(57)【要約】【課題】低気孔率、高圧損、かつ装置の構成部材として十分な厚みや強度を持った多孔質構造体を備え、例えば電解めっき装置に適用した場合に、特に大面積で、表面に薄く電気抵抗が大きな導電層が形成された基板であっても、多孔質構造体の内部にめっき液を入り込ませることで、表面に、膜厚の面内均一性のより高いめっき膜を形成できるようにする。【解決手段】陽極と陰極の一方の電極との接点を持つ被処理基板Ｗと、該被処理基板Ｗに対峙させた他方の電極との間に電解液を満たして被処理基板の電解処理を行う電解処理装置において、電解液の少なくとも一部に、1次粒子として内部に微細貫通孔を有する多孔質シリカ粒子を使用した多孔質シリカ構造体１１０を配置した。【選択図】図１５
2010116601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極の一方の電極との接点を持つ被処理基板と、該被処理基板に対峙させた他方の電極との間に電解液を満たして被処理基板の電解処理を行う電解処理装置において、
前記電解液の少なくとも一部に、1次粒子として内部に微細貫通孔を有する多孔質シリカ粒子を使用した多孔質シリカ構造体を配置したことを特徴とする電解処理装置。
【請求項２】
前記多孔質シリカ粒子の前記微細貫通孔の平均孔径が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電解処理装置。
【請求項３】
前記多孔質シリカ粒子の前記微細貫通孔がハニカム構造をなしていることを特徴とする請求項１または２に記載の電解処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウェーハ等の基板の表面（被処理面）に形成された微細配線パターンに銅等の金属を埋め込んで埋め込み配線を形成する電解めっき装置に使用される電解処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化、高速化、低消費電力化の進行に伴い、半導体装置内の配線についても、パターンの微細化が進むとともに、用いられる配線材料も従来のアルミニウムおよびその合金から銅およびその合金へと移り変わってきている。銅の抵抗率は、１．６７μΩcmとアルミニウム(２．６５μΩcm)よりも約３７％低い。このため、配線材料として銅を用いることにより、配線による電力の消費を抑えると同時に、同等の配線抵抗でもその分の微細化が可能であり、更に配線の低抵抗化により信号遅延も抑えることができる。
【０００３】
一方で、銅原子はシリコンや絶縁膜中を容易に移動し、半導体装置の特性を狂わせてしまう。このため、銅配線の周辺は、バリアメタルと呼ばれる保護層で被覆する必要がある。また配線全体をバリアメタルで被覆した構造を実現するために、配線の形状の溝（トレンチ）に配線材料（銅）を埋込むダマシン法が広く用いられている。ダマシン法では、バリアメタルとして、ＰＶＤ、ＣＶＤまたはＡＬＤで成膜されたＴｉ、ＴｉＮ、ＴａまたはＴａＮが広く用いられ、銅の埋め込みは、高速で成膜できる電解めっき法で行なうのが一般的である。
【０００４】
図１９は、銅配線基板Ｗの製造例を工程順に示す。先ず、図１９（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２やＬｏｗ−Ｋ材からなる絶縁膜（層間絶縁膜）２を堆積し、絶縁膜２の内部に、リソグラフィ・エッチング技術により、配線用凹部としてのコンタクトホール３とトレンチ４を形成する。そして、その上にＴａＮ等からなるバリアメタル５、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７を形成する。
【０００５】
そして、図１９（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、コンタクトホール３及びトレンチ４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅膜６、シード層７及びバリアメタル５を除去して、コンタクトホール３及びトレンチ４内に充填させた銅膜６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１９（ｃ）に示すように、絶縁膜２の内部に銅膜６からなる配線を形成する。
【０００６】
電解めっき法でトレンチ等の内部に銅を埋込む際には、抵抗の高いバリアメタル上に抵抗の低い給電層としてのシード層を形成し、シード層表面からめっき膜を成長させる。シード層（給電層）としては、ＰＶＤ法等により成膜した銅薄膜を用いるのが一般的であるが、配線の微細化に伴い、膜厚のより薄いシード層が求められている。このため、従来５０ｎｍ程度であったシード層の膜厚が、今後１０〜２０ｎｍ以下になることが予想される。
【０００７】
基板の表面に電解めっきを施すには、図２０に示すように、基板Ｗの表面に形成したシード層７（図１９参照）等の導電層の外周部にカソード２００を接触させ、基板Ｗと該基板Ｗに対向する位置に配置したアノード２０２との間にめっき液２０４を満たす。そして、カソード２００とアノード２０２との間に電源２０６によりめっき電流を流すことで、基板Ｗの導電層上にめっき膜を成膜する。
【０００８】
ＬＳＩ用の半導体ウェーハや液晶基板は、年々大面積となる傾向にあり、それに伴う弊害も生じてきた。つまり、大面積の基板Ｗの場合、基板Ｗの外周近傍のカソード２００から基板Ｗの中央までのシード層７等の導電層の電気抵抗（シート抵抗）が大きくなり、基板Ｗの面内で電位差が生じて、各部のめっき速度に差が生じてしまう。図２０は、代表的な電解めっきの等価回路を示しており、回路中には、以下のような抵抗成分が存在する。
【０００９】
Ｒ１：電源２０６とアノード２０２との間の電源線抵抗及び各種接触抵抗
Ｒ２：アノード２０２における分極抵抗
Ｒ３：めっき液２０４の抵抗
Ｒ４：カソード２００における分極抵抗
Ｒ５：導電層の抵抗（シート抵抗）
Ｒ６：カソード２００と電源２０６との間の電源線抵抗及び各種接触抵抗
【００１０】
図２０から明らかなように、導電層の抵抗Ｒ５が他の電気抵抗Ｒ１〜Ｒ４及びＲ６に比して大きくなると、この抵抗Ｒ５の両端に生じる電位差が大きくなり、それに伴ってめっき電流に差が生じる。このため、カソード２００から遠い位置ではめっき膜の成長速度が低下する。近年では基板が大きくなるに従って抵抗Ｒ５が大きくなるばかりでなく、半導体パターンの微細化に伴って導電層の膜厚が薄くなる、もしくは導電層がより抵抗の大きな材質に置き換わることによっても、抵抗Ｒ５が益々大きくなってきており、この現象が益々顕著に表れてきている。また、この事実は、基板Ｗの面内で電流密度が異なることを意味し、めっき膜の特性自体（めっき膜の抵抗率、純度、埋め込み特性など）が面内で均一とならない。
【００１１】
なお基板Ｗが陽極になる電解エッチングにおいても、電流方向が反対となるだけで同様の問題が生じる。例えば大口径のウェーハプロセスではウェーハ中央部のエッチング速度が周縁部に比して遅くなる。
【００１２】
このような欠点を防止するため、出願人らは、図２１に示すように、アノード２０２と基板Ｗの間に、めっき液２０４の電気伝導率よりも小さい電気伝導率の高抵抗構造体２０８を配置することを提案している（特許文献１参照）。このように構成すると、図２１に示すような等価回路となり、図２０に示す等価回路に比べて、高抵抗構造体２０８による抵抗Ｒｐが追加される。このため、高抵抗構造体２０８による抵抗Ｒｐが大きな値になると、（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒｐ＋Ｒ４）／（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒｐ＋Ｒ４＋Ｒ５）は１に近づき、抵抗Ｒ５、即ち導電層の抵抗成分（シート抵抗）の影響を受けにくくなる。
【００１３】
また、出願人は、極最近の基板の導電層の更なる高抵抗化に効果的に対応するため、高抵抗構造体２０８を多孔質構造体とし、その厚損、見掛気孔率、めっき液含浸時の電気抵抗、多孔質構造体の材質自体の抵抗率、多孔質構造体の材質などを詳細に規定している（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−４０９１号公報
【特許文献２】特開２００７−０７０７２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、現実的には多孔質構造体の製造が問題となっている。一般的な多孔質構造体開発の目的としては、高気孔率、高比表面積といった観点からのものが殆どで、特許文献２で規定するような、圧損の大きい、見掛気孔率の小さい多孔質材料というのは、その製造方法が未だ確立されていないのが実情である。
【００１５】
例えば、自動車の触媒に使われる多孔質構造体（多孔質材料）は、排気ガスをなるべく円滑に透過させ、かつ触媒を単位体積当りになるべく多く担持させたいため、低圧損、高気孔率、高比表面積という方向に開発が進んでいる。また、ろ過用のメンブレンとしては、フィルタリング（ふるい）の目的から、かなり小さい気孔サイズのものも開発されているが、液体を円滑に透過させるためにメンブレンの厚みを薄くし、かつ低圧損とする方向で開発が進められている。さらに、スポンジなどの樹脂材料では、保水性重視のため、やはり高気孔率の方向で開発されている。
【００１６】
これに対し、低気孔率、高圧損、かつ装置の構成部材として十分な厚みや強度を持った多孔質材料（多孔質構造体）は、開発が進んでおらず、未だに気孔分布の均一性や再現性、性能の径時変化などの点で多くの課題を残している。
【００１７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、低気孔率、高圧損、かつ装置の構成部材として十分な厚みや強度を持った多孔質構造体を備え、例えば電解めっき装置に適用した場合に、特に大面積で、表面に薄く電気抵抗が大きな導電層が形成された基板であっても、多孔質構造体の内部にめっき液を入り込ませることで、表面に、膜厚の面内均一性のより高いめっき膜を形成できるようにした電解処理装置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】
【００１８】
本発明の電解処理装置は、陽極と陰極の一方の電極との接点を持つ被処理基板と、該被処理基板に対峙させた他方の電極との間に電解液を満たして被処理基板の電解処理を行う電解処理装置において、前記電解液の少なくとも一部に、1次粒子として微細貫通孔を有する多孔質シリカ粒子を使用した多孔質シリカ構造体を配置したことを特徴とする。
【００１９】
本発明者は鋭意検討した結果、次のような知見を得た。すなわち、多孔質シリカに代表されるような、1次粒子として微細貫通孔を持つ多孔質シリカ粒子、例えば、平均孔径が１０ｎｍ以下のハニカム構造の微細貫通孔を有する多孔質シリカ粒子を使用し、この多孔質シリカ粒子を焼結もしくは押し固めた多孔質シリカ構造体は、焼結後もしくは押し固め後においてもその構造（ハニカム構造）を保っている。このため、この多孔質シリカ構造体を、低気孔率、高圧損、かつ装置の構成部材としての十分な厚みや強度を持った多孔質構造体に使用し、例えば電解めっき装置に適用した場合に、多孔質シリカ構造体の内部にめっき液を入り込ませることで、表面に、膜厚の面内均一性のより高いめっき膜を形成できるようにした電解処理装置を提供できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、低気孔率、高圧損、かつ装置の構成部材としての十分な厚みや強度を持った多孔質シリカ構造体を、例えば電解めっき装置に適用し、この多孔質シリカ構造体の内部にめっき液を入り込ませることで、基板の表面に形成された導電層の電気抵抗（シート抵抗）の影響をより小さくし、基板の表面における電場の状態を全面に亘ってより均一にして、大面積で、表面に薄く電気抵抗が大きな導電層が形成された基板であっても、基板（導電層）の表面に、膜厚の面内均一性の高いめっき膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態の電解処理装置について説明する。この実施の形態は、電解液としてめっき液を使用し、半導体ウェーハ等の基板の表面に電解銅めっきを施して、基板表面に設けた微細な配線用凹部に銅を埋込んで銅からなる配線を形成するようにした電解めっき装置に適用した例を示している。電解エッチング装置等、他の電解処理装置にも適用できることは勿論である。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態の電解めっき装置（電解処理装置）を備えた基板処理装置の全体配置図を示す。図１に示すように、この基板処理装置には、同一設備内に位置して、内部に複数の基板Ｗを収納する２基のロード・アンロード部１０と、電解めっき処理及びその付帯処理を行う２基の電解めっき装置（電解処理装置）１２と、ロード・アンロード部１０と電解めっき装置１２との間で基板Ｗの受渡しを行う搬送ロボット１４と、めっき液タンク１６を有するめっき液供給設備１８が備えられている。
【００２３】
電解めっき装置１２には、図２に示すように、めっき処理及びその付帯処理を行う基板処理部２０が備えられ、この基板処理部２０に隣接して、めっき液（電解液）を溜めるめっき液トレー２２が配置されている。また、回転軸２４を中心に揺動する揺動アーム２６の先端に保持されて基板処理部２０とめっき液トレー２２との間を移動する電極ヘッド２８を有する電極アーム部３０が備えられている。更に、基板処理部２０の側方に位置して、プレコート・回収アーム３２と、純水やイオン水等の薬液、または気体等を基板に向けて噴射する固定ノズル３４が配置されている。この実施の形態にあっては、３個の固定ノズル３４が備えられ、その内の１個を純水の供給用に用いている。
【００２４】
基板処理部２０には、図３に示すように、表面（被めっき面）を上向きにして基板Ｗを保持する基板保持部３６と、この基板保持部３６の上方に該基板保持部３６の周縁部を囲繞するように配置された電極部３８が備えられている。更に、基板保持部３６の周囲を囲繞して処理中に用いる各種薬液の飛散を防止する有底略円筒状の飛散防止カップ４０が、エアシリンダ（図示せず）を介して上下動自在に配置されている。
【００２５】
ここで、基板保持部３６は、エアシリンダ４４によって、下方の基板受渡し位置Ａと、上方のめっき位置Ｂと、これらの中間の前処理・洗浄位置Ｃとの間を昇降し、図示しない回転モータ及びベルトを介して、任意の加速度及び速度で電極部３８と一体に回転するように構成されている。この基板受渡し位置Ａに対向して、電解めっき装置１２のフレーム側面の搬送ロボット１４側には、基板搬出入口（図示せず）が設けられ、また基板保持部３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、基板保持部３６で保持された基板Ｗの周縁部に下記の電極部３８のシール材９０とカソード（第１の電極）８８が当接する。飛散防止カップ４０は、その上端が基板搬出入口下方に位置し、図３に仮想線で示すように、上昇した時に基板搬出入口を塞いで電極部３８の上方に達する。
【００２６】
めっき液トレー２２は、めっき処理を実施していない時に、電極アーム部３０の下記の多孔質シリカ構造体１１０及びアノード（第２の電極）９８をめっき液で湿潤させるためのもので、この多孔質シリカ構造体１１０が収容できる大きさに設定され、図示しないめっき液供給口とめっき液排水口を有している。また、フォトセンサがめっき液トレー２２に取付けられており、めっき液トレー２２内のめっき液の満水、即ちオーバーフローと排水の検出が可能になっている。
【００２７】
電極アーム部３０は、図示しないサーボモータからなる上下動モータとボールねじを介して上下動し、旋回モータを介して、めっき液トレー２２と基板処理部２０との間を電極ヘッド２８が移動するように旋回（揺動）する。
【００２８】
また、プレコート・回収アーム３２は、図４に示すように、上下方向に延びる支持軸５８の上端に連結されて、ロータリアクチュエータ６０を介して旋回（揺動）し、エアシリンダ（図示せず）を介して上下動するよう構成されている。このプレコート・回収アーム３２には、その自由端側にプレコート液吐出用のプレコートノズル６４が、基端側にめっき液回収用のめっき液回収ノズル６６がそれぞれ保持されている。そして、プレコートノズル６４は、例えばエアシリンダによって駆動するシリンジに接続されて、プレコート液がプレコートノズル６４から間欠的に吐出される。また、めっき液回収ノズル６６は、例えばシリンダポンプまたはアスピレータに接続されて、基板上のめっき液がめっき液回収ノズル６６から吸引される。
【００２９】
基板保持部３６は、図５乃至図７に示すように、円板状の基板ステージ６８を備え、この基板ステージ６８の周縁部の円周方向に沿った６カ所に、上面に基板Ｗを水平に載置して保持する支持腕７０が立設されている。この支持腕７０の１つの上端には、基板Ｗの端面に当接して位置決めする位置決め板７２が固着され、この位置決め板７２を固着した支持腕７０に対向する支持腕７０の上端には、基板Ｗの端面に当接し回動して基板Ｗを位置決め板７２側に押付ける押付け片７４が回動自在に支承されている。また、他の４個の支持腕７０の上端には、回動して基板Ｗをこの上方から下方に押付けるチャック爪７６が回動自在に支承されている。
【００３０】
ここで、押付け片７４及びチャック爪７６の下端は、コイルばね７８を介して下方に付勢した押圧棒８０の上端に連結されて、この押圧棒８０の下動に伴って押付け片７４及びチャック爪７６が内方に回動して閉じるようになっており、基板ステージ６８の下方には、押圧棒８０に下面に当接してこれを上方に押上げる支持板８２が配置されている。
【００３１】
これにより、基板保持部３６が図３に示す基板受渡し位置Ａに位置する時、押圧棒８０は支持板８２に当接し上方に押上げられて、押付け片７４及びチャック爪７６が外方に回動して開き、基板ステージ６８を上昇させると、押圧棒８０がコイルばね７８の弾性力で下降して、押付け片７４及びチャック爪７６が内方に回転して閉じる。
【００３２】
電極部３８は、図８及び図９に示すように、支持板８２（図７等参照）の周縁部に立設した支柱８４の上端に固着した環状の枠体８６と、この枠体８６の下面に内方に突出させて取付けた、この例では６分割されたカソード（第１の電極）８８と、このカソード８８の上方を覆うように枠体８６の上面に取付けた環状のシール材９０とを有している。このカソード（第１の電極）８８は、電解エッチングを行うときにはアノードとなる。シール材９０は、その内周縁部が内方に向け下方に傾斜し、かつ徐々に薄肉となって、内周端部が下方に垂下するように構成されている。
【００３３】
これにより、図３に示すように、基板保持部３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、この基板保持部３６で保持した基板Ｗの周縁部にカソード８８が押付けられて通電し、同時にシール材９０の内周端部が基板Ｗの周縁部上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板Ｗの上面（被めっき面）に供給されためっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止するとともに、めっき液がカソード８８を汚染することを防止する。
【００３４】
なお、この実施の形態において、電極部３８は、上下動不能で基板保持部３６と一体に回転するようになっているが、上下動自在で、下降した時にシール材９０が基板Ｗの被めっき面に圧接するように構成してもよい。
【００３５】
前記電極アーム部３０の電極ヘッド２８は、図１０及び図１１に示すように、揺動アーム２６の自由端にボールベアリング９２を介して連結した電極ホルダ９４と、この電極ホルダ９４の下端開口部を塞ぐように配置された多孔質シリカ構造体１１０とを有している。すなわち、電極ホルダ９４は、下方に開口した有底カップ状に形成され、この下部内周面には、凹状部９４ａが、多孔質シリカ構造体１１０の上部には、この凹状部９４ａに嵌合するフランジ部１１０ａがそれぞれ設けられ、このフランジ部１１０ａを凹状部９４ａに嵌入することで、電極ホルダ９４に多孔質シリカ構造体１１０が保持されている。これによって、電極ホルダ９４の内部に中空のめっき液室１００が区画形成されている。
【００３６】
この多孔質シリカ構造体１１０は、1次粒子として、内部に微細貫通孔を有する多孔質シリカ粒子、例えば、平均孔径が１０ｎｍ以下のハニカム構造の微細貫通孔を有する多孔質シリカ粒子を使用し、この多孔質シリカ粒子を焼成もしくは押し固めて構成されている。そのため、多孔質シリカ構造体１１０の気孔分布は、焼結温度や焼結温度の均熱性、原料の混合の均一性といった製造パラメータには依存せず、多孔質シリカ粒子自体の気孔分布がそのまま多孔質シリカ構造体１１０の気孔分布となり、多孔質シリカ構造体１１０は非常に均一な気孔分布を有する。多孔質シリカ粒子の代表的な例として、ＴＭＰＳＴＭ（太陽化学株式会社製）が挙げられる。ＴＭＰＳは、平均孔径が１．５〜７ｎｍの微細貫通孔が規則的に配列されたハニカム構造をなしている。また前記のような微細貫通孔を有するため高圧損である。このように、多孔質シリカ構造体１１０の内部にめっき液を含有させることで、つまり多孔質シリカ構造体１１０自体は絶縁体であるが、この内部にめっき液を複雑に入り込ませ、厚さ方向にかなり長い経路を辿らせることで、多孔質シリカ構造体がめっき液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有するように構成されている。
【００３７】
つまり、図１３（ａ）に示すように、1次粒子として、内部に、例えば平均孔径が１０ｎｍ以下の微細ハニカム構造の微細貫通孔３００を有する多孔質シリカからなる多孔質シリカ粒子３０２を使用し、図１３（ｂ）に示すように、この多孔質シリカ粒子３０２を焼成もしくは押し固めて多孔質シリカ構造体３０４を構成すると、多孔質シリカ構造体３０４は、例えば、完全焼結させた場合にも、多孔質シリカ粒子３０２が有する規則性の高い微細ハニカム構造を残して、つまり微細ハニカム構造の微細貫通孔３００を有する多孔質構造を維持する。そのため、流入熱量のコントロールや、熱分布、原料混合の均一性といった、制御が困難でかつ不均一の要因となるような製造パラメータが無く、したがって、多孔質シリカ構造体３０４は、非常に均一で且つ微細孔を内部に有する高厚損の多孔質構造体となる。
【００３８】
このため、例えば電解めっき装置に多孔質ハニカム構造体３０４を適用し、この多孔質シリカ構造体３０４の内部にめっき液を入り込ませることで、基板の表面に形成された導電層の電気抵抗（シート抵抗）の影響をより小さくし、基板の表面における電場の状態を全面に亘ってより均一にして、大面積で、表面に薄く電気抵抗が大きな導電層が形成された基板であっても、基板（導電層）の表面に、膜厚の面内均一性の高いめっき膜を形成することができる。
【００３９】
これに対して、低気孔率の多孔質構造体を、例えばアルミナやＳｉＣなどのセラミックスで作ろうとする場合、図１４（ａ）に示すように、内部に微細貫通孔のない原料粒子３０６を一次粒子として使用し、一般的には焼結時の流入熱量のコントロールにより、焼結の進行度をコントロールする必要がある。つまり、図１４（ａ）に示すように、焼結前の成形時点で原料粒子３０６同士が持つ隙間３０８を、図１４（ｂ）に示すように、焼結後の気孔（隙間）３１０とした多孔質構造体３１２とするためには、焼結が完全に進行して緻密体となってしまう前に焼結を停止させるように総熱量をコントロールする必要がある。この場合、熱の伝わり方により、場所によって焼結の進行度に差が生じてしまう。基本的には、多孔質構造体の外周部は中心部に比べて総熱量が多いため、外周部が緻密体に近く、中心部では高気孔率になる傾向がある。場合によっては、場所によって全く気孔（隙間）が無く、その結果、めっき装置に搭載しめっき処理を行う時に、全く電流が流れない領域ができてしまう。
【００４０】
また、均一性を乱す要因は、それだけではなく、成形時点での成形密度分布も大きく影響してくる。完全に緻密体にしてしまう場合には、成形密度分布は影響しないが、焼結を途中で止めて気孔を残す場合には、もとの成形密度分布が大きく影響してくる。そのため、通常のセラミックスを製造する程度の原料混合の均一性では成形密度分布が大きく、焼結後の均一な気孔分布を得ることはできない。
【００４１】
そして、この多孔質シリカ構造体１１０によって大きな抵抗を発生させることで、例え大面積で、表面に薄く電気抵抗が大きなシード層７（図１９参照）が形成された基板であっても、シード層７の抵抗の影響を無視できる程度となし、基板Ｗの表面の電気抵抗による電流密度の面内差を小さくして、めっき膜の面内均一性を向上させることができる。
【００４２】
前記めっき液室１００内には、多孔質シリカ構造体１１０の上方に位置して、内部に上下に貫通する多数の通孔９８ａを有するアノード（第２の電極）９８が配置されている。このアノード（第２の電極）９８は、電解エッチングの時はカソードとなる。そして、電極ホルダ９４には、めっき液室１００の内部へめっき液を供給するめっき液供給口４００と、めっき液室１００の内部のめっき液を吸引して排出するめっき液排出口１０３が設けられている。めっき液供給口４００は、めっき液供給設備１８（図１参照）から延びるめっき液供給管１０２に接続されている。さらに、めっき液排出口１０３は、めっき液供給設備１８（図１参照）から延びるめっき液排出管１０６に接続されている。更に、電極ホルダ９４の周壁内部には、アノード９８及び多孔質シリカ構造体１１０の側方に位置して上下に貫通するめっき液注入部１０４が設けられている。このめっき液注入部１０４は、この例では、下端をノズル形状としたチューブで構成され、めっき液供給設備１８（図１参照）から延びるめっき液供給管１０２に接続されている。
【００４３】
このめっき液注入部１０４は、基板保持部３６がめっき位置Ｂ（図３参照）にある時に、基板保持部３６で保持した基板Ｗと多孔質シリカ構造体１１０の隙間が、例えば０．５〜３ｍｍ程度となるまで電極ヘッド２８を下降させ、この状態で、アノード９８及び多孔質シリカ構造体１１０の側方から、基板Ｗと多孔質シリカ構造体１１０との間の領域にめっき液を注入するためのもので、シール材９０と多孔質シリカ構造体１１０に挟まれた領域で下端のノズル部が開口するようになっている。また、多孔質シリカ構造体１１０の外周部には、ここを電気的にシールドするゴム製のシールドリング１１２が装着されている。
【００４４】
このめっき液注入時には、めっき液注入部１０４から注入されためっき液は、図１２に示すように、基板Ｗの表面に沿って一方向に流れ、このめっき液の流れによって、基板Ｗと多孔質シリカ構造体１１０との間の領域の空気が外方に押し出されて外部に排出され、この領域がめっき液注入部１０４から注入された新鮮で組成が調整されためっき液で満たされて、基板Ｗとシール材９０で区画された領域に溜められる。
【００４５】
このように、アノード９８及び多孔質シリカ構造体１１０の側方から、基板Ｗと多孔質シリカ構造体１１０との間の領域にめっき液を注入することにより、多孔質シリカ構造体１１０の内部に、絶縁体からなる電解液供給チューブ等の電界分布を乱す要因となるものを設けることなく、めっき液の液張りを行うことができる。これによって、特に大面積の基板であっても、基板の表面全面に亘る電界分布をより均一にするとともに、めっき液を注入する際に、多孔質シリカ構造体１１０で保持しためっき液が多孔質シリカ構造体１１０から漏れてしまうことを防止して、基板保持部３６で保持した基板Ｗと多孔質シリカ構造体１１０が対向する領域内に新鮮で組成が調整されためっき液を供給することができる。
【００４６】
ここで、この電解めっき装置１２にあっては、液張り時に反応が起こり、この反応による影響によって、例えばめっき膜の埋込みが不能となったり、めっき膜の特性が部分的に変化したりすることがあり、これを防止するためには、めっき液を０．１〜１０ｍ／ｓｅｃの線速度で注入し、例えば３００ｍｍのウェーハにあっては、５秒以内に液張り完了することが望ましい。めっき液注入部１０４として、このような要求に満たすような任意の形状のものを使用することが好ましい。
【００４７】
ここで、アノード９８は、スライムの生成を抑制するため、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成されているが、不溶解の不溶性アノードを使用するようにしてもよい。
【００４８】
また、この例では、カソード（第１の電極）８８はめっき電源１１４の陰極に、アノード（第２の電極）９８はめっき電源１１４の陽極にそれぞれ電気的に接続されるが、電解エッチング装置として使用する場合には、第１の電極８８は電源の陽極に、第２の電極９８は電源の陰極にそれぞれ接続される。
【００４９】
そして、前述のように、めっき電源１１４を介して、第１の電極８８をカソード、第２の電極９８をアノードとなし、基板保持部３６がめっき位置Ｂ（図３参照）にある時に、基板保持部３６で保持した基板Ｗと多孔質シリカ構造体１１０との隙間が、例えば０．５〜３ｍｍ程度となるまで電極ヘッド２８を下降させる。この状態で、基板Ｗと多孔質シリカ構造体１１０との領域にめっき液注入部１０４からめっき液を注入してめっき液で満たし、このめっき液を基板Ｗとシール材９０で区画された領域に溜めてめっき処理を行う。
【００５０】
この例の電解めっき装置１２の等価回路を図１５に示す。図１５では、多孔質シリカ構造体１１０による抵抗Ｒｐ以外の抵抗は表記を省略している。
【００５１】
まず基板Ｗのシード層７（図１９参照）は、カソード（陰極）８８と接点で繋がる。そして、アノード（陽極）９８は、基板Ｗに対峙しており、アノード９８と基板Ｗの間はめっき液で満たされる。カソード８８はめっき電源１１４の陰極に、アノード９８は陽極に接続される。めっき液の一部には、1次粒子として内部に微細貫通孔を有する多孔質シリカ粒子を使用した多孔質シリカ構造体１１０が設けてある。この多孔質シリカ構造体１１０のめっき液を含浸させた状態での電気伝導率はめっき液の電気伝導率よりも小さい。このように、多孔質シリカ構造体１１０が用いることで、多孔質シリカ構造体１１０による抵抗Ｒｐを多孔質シリカ構造体１１０内の場所によらず一定となし、これによって、基板Ｗに対して均一なめっき処理を行うことができる。
【００５２】
ここで、この状態で、めっき液の代わりに電解エッチング液を使用し、電源１１４を介して、第１の電極８８をアノード、第２の電極９８をカソードとなすことで電解エッチングを行うことができる。
【００５３】
次に、前記実施の形態の電解めっき装置１２を備えた基板処理装置の操作について説明する。
先ず、ロード・アンロード部１０からめっき処理前の基板Ｗを搬送ロボット１４で取出し、表面（被めっき面）を上向きにした状態で、フレームの側面に設けられた基板搬出入口から一方の電解めっき装置１２の内部に搬送する。この時、基板保持部３６は、下方の基板受渡し位置Ａにあり、搬送ロボット１４は、そのハンドが基板ステージ６８の真上に到達した後に、ハンドを下降させることで、基板Ｗを支持腕７０上に載置する。そして、搬送ロボット１４のハンドを、前記基板搬出入口を通って退去させる。
【００５４】
搬送ロボット１４のハンドの退去が完了した後、飛散防止カップ４０を上昇させ、同時に基板受渡し位置Ａにあった基板保持部３６を前処理・洗浄位置Ｃに上昇させる。この時、この上昇に伴って、支持腕７０上に載置された基板は、位置決め板７２と押付け片７４で位置決めされ、チャック爪７６で確実に把持される。
【００５５】
一方、電極アーム部３０の電極ヘッド２８は、この時点ではめっき液トレー２２上の通常位置にあって、多孔質シリカ構造体１１０あるいはアノード（第２の電極）９８がめっき液トレー２２内に位置しており、この状態で飛散防止カップ４０の上昇と同時に、めっき液トレー２２及び電極ヘッド２８にめっき液の供給を開始する。そして、基板のめっき工程に移るまで、新しいめっき液を供給し、併せてめっき液排出管１０６を通じた吸引を行って、多孔質シリカ構造体１１０に含まれるめっき液の交換と泡抜きを行う。なお、飛散防止カップ４０の上昇が完了すると、フレーム側面の基板搬出入口は飛散防止カップ４０で塞がれて閉じ、フレーム内外の雰囲気が遮断状態となる。
【００５６】
飛散防止カップ４０が上昇するとプレコート処理に移る。即ち、基板Ｗを受取った基板保持部３６を回転させ、待避位置にあったプレコート・回収アーム３２を基板と対峙する位置へ移動させる。そして、基板保持部３６の回転速度が設定値に到達したところで、プレコート・回収アーム３２の先端に設けられたプレコートノズル６４から、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板の表面（被めっき面）に間欠的に吐出する。この時、基板保持部３６が回転しているため、プレコート液は基板Ｗの表面の全面に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置へ戻し、基板保持部３６の回転速度を増して、遠心力により基板Ｗの被めっき面のプレコート液を振り切って乾燥させる。
【００５７】
プレコート完了後にめっき処理に移る。先ず、基板保持部３６を、この回転を停止、若しくは回転速度をめっき時速度まで低下させた状態で、めっきを施すめっき位置Ｂまで上昇させる。すると、基板Ｗの周縁部は、カソード（第１の電極）８８に接触して通電可能な状態となり、同時に基板Ｗの周縁部上面にシール材９０が圧接して、基板Ｗの周縁部が水密的にシールされる。
【００５８】
一方、搬入された基板Ｗのプレコート処理が完了したという信号に基づいて、電極アーム部３０をめっき液トレー２２上方からめっき処理を施す位置の上方に電極ヘッド２８が位置するように水平方向に旋回させ、しかる後、電極ヘッド２８を電極部３８に向かって下降させる。この時、多孔質シリカ構造体１１０を基板Ｗの表面に接触することなく、０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度に近接した位置とする。電極ヘッド２８の下降が完了した時点で、カソード８８とアノード９８との間にめっき電源１１４を投入し、めっき液注入部１０４から基板Ｗと多孔質シリカ構造体１１０との間の領域にめっき液を注入して該領域をめっき液で満たし、これによって、基板Ｗの表面（被めっき面）にめっき処理を施す。
【００５９】
めっき処理が完了すると、電極アーム部３０を上昇させ旋回させてめっき液トレー２２上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置から基板Ｗに対峙する位置へ移動させて下降させ、めっき液回収ノズル６６から基板Ｗ上のめっき液の残液を回収する。この残液の回収が終了した後、プレコート・回収アーム３２を待避位置へ戻し、基板めっき面のリンスのために、純水用の固定ノズル３４から基板Ｗの中央部に純水を吐出し、同時に基板保持部３６をスピードを増して回転させて基板Ｗの表面のめっき液を純水に置換する。このように、基板Ｗのリンスを行うことで、基板保持部３６をめっき位置Ｂから下降させる際に、めっき液が跳ねて、電極部３８のカソード８８が汚染されることが防止される。
【００６０】
リンス終了後に水洗工程に入る。即ち、基板保持部３６をめっき位置Ｂから前処理・洗浄位置Ｃへ下降させ、純水用の固定ノズル３４から純水を供給しつつ基板保持部３６及び電極部３８を回転させて水洗を実施する。この時、電極部３８に直接供給した純水、又は基板Ｗの面から飛散した純水によってシール材９０及びカソード（第１の電極）８８も基板Ｗと同時に洗浄することができる。
【００６１】
水洗完了後にドライ工程に入る。即ち、固定ノズル３４からの純水の供給を停止し、更に基板保持部３６及び電極部３８の回転スピードを増して、遠心力により基板表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シール材９０及びカソード８８も乾燥される。ドライ工程が完了すると基板保持部３６及び電極部３８の回転を停止させ、基板保持部３６を基板受渡し位置Ａまで下降させる。すると、チャック爪７６による基板Ｗの把持が解かれ、基板Ｗは、支持腕７０の上面に載置された状態となる。これと同時に、飛散防止カップ４０も下降させる。
【００６２】
以上でめっき処理及びそれに付帯する前処理や洗浄・乾燥工程の全て工程を終了し、搬送ロボット１４は、そのハンドを基板搬出入口から基板Ｗの下方に挿入し、そのまま上昇させることで、基板保持部３６から処理後の基板Ｗを受取る。そして、搬送ロボット１４は、この基板保持部３６から受取った処理後の基板Ｗをロード・アンロード部１０に戻す。
【００６３】
この実施の形態では、電解めっきについて説明したが、電流方向を逆転させれば、つまり、この装置をそのまま用い、電源の極性を反転させることで電解エッチングが可能であり、この場合、エッチングの均一性を向上させることができる。ＬＳＩにおける銅配線用のめっきプロセスでは、めっきプロセスの前後に逆電解をかけて電解エッチングを行うことが知られており、例えば、この装置を使用し、２０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で７．５秒めっきを施して５０ｎｍの銅めっき膜を形成し、電源の極性を反転させ、５ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で２０秒エッチングを施して、３３ｎｍの銅めっき膜をエッチングし、しかる後、最終めっきを施すことで、均一にエッチングが行われて埋込み特性が向上することが確かめられている。
【００６４】
図１６は、それぞれ異なる電極ヘッドの変形例を示す。すなわち、図１６（ａ）は、前述のめっき液供給管１０２（図１０参照）に接続されて、めっき位置にある基板Ｗと多孔質シリカ構造体１１０で挟まれた領域にめっき液を注入するめっき液注入部１０４として、下部が矩形状に内方に屈曲したものを使用して、めっき液を基板Ｗの直径方向の内方に向けて噴出させて、多孔質シリカ構造体１１０の外周面に衝突させるようにした例を示す。また、図１６（ｂ）は、めっき液注入部１０４を、多孔質シリカ構造体１１０の側方に、内方に向け下方に傾斜させて配置し、このめっき液注入部１０４から噴出されるめっき液で該めっき液の一方向に向けた流れを積極的に作り出すようにした例を示す。
【００６５】
図１７は、本発明の他の実施の形態の電解めっき装置に適用した電解処理装置を示す。この電解めっき装置は、前記の図１乃至図１２（主に図１１）に示す実施の形態の電解めっき装置に下記の構成を付加したものである。
【００６６】
即ち、電極ホルダ９４には、基板Ｗを挟んで対向する位置に位置して、基板Ｗと多孔質シリカ構造体１１０との間に注入されためっき液を吸引するめっき液吸引部１３０がアノード９８及び多孔質シリカ構造体１１０の側方に位置して設けられている。そして、めっき液タンク１６（図１参照）には、内部に吐出側ポンプ１３２とフィルタ１３４を設置しためっき液供給ライン１３６の一端が接続され、このめっき液供給ライン１３６の他端はめっき液注入部１０４に接続されている。更に、めっき液タンク１６には、内部に吸引側ポンプ１３８を設置しためっき液排出ライン１４０の一端が接続され、このめっき液排出ライン１４０の他端はめっき液吸引部１３０に接続されている。これによって、ポンプ１３２，１３８の駆動に伴って、めっき液タンク１６内のめっき液が基板Ｗと多孔質シリカ構造体１１０とが対面する領域に供給され、この基板Ｗと多孔質シリカ構造体１１０とが対面する領域に供給されて基板Ｗとシール材９０で区画された領域に溜められためっき液が再びめっき液タンク１６に戻されるめっき液循環系１４２が構成されている。
【００６７】
この例によれば、前述の実施の形態とほぼ同様に、基板保持部３６がめっき位置Ｂ（図３参照）にある時に、基板保持部３６で保持した基板Ｗと多孔質シリカ構造体１１０との隙間が、例えば０．５〜３ｍｍ程度となるまで電極ヘッド２８を下降させ、この状態で、基板Ｗと多孔質シリカ構造体１１０との領域にめっき液注入部１０４からめっき液を注入して該領域をめっき液で満たしつつ基板Ｗとシール材９０で区画された領域にめっき液を溜め、このめっき液をめっき液吸引部１３０から吸引して、つまり図１８に示すように、基板Ｗと多孔質シリカ構造体１１０との間の領域を一方向に流れるめっき液で満たしながら、基板Ｗの表面（下面）にめっきを施す。
【００６８】
このように、この例によれば、多孔質シリカ構造体１１０の内部に、絶縁体からなる電解液供給チューブ等の電界分布を乱す要因となるものを設ける必要をなくして、基板Ｗの全表面に亘る電界分布をより均一にするとともに、めっき液を注入する際に、多孔質シリカ構造体１１０で保持しためっき液が多孔質シリカ構造体１１０から漏れてしまうことを防止することができる。更に、基板保持部３６で保持した基板Ｗと多孔質シリカ構造体１１０で挟まれた領域内に該多孔質シリカ構造体１１０の側方からめっき液を注入して循環させ、基板Ｗと多孔質シリカ構造体１１０との間を常にめっき液が流れるようにすることで、例えば電解めっきを行うときに、めっき液流れが止まってめっき膜が成膜されないめっき欠陥の発生を防止し、しかも基板を必要に応じて回転させることで、基板Ｗの中心部と周縁部をめっき液がより均一な速度で流れるようにすることができる。
【００６９】
更に、この例では、前述のようにして循環させて使用されるめっき液中の溶存気体を除去する脱気装置が備えられている。すなわち、めっき液タンク１６には、循環ポンプ１４１の駆動に伴ってめっき液タンク１６内のめっき液を循環させる補助循環系路１４４が付設され、この補助循環系路１４４内に脱気装置１４６が設置されている。このように、脱気装置１４６で脱気した後のめっき液を循環させてめっき処理に使用することで、めっき液中の溶存気体がめっき液の注入に伴って気泡となってめっき液中に混入し、めっき液中に残ってしまうことを防止することができる。
【００７０】
なお、このことは、前述の各実施の形態における基板と多孔質構造体の間に注入されてめっき処理に使用されるめっき液においても同様である。
【００７１】
上記の例では、銅めっきを行う電解銅めっき装置に適用した例を示しているが、銅の他に、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｈｇ，Ｔｌ，ＰｂまたはＢｉ、またはこれらの合金の電解めっきに適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態の電解めっき装置（電解処理装置）を備えた基板処理装置の全体を示す平面図である。
【図２】図１に示す電解めっき装置の平面図である。
【図３】図１に示す電解めっき装置の基板保持部及び電極部の拡大断面図である。
【図４】図１に示す電解めっき装置のプレコート・回収アームを示す正面図である。
【図５】図１に示す電解めっき装置の基板保持部の平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】図５のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】図１に示す電解めっき装置の電極部の平面図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１０】図１に示す電解めっき装置の電極アーム部の平面図である。
【図１１】図１に示す電解めっき装置の電極ヘッド及び基板保持部を概略的に示す電解めっき時における断面図である。
【図１２】図１に示す電解めっき装置におけるめっき処理時の基板とシール材と電解液注入部との位置関係を示す図である。
【図１３】1次粒子として微細貫通孔を有する多孔質シリカからなる多孔質シリカ粒子を使用して多孔質シリカ構造体を構成する例を示す図である。
【図１４】アルミナやＳｉＣなどのセラミックスで低気孔率の多孔質構造体を構成する例を示す図である。
【図１５】図１に電解めっき装置の等価回路図である。
【図１６】電極ヘッドのそれぞれ異なる変形例を示す図である。
【図１７】本発明の他の実施の形態の電解めっき装置（電解処理装置）の要部をめっき液（電解液）循環系とともに示す図である。
【図１８】図１７に示す電解めっき装置におけるめっき処理時の基板、シール材、電解液注入部及び電解液吸引部の位置関係を示す図である。
【図１９】めっき処理によって銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【図２０】従来の電解めっき装置の等価回路図である。
【図２１】従来の高抵抗構造体を用いた電解めっき装置の等価回路図である。
【符号の説明】
【００７３】
７  シード層（導電層）
１０  ロード・アンロード部
１２  電解めっき装置（電解処理装置）
１６  めっき液タンク
１８  めっき液供給設備
２０  基板処理部
２８  電極ヘッド
３０  電極アーム部
３６  基板保持部
３８  電極部
６８  基板ステージ
７０  支持腕
７６  チャック爪
８０  押圧棒
８８  カソード（第１の電極）
９０  シール材
９４  電極ホルダ
９８  アノード（第２の電極）
１０２  めっき液供給管
１０４  めっき液注入部
１０６  めっき液排出管
１１０  多孔質シリカ構造体
１１２  シールドリング
１１４  電源
１３０  めっき液吸引部
１３６  めっき液供給ライン
１４０  めっき液排出ライン
１４２  めっき液循環系
１４４  補助循環系路
１４６  脱気装置
３００  微細貫通孔
３０２  多孔質シリカ粒子
３０４  多孔質シリカ構造体
【図１】
2010116601.tif 000003
【図２】
2010116601.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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