除去および金属間結合が強化される。
【0008】
上述のように、基板は凹部を有し、Cu拡散防止膜としてのバリア膜は、基板のうち凹部内面および凹部外側の基板外面に形成される。しかしながら基板外面に形成されたバリア膜は、基板処理時に基板に対して働く外力等により剥離されてしまうことがあり、この場合は製造された多層基板に不具合が生じてしまう。
【0009】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、基板上にめっき処理によりバリア膜等のめっき層を形成した場合、とりわけ凹部外側の基板外面に形成されためっき層が基板から剥離することのないめっき処理方法、めっき処理システム、および記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、基板に形成された凹部に対してめっき処理を施すめっき処理方法において、前記凹部が形成された基板を準備する工程と、基板に対して真空蒸着処理を施して、基板の前記凹部の外側の基板外面および前記凹部の内面の上部のみ、または前記凹部の外側の基板外面のみに金属の真空蒸着処理層を形成する工程と、基板に対してめっき液を用いて無電解めっき処理を施して、真空蒸着処理層上および前記凹部の前記内面に特定機能を有する無電解めっき層を形成する工程と、特定機能を有する前記めっき層が前記内面に形成された前記凹部に配線材料を埋め込む工程と、を備えたことを特徴とするめっき処理方法である。
【0011】
本発明は、基板に形成された凹部に対してめっき処理を施すめっき処理システムにおいて、前記凹部が形成された基板に対して真空蒸着処理を施して、基板の前記凹部の外側の基板外面および前記凹部の内面の上部のみ、または前記凹部の外側の基板外面のみに金属の真空蒸着処理層を形成する真空蒸着処理層形成部と、前記凹部に配線材料が埋め込まれる前に、基板上にめっき液を用いて無電解めっき処理を施して、真空蒸着処理層上および前記凹部の前記内面に特定機能を有する無電解めっき層を形成するめっき層形成部と、真空蒸着処理層形成部と、めっき層形成部との間で基板を搬送する基板搬送部と、真空蒸着処理層形成部、めっき層形成部および基板搬送部を制御する制御部とを備えたことを特徴とするめっき処理システムである。
【0012】
本発明は、めっき処理システムにめっき処理方法を実行させるためのコンピュータプログラムを格納した記憶媒体において、めっき処理方法は、基板に形成された凹部に対してめっき処理を施すものであって、前記凹部が形成された基板を準備する工程と、基板に対して真空蒸着処理を施して、基板の前記凹部の外側の基板外面および前記凹部の内面の上部のみ、または前記凹部の外側の基板外面のみに金属の真空蒸着処理層を形成する工程と、基板に対してめっき液を用いて無電解めっき処理を施して、真空蒸着処理層上および前記凹部の前記内面に特定機能を有する無電解めっき層を形成する工程と、特定機能を有する前記めっき層が前記内面に形成された前記凹部に配線材料を埋め込む工程と、を備えたことを特徴とする記憶媒体である。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、基板に対して真空蒸着処理を施して基板上に真空蒸着処理層を形成し、基板に対してめっき処理を施して、この真空蒸着処理層上にめっき層を形成したので、真空蒸着処理層が基板上に下地層として形成され、この下地層としての真空蒸着処理層によって基板の表面が平滑化される。このため下地層としての真空蒸着処理層によって、めっき層を密着性良く基板上に形成することができ、基板処理時に基板に対して働く外力等によりめっき層が脱落したり剥離されことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1図1は、本発明の実施の形態におけるめっき処理システムを示すブロック図。
図2図2は、本発明の実施の形態におけるめっき処理方法を示すフローチャート。
図3図3(a)〜(g)は、本発明の実施の形態におけるめっき処理方法が施される基板を示す図。
図4図4は、Cu拡散防止膜としてのめっき層積層体を示す断面図。
図5図5は、めっき層形成部を示す側断面図。
図6図6は、めっき層形成部を示す平面図。
図7図7は、めっき層焼きしめ部を示す側断面図。
図8図8は、真空蒸着処理層形成部を示す側断面図。
図9図9は、本発明の変形例を示すシード膜としてのめっき層積層体を示す断面図。
図10図10(a)(b)は、基板上に形成された真空蒸着処理層を示す図。
図11図11は、本発明の変形例を示すめっき処理方法が施される基板を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
めっき処理システム
図1乃至図8により本発明の一実施の形態について説明する。
【0016】
まず図1により本発明によるめっき処理システムについて述べる。
【0017】
図1に示すように、めっき処理システム10は半導体ウエハ等の凹部2aを有する基板(シリコン基板)2に対してめっき処理を施すものである(図3(a)〜(g)参照)。
【0018】
このようなめっき処理システム10は、基板2を収納したカセット(図示せず)が載置されるカセットステーション18と、カセットステーション18上のカセットから基板2を取り出して搬送する基板搬送アーム11と、基板搬送アーム11が走行する走行路11aとを備えている。
【0019】
また走行路11の一側に、基板2に対して真空蒸着処理を施して、基板2表面に真空蒸着処理層2Aを形成する真空蒸着処理層形成部27と、基板2の真空蒸着処理層2A上にシランカップリング剤等のカップリング剤を吸着させて後述する密着層21を形成する密着層形成部12と、基板2の密着層21上に触媒を吸着させて後述する触媒吸着層22を形成する触媒吸着層形成部13と、基板2の触媒吸着層22上に後述するCu拡散防止膜(バリア膜)として機能するめっき層23a、23bを形成するめっき層形成部14とが配置されている。
【0020】
また走行路11の他側に、基板2に形成されためっき層23a、23bを焼きしめるめっき層焼きしめ部15と、基板2に形成されためっき層23a、23b上に、後述するシード膜として機能する無電解銅めっき層(無電解Cuめっき層)24を形成するための無電解Cuめっき層形成部16が配置されている。
【0021】
まためっき層焼きしめ部15に隣接して、基板2に形成された凹部2a内に、無電解Cuめっき層24をシード膜として電解銅めっき層(電解Cuめっき層)25を充てんするための電解Cuめっき層形成部17が配置されている。
【0022】
なお、めっき層形成部14において第1めっき層23aが形成された後、この第1めっき層23aがめっき層焼きしめ部15において焼きしめられる。さらにめっき層形成部14において、焼きしめられた第1めっき層23a上に第2めっき層23bが重ねて形成され、この第2めっき層23bはめっき層焼きしめ部15において焼きしめられる。
【0023】
このようにして、基板2の触媒吸着層22上に、第1めっき層23aと第2めっき層23bとからなるめっき層積層体23が形成される。
【0024】
このような構成からなるめっき層積層体23の第1めっき層23aおよび第2めっき層23bは、いずれもCu拡散防止膜(バリア膜)として機能する。
【0025】
また上述しためっき処理システムの各構成部材、例えばカセットステーション18、基板搬送アーム11、真空蒸着処理層形成部27、密着層形成部12、触媒吸着層形成部13、めっき層形成部14、めっき層焼きしめ部15、無電解Cuめっき層形成部16および電解Cuめっき層形成部17は、いずれも制御部19に設けた記憶媒体19Aに記録された各種のプログラムに従って制御部19で駆動制御され、これによって基板2に対する様々な処理が行われる。ここで、記憶媒体19Aは、各種の設定データや後述するめっき処理プログラム等の各種のプログラムを格納している。記憶媒体19Aとしては、コンピューターで読み取り可能なROMやRAMなどのメモリーや、ハードディスク、CD−ROM、DVD−ROMやフレキシブルディスクなどのディスク状記憶媒体などの公知のものが使用され得る。
【0026】
次に真空蒸着処理層形成部27、Cu拡散防止膜(バリア膜)として機能する第1めっき層23aおよび第2めっき層23bを形成するためのめっき層形成部14、めっき層焼きしめ部15および無電解Cuめっき層形成部16について更に述べる。
【0027】
(真空蒸着処理層形成部27)
このうち真空蒸着処理層形成部27は図8に示すように、密閉された密閉ケーシング27aと、密閉ケーシング27a内部に設けられ基板2を保持する基板ホルダ27dと、基板ホルダ27dに保持された基板2表面に対して蒸着される金属が貯えられている蒸発源27Aとを備えている。また密閉ケーシング27aには密閉ケーシング27a内を真空引きする真空排気口27bが設けられ、真空排気口27bには図示しない真空ポンプが接続され、このため密閉ケーシング27aは真空室として機能する。
【0028】
また密閉ケーシング27a内には、基板ホルダ27dに保持された基板2と、蒸発源27Aとの間に配置されたシャッター27cが設けられ、さらに基板ホルダ27d上方には基板ホルダ27dを覆ってヒータ27eが設けられている。
【0029】
図8に示す真空蒸着処理層形成部27において、基板2に対してPVD処理が施され、基板2上にPVD処理により真空蒸着処理層2Aが形成される。
【0030】
この場合、PVD処理により基板2上に形成される真空蒸着処理層2Aとしては、PdまたはRuが蒸着されて形成された真空蒸着処理層、PdNまたはRuNが蒸着されて形成された真空蒸着処理層、TiまたはTaが蒸着されて形成された真空蒸着処理層、TiNまたはTaNが蒸着されて形成された真空蒸着処理層、Ruが蒸着されて形成された真空蒸着処理層が考えられる。
【0031】
その他、真空蒸着処理層2Aとしては、PdとPdNとの積層体、RuとRuNとの積層体、TiとTiNとの積層体、TaとTaNとの積層体のような処理層が考えられる。
【0032】
また真空蒸着処理層形成部27として、PVD処理の代わりにCVD処理により基板2上に真空蒸着処理層2Aを形成するCVD処理装置を用いることもできる。
【0033】
CVD処理装置を用いて基板2上に形成される真空蒸着処理層2Aとしては、Ruが蒸着されて形成された処理層が考えられる。
【0034】
なお、真空蒸着処理層2Aとしては、上記のような金属に限られることはなく真空蒸着処理層2A上の各層との密着性を有し、かつ、無電解の反応が可能な金属であればよい。
【0035】
このように真空蒸着処理層形成部27において、基板2上に真空蒸着処理層2Aを形成することにより、真空蒸着処理層2Aが下地層として機能し、基板2表面を平滑化することができる。このため後述する真空蒸着処理層2A上の各層、例えば密着層21と基板2との密着性を高めることができる。
【0036】
(めっき層形成部14および無電解Cuめっき層形成部16)
次にめっき層形成部14および無電解Cuめっき層形成部16について述べる。
【0037】
めっき層形成部14、および無電解Cuめっき層形成部16は、いずれも図5および図6に示すめっき処理装置14、16から構成することができる。
【0038】
このようなめっき処理装置14および16は、図5および図6に示すとおりのものである。
【0039】
すなわち、めっき処理装置14、16は、図5および図6に示すように、ケーシング101の内部で基板2を回転保持するための基板回転保持機構(基板収容部)110と、基板2の表面にめっき液や洗浄液などを供給する液供給機構30,90と、基板2から飛散しためっき液や洗浄液などを受けるカップ105と、カップ105で受けためっき液や洗浄液を排出する排出口124,129,134と、排出口に集められた液を排出する液排出機構120,125,130と、基板回転保持機構110、液供給機構30,90,カップ105、および液排出機構120,125,130を制御する制御機構160と、を備えている。
【0040】
(基板回転保持機構)
このうち基板回転保持機構110は、図5および図6に示すように、ケーシング101内で上下に伸延する中空円筒状の回転軸111と、回転軸111の上端部に取り付けられたターンテーブル112と、ターンテーブル112の上面外周部に設けられ、基板2を支持するウエハチャック113と、回転軸111を回転駆動する回転機構162と、を有している。このうち回転機構162は、制御機構160により制御され、回転機構162によって回転軸111が回転駆動され、これによって、ウエハチャック113により支持されている基板2が回転される。
【0041】
(液供給機構)
次に、基板2の表面にめっき液や洗浄液などを供給する液供給機構30,90について、図5および図6を参照して説明する。液供給機構30,90は、基板2の表面に対してめっき処理を施すめっき液を供給するめっき液供給機構30と、基板2の表面に洗浄処理液を供給する洗浄処理液供給機構90と、を含んでいる。
【0042】
図5および図6に示すように、吐出ノズル32は、ノズルヘッド104に取り付けられている。またノズルヘッド104は、アーム103の先端部に取り付けられており、このアーム103は、上下方向に延伸可能となっており、かつ、回転機構165により回転駆動される支持軸102に固定されている。めっき液供給機構30のめっき液供給管33はアーム103の内側に配置されている。このような構成により、めっき液を、吐出ノズル32を介して基板2の表面の任意の箇所に所望の高さから吐出することが可能となっている。
【0043】
〔洗浄処理液供給機構90〕
洗浄処理液供給機構90は、後述するように基板2の洗浄工程において用いられるものであり、図5に示すように、ノズルヘッド104に取り付けられたノズル92を含んでいる。この場合、ノズル92から、洗浄処理液またはリンス処理液のいずれかが選択的に基板2の表面に吐出される。
【0044】
(液排出機構)
次に、基板2から飛散しためっき液や洗浄液などを排出する液排出機構120,125,130について、図5を参照して説明する。図5に示すように、ケーシング101内には、昇降機構164により上下方向に駆動され、排出口124,129,134を有するカップ105が配置されている。液排出機構120,125,130は、それぞれ排出口124,129,134に集められる液を排出するものとなっている。
【0045】
図5に示すように、めっき液排出機構120,125は、流路切換器121,126により切り替えられる回収流路122,127および廃棄流路123,128をそれぞれ有している。このうち回収流路122,127は、めっき液を回収して再利用するための流路であり、一方、廃棄流路123,128は、めっき液を廃棄するための流路である。なお図2に示すように、処理液排出機構130には廃棄流路133のみが設けられている。
【0046】
また図5および図6に示すように、基板収容部110の出口側には、めっき液35を排出するめっき液排出機構120の回収流路122が接続され、この回収流路122のうち基板収容部110の出口側近傍に、めっき液35を冷却する冷却バッファ120Aが設けられている。
【0047】
(めっき層焼きしめ部15)
次にめっき層焼きしめ部15について述べる。
【0048】
めっき層焼きしめ部15は、図7に示すように、密閉された密閉ケーシング15aと、密閉ケーシング15a内部に配置されたホットプレート15Aとを備えている。
【0049】
めっき層焼きしめ部15の密閉ケーシング15aには、基板2を搬送するための搬送口(図示せず)が設けられ、また密閉ケーシング15a内にはNガス供給口15cからNガスが供給される。
【0050】
同時に密閉ケーシング15a内は排気口15bにより排気され、密閉ケーシング15a内をNガスで充満させることにより、密閉ケーシング15a内を不活性雰囲気に保つことができる。
【0051】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について、図2および図3により説明する。
【0052】
まず前工程において、半導体ウエハ等からなる基板(シリコン基板)2に対して凹部2aが形成され、凹部2aが形成された基板2が本発明によるめっき処理システム10内に搬送される。
【0053】
ここで基板2に凹部2aを形成する方法としては、従来公知の方法から適宜採用することができる。具体的には、例えば、ドライエッチング技術として、弗素系又は塩素系ガス等を用いた汎用的技術を適用できるが、特にアスペクト比(孔の深さ/孔の径)の大きな孔を形成するには、高速な深掘エッチングが可能なICP−RIE(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching:誘導結合プラズマ−反応性イオンエッチング)の技術の採用した方法をより好適に採用でき、特に、六フッ化硫黄(SF6)を用いたエッチングステップとC4F8などのテフロン系ガスを用いた保護ステップとを繰り返しながら行うボッシュプロセスと称される方法を好適に採用できる。
【0054】
次に、めっき処理システム10の真空蒸着処理層形成部27において、凹部2aを有する基板2上に真空蒸着処理層2Aが形成される(図2および図3(a))。
【0055】
上述のように、真空蒸着処理層形成部27においては、基板2に対してPVD処理が施され、このPVD処理により基板2上に真空蒸着処理層2Aが形成される。
【0056】
しかしながら基板2に対してCVD処理を施すことにより、基板2上に真空蒸着処理層2Aを形成してもよい。
【0057】
このように基板2上に真空蒸着処理層2Aを形成することにより、真空蒸着処理層2Aが下地層として機能し、基板2表面を平滑化させて、その後基板2上に形成される各層と基板2との密着性を向上させることができる。
【0058】
次に基板2は基板搬送アーム11によって密着層形成部12へ送られる。
【0059】
その後、密着層形成部12内において、凹部2aを有する基板2の真空蒸着処理層2A上に密着層21が形成される(図2および図3(b))。
【0060】
密着層形成部12は加熱部を有する真空室(図示せず)を有し、この密着層形成部12内において、凹部2aを有する基板2の真空蒸着処理層2A上にシランカップリング剤等のカップリング剤が吸着され、このようにして基板2上に密着層21が形成される(SAM処理)。シランカップリング剤を吸着させて形成された密着層21は、後述する触媒吸着層22と基板2との密着性を向上させるものである。
【0061】
密着層形成部12において密着層21が形成された基板2は、基板搬送アーム11によって触媒吸着層形成部13へ送られる。そしてこの触媒吸着層形成部13において、基板2の密着層21上に、例えば触媒となるpdイオンが吸着されて触媒吸着層22が形成される(図3(c))。
【0062】
触媒吸着処理としては、例えば、基板2に対して塩化パラジウム水溶液をノズルにより吹付け、触媒となるPdイオンを基板2の表面に吸着させる処理を採用することができる。具体的には、基板2に対して塩化スズ溶液を吹付け、スズイオンを基板2表面に吸着し、次に、基板2に塩化パラジウム水溶液を吹付けてスズイオンをPdイオンと置換してPdイオンを吸着させ、さらに、基板2に水酸化ナトリウムを吹付けて余分なスズイオンを取り除く。
【0063】
このように、触媒吸着形成部13において基板2上に触媒吸着層22を形成した後、基板2は基板搬送アーム11によってめっき層形成部14へ送られる。
【0064】
次にめっき層形成部14において、基板2の触媒吸着層22上に、Cu拡散防止膜(バリア膜)として機能する第1めっき層23aが形成される(図3(d)の23および図4)。
【0065】
この場合、めっき層形成部14は、図5および図6に示すようなめっき処理装置からなり、基板2の触媒吸着層22上に無電解めっき処理を施すことにより第1めっき層23aを形成することができる。
【0066】
めっき層形成部14において第1めっき層23aを形成する場合、めっき液としては、例えばCo−W−Bを含むめっき液を用いることができ、めっき液の温度は40〜70℃に保たれている。
【0067】
Co−W−Bを含むめっき液を基板2上に供給することにより、基板2の触媒吸着層22上に無電解めっき処理により、Co−W−Bを含む第1めっき層23aが形成される。
【0068】
次に触媒吸着層22上に第1めっき層23aが形成された基板2は、基板搬送アーム11により、めっき層形成部14からめっき層焼きしめ部15の密閉ケーシング15a内へ送られる。そして、このめっき層焼きしめ部15の密閉ケーシング15a内において、基板2は、Nガスが充てんされた不活性雰囲気中でホットプレート15A上で加熱される。このようにして基板2の第1めっき層23aが焼きしめられる(Bake処理)。
【0069】
めっき層焼きしめ部15において、第1めっき層23aを焼きしめる際の焼きしめ温度は、150〜200℃、焼きしめ時間は10〜30分となっている。
【0070】
このように基板2上の第1めっき層23aを焼きしめることにより、第1めっき層23a内の水分を外方へ放出することができ、同時に第1めっき層23a内の金属間結合を高めることができる。
【0071】
次にめっき層焼きしめ部15において加熱された基板2は、基板搬送アーム11により再びめっき層形成部14へ送られる。その後めっき層形成部14において、基板2に対して無電解めっき処理が施され、第1めっき層23a上に自己触媒めっき作用により第2めっき層23bが形成される。
【0072】
基板2の第1めっき層23a上に第2めっき層23bを形成する場合、第1めっき層23aを形成する場合と同様、めっき液としてCo−W−Bを含むめっき液を用いることができ、めっき液の温度も第1めっき層23aを形成する場合と同様、40〜70℃に保たれている。
【0073】
なお、めっき層形成部14において第2めっき層23bを形成する際、第1めっき層23aを形成する場合と異なり、Co−W−Bを含むめっき液の代わりに、めっき液としてCo−W−Pを含むめっき液を用い、めっき温度を40〜80℃に設定することもできる。
【0074】
いずれにしても、第2めっき層23bを形成する場合、第1めっき層23aと同様の金属(Co−W)を含むめっき液が用いられ、このようにして形成された第2めっき層23bもCu拡散防止膜(バリア膜)として機能する。
【0075】
次にめっき層形成部14において第2めっき層23bが形成された基板2は、基板搬送アーム11によってめっき層形成部14からめっき層焼きしめ部15へ再び送られる。そしてめっき層焼きしめ部15の密閉ケーシング15a内で、基板2はホットプレート15Aにより加熱され、第2めっき層23bの焼きしめが行なわれる。
【0076】
第2めっき層23bを焼きしめる場合の焼きしめ温度および焼きしめ時間は、第1めっき層23aの焼きしめる場合の焼きしめ温度および焼きしめ時間と略同一となっている。しかしながら、第2めっき層23bに対する焼きしめ温度および焼きしめ時間を第1めっき層23aに対する焼きしめ温度および焼きしめ時間と異なるように設定してもよい。
【0077】
基板2上の第2めっき層23bを焼きしめることにより、第2めっき層23b内の水分を外方へ放出することができ、同時に第2めっき層23b内の金属間結合を高めることができる。
【0078】
このようにして、基板2上に第1めっき層23aと第2めっき層23bからなり、Cu拡散防止膜(バリア膜)として機能するめっき層積層体23を形成することができる。
【0079】
一般にめっき層23a、23bを焼きしめることにより、めっき層23a、23b間の金属間結合を高めることができるが、焼きしめられるめっき層の層厚が大きい場合、下地層とめっき層との間でめっき層の形状変化に伴なう応力が生じる。
【0080】
本実施の形態によれば、バリア膜として機能するめっき層積層体23は、第1回目のめっき層の形成工程およびめっき層の焼きしめ工程により得られた第1めっき層23aと、第2回目のめっき層の形成工程およびめっき層の焼きしめ工程により得られた第2めっき層23bとからなるため、第1回目あるいは第2回目の焼きしめ工程において焼きしめられるめっき層の厚みをめっき層積層体23全体に比べて小さくすることができる。
【0081】
このため各々のめっき層23a、23bの焼きしめ時に下地層(例えば触媒吸着層22)との間に生じる応力を小さくして、めっき層23a、23bと下地層との間の密着性を高めることができる。
【0082】
なお、めっき層積層体23は、第1めっき層23aと第2めっき層23bとを有する場合に限らず、第1めっき層23aおよび第2めっき層23bに加えて更に追加の第3めっき層および第4めっき層を有していてもよい。
【0083】
このようにしてバリア膜として機能するめっき層積層体23が形成された基板2は、その後基板搬送アーム11により無電解Cuめっき層形成部16に送られる。
【0084】
次に無電解Cuめっき層形成部16において、基板2のめっき層積層体23上に、電解Cuめっき層25を形成するためのシード膜として機能する無電解Cuめっき層24が形成される(図3(e))。
【0085】
この場合、無電解Cuめっき層形成部16は、図5および図6に示すようなめっき処理装置からなり、基板2のめっき層積層体23上に無電解めっき処理を施すことにより、無電解Cuめっき層24を形成することができる。
【0086】
無電解Cuめっき層形成部16において形成された無電解Cuめっき層24は、電解Cuめっき層25を形成するためのシード膜として機能するものであり、無電解Cuめっき層形成部16において用いられるめっき液には、銅イオン源となる銅塩、例えば硫酸銅、硝酸銅、塩化銅、臭化銅、酸化銅、水酸化銅、ピロリン酸銅などが含まれている。まためっき液には、銅イオンの錯化剤および還元剤がさらに含まれている。まためっき液には、めっき反応の安定性や速度を向上させるための様々な添加剤が含まれていてもよい。
【0087】
このようにして無電解Cuめっき層24が形成された基板2は、基板搬送アーム11により、電解Cuめっき層形成部17へ送られる。なお、無電解Cuめっき層24が形成された基板2を焼きしめ部15に送って焼きしめた後、電解Cuめっき層形成部17へ送ってもよい。次に電解Cuめっき層形成部17において、基板2に対して電解Cuめっき処理が施され、基板2の凹部2a内に無電解Cuめっき層24をシード膜として電解Cuめっき層25が充てんされる(図3(f))。
【0088】
その後基板2は、めっき処理システム10から外方へ排出され、基板2の裏面側(凹部2aと反対側)が化学機械研磨される(図3(g))。
【0089】
以上のように本実施の形態によれば、基板2上に真空蒸着処理層2Aを形成することにより、真空蒸着処理層2Aが下地層として機能し、基板2表面を平滑化させることができる。このため真空蒸着処理層2A上に形成された密着層21と基板2との密着性を向上させ、このことにより基板2上にバリア膜として機能するめっき層積層体23あるいはシード膜として機能する無電解めっき層24と、基板2との密着性を高めることができる。このことにより、バリア膜として機能するめっき層積層体23あるいはシード膜として機能する無電解めっき層24が基板2から剥れることはない。
【0090】
ところで、上述のように基板2は凹部2aを有している。真空蒸着処理層形成部27において、真空蒸着処理を施した場合、図10(a)に示すように、真空蒸着処理層2Aが凹部2a内面全域に形成されることもあるが、真空蒸着処理層2Aが凹部2a内面全域まで届かず、真空蒸着処理層2Aが凹部2a外側の基板2外面および凹部2a内面の上部のみに形成されることがある(図10(b)参照)。あるいは、真空蒸着処理層2Aが凹部2a外側の基板2外面のみに形成されることもある(図示せず)。
【0091】
基板2の搬送中、基板2に対して外力が加わることがあり、このような外力は基板2の外側表面に加わることになる。図10(b)において、少なくとも基板2のうち凹部2a外側の基板2外面に、下地層としての真空蒸着処理層2Aが形成されている。このため、基板2の外側の外面に外力が加わったとしても、真空蒸着処理層2Aが、密着層21、めっき層積層体23および無電解Cuめっき層24と、基板2との密着性を向上させて、これら密着層21、めっき層積層体23および無電解Cuめっき層24が基板2から脱落したり剥離することを防止することができる。
【0092】
また本実施の形態によれば、バリア膜として機能するめっき層積層体23を、第1回目のめっき層の形成工程およびめっき層の焼きしめ工程により得られ第1めっき層23aと、第2回目のめっき層の形成工程およびめっき層の焼きしめ工程により得られた第2めっき層23bとから構成した。このため各々のめっき層23a、23bの焼きしめ時に生じる下地層との応力を小さく抑えて、下地層の密着性を向上させることができる。
【0093】
変形例
次に本発明の変形例について述べる。上記実施の形態において、Cu拡散防止膜(バリア膜)として機能するめっき層積層体23が、第1めっき層23aと第2めっき層23bとを有する例を示したが、これに限らずシート膜として機能する無電解Cuめっき層24を第1めっき層24aと第2めっき層24bとを有するめっき層積層体24から構成してもよい(図8)。
【0094】
この場合、無電解Cuめっき層24の第1めっき層24aは、無電解Cuめっき形成部16において第1回目のめっき層の形成工程により形成された後、めっき層焼きしめ部15において第1回目のめっき層の焼きしめ工程により焼きしめられる。また第2めっき層24bは無電解Cuめっき形成部16において第2回目のめっき層の形成工程により形成された後、めっき層焼きしめ部15において第2回目のめっき層の焼きしめ工程により焼きしめられる。このようにして第1めっき層24aと第2めっき層24bとを有し、電解Cuめっき層25のシード膜として機能するめっき層積層体24が得られる。
【0095】
また基板2上に形成された真空蒸着処理層2A上に密着層21と触媒吸着層22を設け、この触媒吸着層22上にバリア膜として機能するめっき層積層体23を設けた例を示したが、基板2上の真空蒸着処理層2A上に密着層21と触媒吸着層22を設けることなく、バリア膜として機能するめっき層積層体23を設けてもよい。
【0096】
またシード膜として機能する無電解Cuめっき層24の下方に、バリア膜として機能する第1めっき層23aと第2めっき層23bとを有するめっき層積層体23を設けた例を示したが、このめっき層積層体23の代わりにバリア膜として機能する単一層からなるめっき層23を設けてもよい。
【0097】
またシード膜として機能する無電解Cuめっき層24の下方に、必ずしもバリア膜として機能するめっき層積層体23を設ける必要はない。
【0098】
すなわち、図11に示すように、凹部2aを有する基板2上に真空蒸着処理層2Aを設けるとともに、真空蒸着処理層2A上に密着層21および触媒吸着層22を設け、触媒吸着層22上にバリア膜を設けることなく、触媒めっき作用によりシード膜としての無電解Cuめっき層24を設けてもよい。
【0099】
ここで図11図3(f)に対応する図であり、図11に示すように、基板2の凹部2a内に無電解Cuめっき層24をシード膜として電解Cuめっき層25が充てんされている。
【符号の説明】
【0100】
2 基板
2A 真空蒸着処理層
2a 凹部
10 めっき処理システム
11 基板搬送アーム
12 密着層形成部
13 触媒吸着層形成部
14 めっき層形成部
15 めっき層焼きしめ部
15A ホットプレート
15a 密閉ケーシング
15b 排気口
15c Nガス供給口
16 無電解Cuめっき層形成部
17 電解Cuめっき層形成部
18 カセットステーション
19 制御部
19A 記憶媒体
21 密着層
22 触媒吸着層
23 めっき層積層体
23a 第1めっき層
23b 第2めっき層
24 無電解Cuめっき層
25 電解Cuめっき層
27 真空蒸着処理層形成部
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11