(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と該基板に対して略平行に近接配置されたアノードで構成されるめっき空間に金属イオンおよび添加剤を含有するめっき液を満たして初期めっきを行い、
前記めっき空間内のめっき液を添加剤濃度が低いめっき液に入れ替えて中後期めっきを行うことを特徴とする基板の電解めっき方法。
【請求項２】
基板と該基板に対して略平行に近接配置されたアノードで構成されるめっき空間に金属イオンおよび添加剤を含有するめっき液を満たして初期めっきを行い、
前記めっき空間に前記めっき液とは異なる濃度の添加剤を含む溶液またはめっき液を導入し該めっき空間内のめっき液添加剤濃度を変化させて中後期めっきを行うことを特徴とする基板の電解めっき方法。
【請求項３】
カソードから給電可能な基板保持部と、
基板に略平行に配置されたアノードと、
基板とアノードで構成されるめっき空間に回分的にめっき液を導入する手段と、
前記めっき空間へ前記めっき液とは異なる添加剤濃度に調整した液を導入する手段を備えたことを特徴とする基板の電解めっき装置。
【請求項４】
前記めっき空間内にめっき液含浸材を配置したことを特徴とする請求項３記載の基板の電解めっき装置。
【請求項５】
前記めっき空間内のめっき液温度を調整する手段を備えたことを特徴とする請求項３または４記載の基板の電解めっき装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の電解めっき方法及び電解めっき装置に係り、特に半導体基板に形成された微細配線パターン（窪み）に銅（Ｃｕ）等の金属を充填する等の用途の基板の電解めっき方法及び電解めっき装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板上に配線回路を形成するための材料としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金が一般に用いられているが、集積度の向上に伴い、より伝導率の高い材料を配線材料に採用することが要求されている。このため、基板にめっき処理を施して、基板に形成された配線パターンに銅またはその合金を充填する方法が提案されている。
【０００３】
これは、配線パターンに銅またはその合金を充填する方法としては、ＣＶＤ（化学的蒸着）やスパッタリング等各種の方法が知られているが、金属層の材質が銅またはその合金である場合、即ち、銅配線を形成する場合には、ＣＶＤではコストが高く、またスパッタリングでは高アスペクト（パターンの深さの比が幅に比べて大きい）の場合に埋込みが不可能である等の短所を有しており、めっきによる方法が最も有効だからである。
【０００４】
半導体基板上に銅めっきを施す方法としては、カップ式やディップ式のようにめっき槽に常時めっき液を張ってそこに基板を浸す方法と、めっき槽に基板が供給された時にのみめっき液を張る方法、また、電位差をかけていわゆる電解めっきを行う方法と、電位差をかけない無電解めっきを行う方法など、種々の方法がある。
【０００５】
ここで、めっき液として硫酸銅めっき液を使用した電解銅めっきで微細配線パターンに銅の埋め込みを行うためには、均一電着性及びレベリング性の高いめっきプロセスを実現する必要があり、そのため、めっき液に添加剤と呼ばれる化合物を加えることが一般に行われている。
この添加剤としては、
▲１▼  めっき面の随所に結晶核を生成させて析出粒子の微細化を促進するキャリアと呼ばれる硫黄化合物、
▲２▼  銅析出の過電圧を高めて均一電着性を向上させるポリマ、
▲３▼  めっきが成長しやすい凸部に吸着し過電圧を増加させて凸部の析出を遅らせることにより平坦なめっきを可能とするレベラと呼ばれる窒素化合物、
が一般に使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、添加剤を調整して均一電着性とレベリング性を高めためっき液を使用した電解銅めっきで微細配線パターン内への銅の埋込みを行うと、基板上の配線部の膜厚が非配線部の膜厚に比べて厚くなる現象が生じる。このように、膜厚にばらつきが生じると、配線部の銅の埋込み自体においては問題とはならないが、めっきの後段プロセスであるＣＭＰ（化学機械研磨）工程における平坦化が極めて困難になってしまう。
【０００７】
本発明は上記に鑑みて為されたもので、均一電着性及びレベリング性が高いめっき液を使用して微細配線パターン内への銅の埋込みを達成でき、しかも配線部と非配線部でめっき膜厚がほぼ等しくなって、ＣＭＰが容易な基板のめっき方法及びめっき装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板と該基板に対して略平行に近接配置されたアノードで構成されるめっき空間に金属イオンおよび添加剤を含有するめっき液を満たして初期めっきを行い、前記めっき空間内のめっき液を添加剤濃度が低いめっき液に入れ替えて中後期めっきを行うことを特徴とする基板の電解めっき方法である。
【０００９】
基板のめっきを行う過程で、基板とアノードで構成されるめっき空間のめっき液に含有される添加剤濃度は、析出する金属膜内への添加剤の取り込み、アノードにおける酸化分解などにより、めっき進行に伴って徐々に低下する。この濃度の変化は、▲１▼近接めっきであってめっき空間のめっき液量そのものが少ない場合、▲２▼めっき空間内へのめっき液の導入がめっき前のみに行われ、めっき中は行われない場合（回分導入）、▲３▼めっき液がめっき処理過程で間欠的に導入される場合、などでより大きくなる。更に、めっき処理中に、めっき空間内に別の液導入手段により異なる濃度の添加剤を含む溶液又はめっき液を別途導入する場合には、濃度変化が更に大きくなる。
このように、めっき処理中におけるめっき空間内のめっき液添加剤濃度を変化させることで、配線部と非配線部のめっき膜厚のばらつきが是正される。
【００１０】
めっき処理中におけるめっき空間内のめっき液添加剤濃度を変化させると、どのような原理機構で配線部と非配線部の膜厚差が是正されるかのメカニズムは必ずしも明らかでないが、概して添加剤濃度がめっき処理過程で低下する場合や、特定の添加剤濃度、特にキャリアが高く設定される時、或いは添加剤成分が添加剤の吸着除去などにより、大きく低下する場合に膜厚差が是正される傾向にある。また、問題となっている膜厚差は、配線溝部の埋込みがほぼ完了した後のめっき中後期において発生すると考えられる。従って、配線溝部を埋め込むめっき初期に比べて、中後期の添加剤濃度を変化させることが膜厚差の是正により有効である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、基板と該基板に対して略平行に近接配置されたアノードで構成されるめっき空間に金属イオンおよび添加剤を含有するめっき液を満たして初期めっきを行い、前記めっき空間に前記めっき液とは異なる濃度の添加剤を含む溶液またはめっき液を導入し該めっき空間内のめっき液添加剤濃度を変化させて中後期めっきを行うことを特徴とする基板の電解めっき方法である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、カソードから給電可能な基板保持部と、基板に略平行に配置されたアノードと、基板とアノードで構成されるめっき空間に回分的にめっき液を導入する手段と、前記めっき空間へ前記めっき液とは異なる添加剤濃度に調整した液を導入する手段を備えたことを特徴とする基板の電解めっき装置である。これにより、基板とアノードで構成されるめっき空間内のめっき液添加剤濃度を変化させながら、めっき処理を施すことができる。
【００１４】
また、めっき液とは異なる添加剤濃度に調整した液（溶液またはめっき液）を介して、めっき処理中における基板とアノードで構成されるめっき空間内のめっき液添加剤濃度の変化を任意に設定することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記めっき空間内にめっき液含浸材を配置したことを特徴とする請求項３記載の基板の電解めっき装置である。これにより、めっき液含浸材で添加剤中の特定成分、例えばレベラーを吸着除去することができ、この場合、めっき空間内のめっき液中のレベラー濃度を下げるときに有効である。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記めっき空間内のめっき液温度を調整可能な手段を備えたことを特徴とする請求項３または４記載の基板の電解めっき装置である。これにより、吸着反応は温度依存性が高いので、一般にめっき液の温度を高めることで、めっき液含浸材の吸着容量を増加させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。この実施の形態の基板めっき装置は、半導体基板の表面に電解銅めっきを施して、銅層からなる配線が形成された半導体装置を得るのに使用される。このめっき工程を図１を参照して説明する。
【００１８】
半導体基板Ｗには、図１（ａ）に示すように半導体素子が形成された半導体基板１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる絶縁膜２が堆積され、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４が形成され、その上にＴｉＮ等からなるバリア層５、更にその上に電解めっきの給電層としてのシード層７が形成されている。
【００１９】
そして、図１（ｂ）に示すように、前記半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基板１のコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜２上に銅層６を堆積させる。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅層６を除去して、コンタクトホール３および配線用の溝４に充填させた銅層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１（ｃ）に示すように銅層６からなる配線が形成される。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態の基板のめっき装置の全体を示す平面図で、図２に示すように、このめっき装置には、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、めっき処理及びその付帯処理を行う２基のめっきユニット１２と、ロード・アンロード部１０とめっきユニット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。
【００２１】
なお、この実施の形態に使用されるめっき液には、キャリアとしてチオ尿素やアクリルチオ尿素などの硫黄を含有する成分が、ポリマとしてポリエーテルやポリエチレングリコール及びそれらの誘導体等から構成される成分が、レベラとしてポリアミンのような正電荷をもった窒素化合物などが添加剤として含有されているが、これらに限定されるものではないことは勿論である。
【００２２】
前記めっきユニット１２には、図３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前記基板処理部２０とめっき液トレー２２との間を揺動する電極部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、更に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。
【００２３】
前記基板処理部２０には、図４及び図５に示すように、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カソード部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カップ４０が、エアシリンダ４２を介して上下動自在に配置されている。
【００２４】
ここで、前記基板保持部３６は、図５に示すように、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、回転モータ４６及びベルト４８（図４参照）を介して、任意の加速度及び速度で前記カソード部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、めっきユニット１２のフレーム側面の搬送ロボット１４側には、図７に示すように、基板搬出入口５０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の周縁部に下記のカソード部３８のシール材９０とカソード電極８８が当接するようになっている。一方、前記カップ４０は、その上端が前記基板搬出入口５０の下方に位置し、図５に仮想線で示すように、上昇した時に前記基板搬出入口５０を塞いでカソード部３８の上方に達するようになっている。
【００２５】
前記めっき液トレー２２は、めっきを実施していない時に、電極アーム部３０の下記のめっき液含浸材１１０及びアノード９８をめっき液で湿潤させるためのもので、図６に示すように、このめっき液含浸材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に取り付けられており、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。めっき液トレー２２の底板は着脱が可能であり、めっき液トレーの周辺には、図示しない局所排気口が設置されている。
【００２６】
前記電極アーム部３０は、図８及び図９に示すように、上下動モータ５４と図示しないボールねじを介して上下動し、旋回モータ５６を介して、前記めっき液トレー２２と基板処理部２０との間を旋回（揺動）するようになっている。
【００２７】
また、プレコート・回収アーム３２は、図１０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６２（図７参照）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、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から吸引されるようになっている。
【００２８】
前記基板保持部３６は、図１１乃至図１３に示すように、円板状のステージ６８を備え、このステージ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。
【００２９】
ここで、前記押付け片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、ステージ６８の下方には前記押圧棒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。
【００３０】
これにより、基板保持部３６が図５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、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ようになっている。
【００３１】
前記カソード部３８は、図１４及び図１５に示すように、前記支持板８２（図５及び図１３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電極８８と、このカソード電極８８の上方を覆うように前記枠体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。
【００３２】
これにより、図５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電極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電極８８を汚染することを防止するようになっている。
【００３３】
なお、この実施の形態において、カソード部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良い。
【００３４】
前記電極アーム部３０の電極部２８は、図１６乃至図２０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を介して連結したハウジング９４と、このハウジング９４の周囲を囲繞する中空の支持枠９６と、前記ハウジング９４と支持枠９６で周縁部を狭持して固定したアノード９８とを有し、このアノード９８は、前記ハウジング９４の開口部を覆って、ハウジング９４の内部に吸引室１００が形成されている。この吸引室１００の内部には、めっき液供給設備１８（図２参照）から延びるめっき液供給管１０２に接続され直径方向に延びるめっき液導入管１０４がアノード９８の上面に当接して配置され、更に、ハウジング９４には、吸引室１００に連通するめっき液排出管１０６が接続されている。ここで、前記めっき液供給管１０２には、めっき液の注入量を調整する、例えば流量調整器などのめっき液使用量調整手段が設けられている。
【００３５】
前記めっき液導入管１０４は、マニホールド構造とすると被めっき面に均一なめっき液を供給するのに有効である。即ち、その長手方向に連続して延びるめっき液導入路１０４ａと該導入路１０４ａに沿った所定のピッチで、下方に連通する複数のめっき液導入口１０４ｂが設けられ、また、アノード９８の該めっき液導入口１０４ｂに対応する位置に、めっき液注入孔９８ａが設けられている。更に、アノード９８には、その全面に亘って上下に連通する多数の通孔９８ｂが設けられている。これにより、めっき液供給管１０２からめっき液導入管１０４に導入されためっき液は、めっき液導入口１０４ｂ及びめっき液注入孔９８ａからアノード９８と基板Ｗで構成されためっき空間９９（図１７参照）に達し、まためっき液排出管１０６を吸引することで、アノード９８と基板Ｗで構成されためっき空間９９内のめっき液は、通孔９８ｂから吸引室１００を通過して該めっき液排出管１０６から排出されるようになっている。
【００３６】
更に、ハウジング９４には、アノード９８と基板Ｗで構成されためっき空間９９内に、めっき液とは異なる濃度の添加剤を含む溶液またはめっき液を別途導入する液供給管１２０が接続されている。これにより、めっき処理中に、この液供給管１２０から異なる添加剤濃度に調整した溶液またはめっき液をめっき空間９９内に導入することで、めっき空間９９内のめっき液添加剤濃度の変化を任意に設定することができるようになっている。
【００３７】
ここで、前記アノード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。このように、アノード９８に含リン銅を使用すると、めっきの進行に伴ってアノード９８の表面にブラックフィルムと呼ばれる黒膜が形成される。このブラックフィルムは、リンやＣｌを含むＣｕ＋錯体で、Ｃｕ２Ｃｌ２・Ｃｕ２Ｏ・Ｃｕ３Ｐ等で構成されるものである。このブラックフィルムの形成により銅の不均化反応が抑制されるので、ブラックフィルムをアノード９８に表面に安定して形成することは、めっきを安定化させる上で重要であるが、これが乾燥してアノード９８から脱落したり、酸化すると、パーティクルの原因となるばかりでなく、めっきの組成が変化してしまう。
【００３８】
そこで、この実施の形態にあっては、アノード９８の下面に該アノード９８の全面を覆う保水性材料からなるめっき液含浸材１１０を取付け、このめっき液含浸材１１０にめっき液を含ませて、アノード９８の表面を湿潤させることで、ブラックフィルムの基板のめっき面への乾燥による脱落及び酸化を防止し、同時に基板のめっき面とアノード９８との間のめっき空間９９内にめっき液を注入する際に、空気を外部に抜きやすくしている。また、このように、アノード９８にめっき液含浸材１１０を取付け、基板Ｗの被めっき面とアノード９８との間のめっき空間９９内に注入するめっき液に接触させることで、めっき液含浸材１１０で添加剤中の特定成分、例えばレベラーを吸着除去することができる。この場合、めっき空間内のめっき液中のレベラー濃度を下げるときに有効である。
【００３９】
このめっき液含浸材１１０は、保水性と透過性を有し、高濃度の硫酸を含む酸性めっき液に対して耐久性があり、しかも硫酸溶液中での不純物の溶出がめっき性能（成膜速度、比抵抗、パターン埋込み性）に悪影響を及ぼさないよう、例えばポリプロピレン製の繊維からなる織布で構成されている。なお、めっき液含浸材１１０の材料としては、ポリプロピレンの他にポリエチレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、テフロン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン及びこれらの誘導体が挙げられ、また織布の代わりに不織布またはスポンジ状の構造体であっても良い。更に、アルミナや炭化珪素等からなるポーラスセラミックス、ポリウレタンやポリエステル等の焼結体であっても良い。
【００４０】
即ち、下端に頭部を有する多数の固定ピン１１２を、この頭部をめっき液含浸材１１０の内部に上方に脱出不能に収納し軸部をアノード９８の内部を貫通させて配置し、この固定ピン１１２をＵ字状の板ばね１１４を介して上方に付勢させることで、アノード９８の下面にめっき液含浸材１１０を板ばね１１４の弾性力を介して密着させて取付けている。このように構成することにより、めっきの進行に伴って、アノード９８の肉厚が徐々に薄くなっても、アノード９８の下面にめっき液含浸材１１０を確実に密着させることができる。
【００４１】
なお、アノードの上面側から、例えば径が２ｍｍ程度の円柱状のＰＶＣ（塩ビ）またはＰＥＴ製のピンをアノードを貫通させて配置し、アノード下面に現れた該ピンの先端面に接着剤を付けてめっき液含浸材と接着固定するようにしても良い。また、めっき液含浸材がセラミックス等の硬い材料である場合は、めっき液含浸材を固定するための固定ピン等を設ける必要はなく、めっき液含浸材を保持具に固定して、この保持具の上にアノードを載置しても良い。更に、アノードとめっき液含浸材とを密着させる必要はなく、その間にめっき液を保持するようにしても良い。
【００４２】
そして、基板保持部３６がめっき位置Ｂ（図５参照）にある時に、基板保持部３６で保持された基板Ｗとめっき液含浸材１１０との隙間が、例えば０．５〜３ｍｍ程度となるまで前記電極部２８を下降させ、この状態で、めっき液供給管１０２からめっき液を供給して、めっき液含浸材１１０にめっき液を含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード９８との間のめっき空間９９をめっき液で満たし、これによって、基板Ｗの被めっき面にめっきを施す。
【００４３】
なお、図４に示すように、カソード部３８を支持する支柱８４の外方にストッパ棒１１６が立設され、このストッパ棒１１６の上面に支持枠９６の周囲に設けた突出部９６ａを当接させることで、電極部２８の下降が規制されるようになっている。
【００４４】
次に、この実施の形態のめっき装置の動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、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５０から一方のめっきユニット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５０を通って退去させる。
【００４５】
搬送ロボット１４のハンドの退去が完了した後、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。
【００４６】
一方、電極アーム部３０の電極部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、めっき液含浸材１１０あるいはアノード９８がめっき液トレー２２内に位置しており、この状態でカップ４０の上昇と同時に、めっき液トレー２２及び電極部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、めっき液含浸材１１０に含まれるめっき液の交換と泡抜きを行う。なお、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５０はカップ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。
【００４７】
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を受け取った基板保持部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の被めっき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。
【００４８】
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。
【００４９】
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上方からめっきを施す位置の上方に電極部２８が位置するように水平方向に旋回させ、この位置に到達した後に、電極部２８をカソード部３８に向かって下降させる。この時、めっき液含浸材１１０を基板Ｗの被めっき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。電極部２８の下降が完了した時点で、めっき電流を投入し、めっき液供給管１０２からめっき液を電極部２８の内部に供給して、アノード９８を貫通しためっき液注入孔９８ａよりめっき液含浸材１１０にめっき液を供給する。
【００５０】
めっき液の供給が続くと、めっき液含浸材１１０から染み出した銅イオンを含むめっき液が、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面との間のめっき空間９９内に満たされ、基板の被めっき面に銅めっきが施される。所定量のめっき液が注入された後は、めっき液の注入を停止し、めっき液が基板の被めっき面に均一に供給されるよう、基板保持部３６を低速で回転させる。これを、例えば５分程度継続させる。この時、めっき液として、例えば添加剤濃度が１．０ｍＬ／Ｌのものを、めっき空間９９の容積に合わせて、例えば５０ｍＬ使用する。すると、この添加剤濃度が、めっきの進行に伴って低下して、配線部と非配線部のめっき膜厚のばらつきが是正される。
【００５１】
つまり、基板のめっきを行う過程で、析出する金属膜内への添加剤の取り込み、アノードにおける酸化分解などにより、めっき進行に伴って添加剤濃度が低下するのであるが、この実施の形態のように、近接めっきであって、めっき空間９９内のめっき液量そのものが少なく、かつめっき空間９９内へのめっき液の導入をめっき処理前にのみ行って、めっき処理中に行わない場合、基板とアノードで構成されるめっき空間９９のめっき液に含有される添加剤濃度の変化（低下）がより大きくなり、これによって、配線部と非配線部のめっき膜厚のばらつきが是正される。しかも、めっき液含浸材で添加剤中の特定成分、例えばレベラーを吸着除去することで、めっき空間内のめっき液中のレベラー濃度をより効果的に下げることができる。
【００５２】
なお、この実施の形態では、めっき空間９９内へのめっき液の導入をめっき前のみに行う（回分導入）ようにした例を示しているが、めっき処理過程でめっき液を断続的に導入するようにしても良い。更に、めっき処理中に、液供給管１２０から異なる濃度の添加剤を含む溶液又はめっき液をめっき空間９９に別途導入することで、めっき空間９９内におけるめっき液添加剤濃度変化を更に大きくすることができる。
【００５３】
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上のめっきの残液を回収する。このめっき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、基板の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、カソード部３８のカソード電極８８が汚染されることが防止される。
【００５４】
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及びカソード部３８を回転させて水洗を実施する。この時、カソード部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及びカソード電極８８を同時に洗浄することができる。
【００５５】
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及びカソード部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。これにより、シール材９０及びカソード電極８８も乾燥される。ドライ工程が完了すると基板保持部３６及びカソード部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、カップ４０も下降させる。
【００５６】
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５０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。
【００５７】
なお、この実施の形態にあっては、一定温度でめっきを行うようにした例を示しており、この場合、めっき液含浸材が吸着飽和するまではめっき液中の添加剤濃度が減少するが、めっき液含浸材が飽和状態に達するとこの効果が期待できなくなる。そこで、例えば、アノード部の周囲に、めっき時の温度を調整するヒータ等のめっき温度調整手段を配置し、めっきの進行に合わせてめっき温度を順次高めることで、めっき液含浸材のめっき液中の添加剤の吸着余力を大きくすることができる。なお、めっき時に発生するジュール熱による自然昇温を利用するようにしても良い。この場合、めっき終了後に、めっき液含浸材を低温めっき液に接触させることで添加剤の一部を脱着させ、これにより、高温に伴う過剰な吸着分を脱着させることができる。
【００５８】
また、めっき液供給管１０２を介して、異なる濃度の添加剤を含む複数種のめっき液を基板の被めっき面とアノードとの間に注入できるように構成し、めっき初期では配線埋込みに適正な添加剤濃度のめっき液を使用してめっきを行い、めっき中後期には添加剤濃度の低いめっき液に入れ替えることで、めっき中の添加剤濃度を調整するようにしても良い。
【００５９】
更に、初期に埋込みに適正な濃度の添加剤を含むめっき液含浸材を保持したアノードでめっきし、中後期には添加剤濃度がより低いめっき液含浸材を保持したアノードでめっきすることで、めっき中の添加剤濃度を調整するようにしても良い。
【００６０】
次に、前記本発明によるめっきの効果を明らかにするため、種々の実験を行った結果を以下に示す。
先ず、めっき液量と埋込み特性との関係を調べるため、以下のめっき条件でめっき流量を変えてめっきを行い、めっき初期、中期及び後期における添加剤濃度、膜厚段差及び配線内部のボイドの有無を調べた。この結果を表１に示す。
【００６１】
めっき条件：
・硫酸銅５水塩＝２２５ｇ／Ｌ、硫酸＝５５ｇ／Ｌ、塩素イオン＝６０ｍｇ／Ｌ、添加剤＝ＤＭＥＣ＃４０（以上、荏原ユージライト（株）社製）
・温度＝２５℃、電流密度＝２０ｍＡ／ｃｍ２、めっき時間＝５ｍｉｎ（平均めっき膜厚２０００ｎｍ）
・含浸材なし
【表１】
0003725054.tif 000002
【００６２】
この表１の結果より、めっき液量が少ないほど、膜厚段差は少なくなってＣＭＰ処理が可能な膜厚分布になる。なお、液量が極端に少なくなると配線の中にボイドが認められることから、めっき液量は少なすぎると良くないことも判る。
【００６３】
次に、めっき液含浸材の有無による添加剤濃度の変化を調べるため、以下のめっき条件でめっきを行い、めっき初期、中期及び後期の添加剤濃度、膜厚段差及びボイドの有無を調べた。この結果を表２に示す。
めっき条件：
・硫酸銅５水塩＝２２５ｇ／Ｌ、硫酸＝５５ｇ／Ｌ、塩素イオン＝６０ｍｇ／Ｌ、添加剤＝ＤＭＥＣ＃４０（以上、荏原ユージライト（株）社製）
・温度＝２５℃、電流密度＝２０ｍＡ／ｃｍ２、めっき時間＝５ｍｉｎ（平均めっき膜厚２０００ｎｍ）
・含浸材：ＰＶＡスポンジ（厚み４ｍｍ）、添加剤の事前吸着処理はなし
・めっき液量：１０００ｍＬ／基板
【表２】
0003725054.tif 000003
【００６４】
この表２の結果より、添加剤吸着能力を有するめっき液含浸材を介在させることで、めっき途中の添加剤濃度を低下させることが可能で、その結果、膜厚段差が小さく、かつ、配線内部にボイドが認められないめっきが可能であることが判る。
【００６５】
更に、下記のめっき条件で、異なる添加剤濃度のめっき液を使用した多段めっきを行った場合と、１種類のめっき液による通常のめっきを行った場合におけるめっき初期、中期及び後期における添加剤濃度、膜厚段差及びボイドの有無を調べた。この結果を表３に示す。
めっき条件：
・硫酸銅５水塩＝２２５ｇ／Ｌ、硫酸＝５５ｇ／Ｌ、塩素イオン＝６０ｍｇ／Ｌ、添加剤＝ＤＭＥＣ＃４０（以上、荏原ユージライト（株）社製）
・温度＝２５℃、電流密度＝２０ｍＡ／ｃｍ２、めっき時間＝５ｍｉｎ（平均めっき膜厚２０００ｎｍ）
・含浸材なし
・めっき液量：５０００mL／基板 、添加剤濃度は表３に示す。
【表３】
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この表３の結果より、めっき液中の添加剤濃度をめっきの進行にあわせて順次下げることにより、膜厚段差が小さくてＣＭＰ処理が容易なめっきが可能であることが判る。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、配線部と非配線部の膜厚差を小さくして、後工程のＣＭＰを容易となし、かつ、配線内部にボイドが形成されないめっきが可能となる。これにより、製品歩留りの向上と併せて、ＬＳＩ製造プロセスの工程簡素化、製造コストの大幅な低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基板めっき装置方法によってめっきを行う工程の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の基板めっき装置の全体を示す平面図である。
【図３】めっきユニットを示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】基板保持部及びカソード部の拡大断面図である。
【図６】図３の正面図である。
【図７】図３の右側面図である。
【図８】図３の背面図である。
【図９】図３の左側面図である。
【図１０】プレコート・回収アームを示す正面図である。
【図１１】基板保持部の平面図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１３】図１１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】カソード部の平面図である。
【図１５】図１４のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１６】電極アームの平面図である。
【図１７】図１６の縦断正面図である。
【図１８】図１６のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１９】図１８の一部を拡大して示す拡大図である。
【図２０】電極アームの電極部のハウジングを除いた状態の平面図である。
【符号の説明】
１０  ロード・アンロード部
１２  めっきユニット
１４  搬送ロボット
２０  基板処理部
２２  めっき液トレー
２６  揺動アーム
２８  電極部
３０  電極アーム部
３２  プレコート・回収アーム
３４  固定ノズル
３６  基板保持部
３８  カソード部
４０  カップ
５０  基板搬出入口
５８  支持軸
６４  プレコートノズル
６６  めっき液回収ノズル
６８  ステージ
７０  支持腕
７２  位置決め板
７４  押付け片
７６  チャック爪
７８  コイルばね
８０  押圧棒
８２  支持板
８４  支柱
８６  枠体
８８  カソード電極
９０  シール材
９２  ボールベアリング
９４  ハウジング
９８  アノード
９８ａ  めっき液注入孔
９８ｂ  通孔
９９  めっき空間
１００  吸引室
１０２  めっき液供給管
１０４  めっき液導入管
１０４ｂ  めっき液導入口
１０６  めっき液排出管
１１０  めっき液含浸材
１１２  固定ピン
１２０  液供給管
【図１】
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【図２】
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【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】
0003725054.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003725054.tif 000014
【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】
0003725054.tif 000019
【図１６】
0003725054.tif 000020
【図１７】
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【図１８】
0003725054.tif 000022
【図１９】
0003725054.tif 000023
【図２０】
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