(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不溶解性の陽極電極板と被めっき基板を対向して配置すると共に、該陽極電極板と被めっき基板の間に多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜からなる隔膜を配置しめっき槽内を陽極室と陰極室に隔離し、該被めっき基板に金属めっきを施す基板めっき装置において、
前記陽極電極板、前記被めっき基板及び前記隔膜を垂直に配置すると共に、少なくとも前記陰極室中のめっき液を排出できるめっき液排出機構を設け、
めっき終了後に前記陰極室のめっき液を排出し、該陰極室から被めっき基板を取り出せるように構成したことを特徴とする基板めっき装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板めっき装置において、
前記陰極室のめっき液を排出しても、前記隔膜で隔離された陽極室の液は循環状態又は液充満状態に保持されていることを特徴とする基板めっき装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の基板めっき装置において、
前記陰極室は密閉型に構成され、
前記陽極室はその上部が開放された開放型とし、液がオーバーフローできる構成としたことを特徴とする基板めっき装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の基板めっき装置において、
前記隔膜の片面又は両面に液と電気の通過に支障とならない多孔体の補強板を設けたことを特徴とする基板めっき装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウエハ等の基板に電解めっきで銅等の金属めっきを施す基板めっき装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスでは、銅めっき等の金属めっき工程はウエハの配線用又は膜付用として多用されている。このような金属めっきを電解めっきで行なう電解めっき装置において、陽極電極に溶解性電極（含リン銅電極）を用いた場合、陽極電極の定期的な交換に加え、表面のブラックフィルムの管理、パーティクル対策等が問題となる。
【０００３】
そこで、銅めっきを行なう電解めっき装置の陽極電極を不溶解性の電極材料を用いた不溶解性陽極電極とすると、陽極電極の定期的な交換が不必要になり、被めっき基板の近傍のパーティクルの存在が抑制されるという利点がある反面、めっき液中の添加剤が陽極表面で分解し、添加剤が不足し、被めっき基板のめっき表面が粗い状態となると同時に、添加剤の分解によりスライムが生成されるという問題もある。これを防止するには、添加剤が陽極電極表面に接触し分解しないように陽極電極と陰極電極（被めっき基板）の間に隔膜を配置し、めっき槽内を該隔膜で陽極室と陰極室に隔離すればよいが、陽極電極表面に発生する酸素ガスをめっきに支障とならないように早期に離脱させる必要がある。
【０００４】
また、めっき処理終了後の被めっき基板を陰極室のめっき液中から、抜き出すための被めっき基板引抜機構が必要となる。被めっき基板をめっき液中から引き抜く際、表面に付着しためっき液の液滴が飛散し、周囲を汚染しないようにするためには、この被めっき基板引抜機構が複雑となる。特に、半導体製造工程では、配線用又は膜付用の金属めっき装置をクリーンルームに設置することが多く、クリーンルームの汚染防止の点から、細心の注意を払わなくてはならず、被めっき基板引抜機構も複雑なものとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、めっき処理終了後の被めっき基板をめっき液の無い状態から取り出すことができ、被めっき基板の取り出しが容易な基板めっき装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、めっき液中の添加剤が陽極電極板表面に接触し分解することを防止し、添加剤の不足によりめっき表面が粗くなることを防止し、且つ電解めっき時の電流の通過の支障となる陽極電極板表面で発生する酸素ガスを速やかに除去できる、膜厚の均一な金属めっき膜が形成できる基板めっき装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、不溶解性の陽極電極板と被めっき基板を対向して配置すると共に、該陽極電極板と被めっき基板の間に多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜からなる隔膜を配置しめっき槽内を陽極室と陰極室に隔離し、該被めっき基板に金属めっきを施す基板めっき装置において、陽極電極板、被めっき基板及び隔膜を垂直に配置すると共に、少なくとも陰極室中のめっき液を排出できるめっき液排出機構を設け、めっき終了後に該陰極室のめっき液を排出し、該陰極室から被めっき基板を取り出せるように構成したことを特徴とする。
【０００８】
上記のように陽極電極板、被めっき基板及び隔膜を垂直に配置することにより、陽極電極板表面で発生し、めっきに支障となる酸素を速やかに陽極室から排出することができる。また、陰極室中のめっき液を排出できるめっき液排出機構を設け、めっき終了後に該陰極室のめっき液を排出し、被めっき基板を取り出せるように構成するので、従来のようにめっき終了後の被めっき基板をめっき液から引き抜くための複雑な被めっき基板引抜機構を必要としない。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板めっき装置において、陰極室のめっき液を排出しても、隔膜で隔離された陽極室の液は循環状態又は液充満状態に保持されていることを特徴とする。
【００１０】
上記のように、陰極室のめっき液を排出しても、陽極室の液は循環状態又は液充満状態に保持されるので、陰極室のめっき液を排出することにより、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜からなる隔膜が大気等の乾燥した気体に曝され、隔膜の陰極室側表面に付着しためっき液中の成分、例えば硫酸銅の結晶が生成される傾向、また乾燥により隔膜が変質する傾向になるが、陽極室の液が該隔膜に僅かに浸透し、陰極側表面が湿潤状態にあるから、この結晶の生成や隔膜の変質を防止できる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の基板めっき装置において、陰極室は密閉型に構成され、陽極室はその上部が開放された開放型とし液がオーバーフローできる構成としたことを特徴とする。
【００１２】
上記のように、陽極室を開放型とし液がオーバーフローできる構成としたので、陽極電極板表面で発生した酸素ガスは上部開放部を通って、液から分離し易くなる。
【００１３】
また、請求項３に記載の基板めっき装置において、陽極電極板表面から発生するガスを液と分離するため陽極室をオーバーフローした液を収容するオーバーフロー室を設けたことを特徴とする。
【００１４】
上記のようにオーバーフロー室を設けることにより、陽極室からオーバーフローした液は該オーバーフロー室に流れ込み一時的に該オーバーフロー室に滞留する間に液と酸素ガスは分離される。そして液は自然流下により下方に流出し、酸素ガスは上部より排出される。
【００１５】
また、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の基板めっき装置において、隔膜の片面又は両面に液と電気の通過に支障とならない多孔体の補強板を設けたことを特徴とする。
【００１６】
上記のように、隔膜の片面又は両面に液と電気の通過に支障とならない多孔体の補強板を設けたことにより、陰極室にめっき液が充満され、陰極室の液圧が陽極室の液圧以上になっても隔膜が陰極室側に突出（変形）することがなく、隔膜と被めっき基板及び隔膜と陽極電極板の位置の間隔が平行に維持され、被めっき基板に膜厚の均一なめっき膜が形成できる。
【００１７】
また、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の基板めっき装置において、陽極電極板と隔膜の間に陽極電極板表面から発生するガスが隔膜表面又は補強板に付着することを防止する泡防御材を設けたことを特徴とする。
【００１８】
陽極電極板と隔膜の間に泡防御材を設けることにより、めっき処理中に不溶解性の陽極電極板の表面から発生する泡状の酸素ガスが隔膜や補強板に付着することが防止される。この結果、この泡により電場が乱され（電流の流れが乱され）ることなく、被めっき基板面に均一な膜厚のめっき膜が形成できる。
【００１９】
また、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の基板めっき装置において、陽極室を循環する液は添加剤を除いた電解銅めっき液の基本液、即ちＣｕＳＯ4・５Ｈ2Ｏ、Ｈ2ＳＯ4、Ｃｌ-からなる液で添加剤は入っていない液であることを特徴とする。
【００２０】
また、陽極室を循環する液はＨ2ＳＯ4であることを特徴とする。
【００２１】
上記のように陽極室を循環する液を添加剤を含まない電解銅めっき液の基本液又はＨ2ＳＯ4とすることにより、陽極電極板に接触する液は添加剤を含まない液であるから、陽極電極板に添加剤が接触し分解し不足することがなくなり、被めっき基板に表面の滑らかなめっき膜を形成することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例では銅（Ｃｕ）めっきを行なう基板めっき装置を例に説明する。図１は本発明に係る基板めっき装置の構成を示す図である。図示するように基板めっき装置１０はめっき槽本体１１と側板１２を具備している。めっき槽本体１１と側板１２は対向して配置され、めっき槽本体１１の側板１２に対向する面に凹部空間Ａが形成されている。また、側板１２の下端はヒンジ機構（図示せず）で、めっき槽本体１１の該凹部空間Ａを開閉できるようになっている。
【００２３】
めっき槽本体１１の底体１１ａの凹部空間の底面には不溶解性の陽極電極板１３が配置され、側板１２のめっき槽本体１１側の面には被めっき基板Ｗが装着されている。これにより、側板１２でめっき槽本体１１の凹部空間Ａを閉じた場合、陽極電極板１３と被めっき基板Ｗは所定の間隔を設けて対向配置されることになる。また、めっき槽本体１１には多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４が陽極電極板１３と被めっき基板Ｗの間に位置するように取り付けられ、めっき槽本体１１の凹部空間Ａを該多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４で陽極室１５と陰極室１６に隔離している。
【００２４】
また、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４の両面又は片面（図では陽極室１５側の面）は多孔体補強板１７で補強されている。この多孔体補強板１７は多数のパンチング穴が形成された樹脂板で液と電気の流れに支障がなく、後に詳述するように、陰極室１６の液圧や陰極室１６のめっき液を排出した際に、陽極室の液圧に耐え、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４を変形させない強度を有するものであればよい。
【００２５】
めっき槽本体１１の上下には、上部ヘッダ１８、下部ヘッダ１９がそれぞれ設けられており、上部ヘッダ１８の空隙１８ａと下部ヘッダの空隙１９ａはそれぞれ陰極室１６に連通している。また、陽極室１５の下部はめっき槽本体１１に設けられた陽極室液の入口１１ｂに連通し、上部は陽極室液のオーバーフロー口１１ｃに連通している。また、めっき槽本体１１の側部にはオーバーフロー口１１ｃに隣接してオーバーフロー室２０が設けられている。また、陽極室１５の陽極電極板１３と多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４の間にはめっき処理に際し、陽極電極板１３の表面で発生する泡状の酸素（Ｏ2）ガスが多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４及び多孔体補強板１７に付着することを防止する泡防御材３２が設けられている。
【００２６】
２１はめっき液タンクであり、該めっき液タンク２１に収容されためっき液Ｑ1はポンプ２２で配管２３を通して下部ヘッダ１９の空隙１９ａに供給され、該空隙１９ａから陰極室１６を満たし、更に上部ヘッダ１８の空隙１８ａ及び配管２４を通ってめっき液タンク２１に戻る。また、２５は陽極液タンクであり、該陽極液タンク２５に収容された陽極室液Ｑ2はポンプ２６で配管２７を通して陽極室１５に供給され、該陽極室１５を満たした後、オーバーフロー口１１ｃからオーバーフローしてオーバーフロー室２０に流れ込み、一時的に滞留した後、排出口２０ａ及び配管２８を通って陽極液タンク２５に戻るようになっている。
【００２７】
ここで、陰極室１６は密閉型に構成され、陽極室１５はその上部が大気に開放された開放型となっている。
【００２８】
めっき槽本体１１の凹部空間Ａの外周縁部には環状のパッキン２９が設けられており、側板１２で凹部空間Ａを閉じることにより、該パッキン２９は被めっき基板Ｗの外周表面に当接し、陰極室１６を密閉空間とする。該パッキン２９の陰極室１６の反対側には外部陰極端子３０が設けられ、側板１２で凹部空間Ａを閉じた状態で外部陰極端子３０の先端は被めっき基板Ｗの導電部に当接して、電気的に導通すると共に、該パッキン２９によりめっき液Ｑ1に接液しないようになっている。外部陰極端子３０と陽極電極板１３の間にはめっき電源３１が接続されている。
【００２９】
上記構成の基板めっき装置１０において、陰極室１６にめっき液Ｑ1を充満させ循環させると共に、陽極室１５には陽極室液Ｑ2を充満させオーバーフローさせながら循環し、めっき電源３１から不溶解性の陽極電極板１３と陰極となる被めっき基板Ｗの間に電流を通電することにより、被めっき基板Ｗの表面にめっき膜が形成される。ここでは、めっき液Ｑ1としてＣｕＳＯ4・５Ｈ2ＯとＨ2ＳＯ4とＣｌ-と添加剤との混合溶液を用い、陽極室液Ｑ2としてＨ2ＳＯ4、又はＣｕＳＯ4・５Ｈ2ＯとＨ2ＳＯ4とＣｌ-が混合された（添加剤を含まない）、所謂基本液を用いる。
【００３０】
このめっき処理に際して、陽極電極板１３の表面から酸素（Ｑ2）ガスが泡状になって発生するが、陽極電極板１３、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４及び多孔体補強板１７は垂直に配置されているから、この酸素ガスは陽極室１５内の陽極室液Ｑ2中をスムーズに上昇し、該陽極室液Ｑ2がオーバーフロー口１１ｃからオーバーフローしてオーバーフロー室２０に流れ込むと同時に排出され、該陽極室液Ｑ2が一時的に滞留している間に酸素ガスは分離し、酸素ガス排出口２０ｂから外部に放出される。また、陽極電極板１３と多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４の間には泡防御材３２が設けられているので、この泡状の酸素ガスが多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４や多孔体補強板１７に付着することがない。
【００３１】
陽極室液Ｑ2中に酸素ガスが泡状に存在すると陽極電極板１３と被めっき基板Ｗの間の電場を乱し（電流の流れを乱し）、膜厚の均一なめっき膜を形成できないという問題があるが、ここでは上記のように発生した泡状の酸素ガスが陽極室液Ｑ2中から迅速に外部に抜け出るので、被めっき基板Ｗの面上に均一な膜厚のめっき膜を形成できる。
【００３２】
また、陽極室１５を流れる陽極室液Ｑ2には上記のように添加剤を含まないめっき液Ｑ1の基本液（ＣｕＳＯ4・５Ｈ2Ｏ、Ｈ2ＳＯ4、Ｃｌ-）又はＨ2ＳＯ4を用いているので、陽極電極板１３に添加材が接触して分解してスライムを生成することもなく、分解によりめっき液Ｑ1中の添加剤が不足して、被めっき基板Ｗに表面の粗いめっき膜が形成されるということもない。また、Ｈ2ＳＯ4は導電性が高いから、めっきに影響を与えることなく、且つ液の補給用としてめっき装置に付帯する液供給装置に常備されているので、Ｈ2ＳＯ4の溶液を陽極室液Ｑ2に使用することは容易である。
【００３３】
上記のように陽極室１５は上部が開放された開放型であるから、該陽極室１５内の液圧は高くならないのに対して、陰極室１６は密閉型であるので、めっき液Ｑ1の流過抵抗で液圧が陽極室１５の液圧より多少高くなる。そこでもし、多孔体補強板１７を設けられていないと、膜厚の薄い多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４は陰極室１６の液圧に押され、陽極室１５側に押され湾曲した形状となり、該多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４と被めっき基板Ｗとの間の間隔が均一とならない。その結果、被めっき基板Ｗ上に膜厚の均一なめっき膜が形成されないという問題がある。
【００３４】
この原因は多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４の表面電位が均等であるため、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４と被めっき基板Ｗとの間の間隔が均一とならない分、その電場も均一にならないことによると考えられる。ここでは多孔体補強板１７を設けているので、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４が変形することなく、被めっき基板Ｗとの間の間隔が常に均一となるから、被めっき基板Ｗ上に膜厚の均一なめっき膜を形成できる。
【００３５】
めっき処理が終了し、被めっき基板Ｗの陰極室１６から取り出す場合は、陰極室１６のめっき液Ｑ1を配管２３を通してめっき液タンク２１に戻し、陰極室１６からめっき液Ｑ1を排出した状態で、被めっき基板Ｗを取り出す。これにより、めっき液Ｑ1中から被めっき基板Ｗを抜き取るのと異なり、被めっき基板Ｗの引き抜きが極めて容易となり（例えば、ロボットハンドで容易にピックアップできる）、複雑な構成の被めっき基板Ｗの抜取機構を必要としない。
【００３６】
更に、陰極室１６からめっき液Ｑ1を排出することにより、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４が大気に曝されることになる。多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４が大気に曝されるとめっき液Ｑ1のＣｕＳＯ4の結晶が生成されたり、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４が乾燥することにより、膜質が変化する等の問題が起こるが、ここでは陽極室１５に陽極室液Ｑ2が充満しているから、僅かの陽極室液Ｑ2が多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜１４を浸透して、その陰極１５側の表面を湿潤状態にしているので、このようなＣｕＳＯ4の結晶の生成や膜質の変化は起こらない。
【００３７】
なお、上記実施形態例では、Ｃｕめっきを行なう基板めっき装置を例に説明したが、本発明はＣｕめっきに限定されるものではなく、他の金属のめっきにも用いることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように各請求項に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
【００３９】
請求項１に記載の発明によれば、陽極電極板、被めっき基板及び隔膜を垂直に配置することにより、陽極電極板表面で発生するめっきに支障となる泡状の酸素ガスを速やかに陽極室から排出させることができると共に、陰極室中のめっき液を排出できるめっき液排出機構を設け、めっき終了後に該陰極室のめっき液を排出し、被めっき基板を取り出せるように構成するので、従来のようにめっき終了後の被めっき基板をめっき液から引き抜くための複雑な被めっき基板引抜機構を必要としない。
【００４０】
また、請求項２に記載の発明によれば、陰極室のめっき液を排出しても、陽極室の液は循環状態又は液充満状態に保持されるので、陰極室のめっき液を排出することにより、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜からなる隔膜が大気等の乾燥した気体に曝され、隔膜の陰極側表面にめっき液中の成分、例えば硫酸銅の結晶が生成される傾向、また乾燥により隔膜が変質する傾向になるが、陽極室の液が該隔膜に僅かに浸透し、その陰極側表面が湿潤状態にあるから、この結晶の生成や隔膜の変質を防止できる。
【００４１】
また、請求項３に記載の発明によれば、陽極室を開放型とし液がオーバーフローできる構成としたので、陽極電極板表面で発生した酸素ガスは上部開放部を通って、液から分離し易くなる。
【００４２】
また、請求項４に記載の発明によれば、隔膜の片面又は両面に液と電気の通過に支障とならない多孔体の補強板を設けたことにより、陰極室にめっき液が充満され、陰極室の液圧が陽極室の液圧以上になっても隔膜が陽極室側に突出（変形）することがなく、隔膜と被めっき基板及び隔膜と陽極電極板の位置の間隔が平行に維持され、被めっき基板に膜厚の均一なめっき膜が形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基板めっき装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０            基板めっき装置
１１            めっき槽本体
１２            側板
１３            陽極電極板
１４            多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜
１５            陽極室
１６            陰極室
１７            多孔体補強板
１８            上部ヘッダ
１９            下部ヘッダ
２０            オーバーフロー室
２１            めっき液タンク
２２            ポンプ
２３            配管
２４            配管
２５            陽極液タンク
２６            ポンプ
２７            配管
２８            配管
２９            パッキン
３０            外部陰極端子
３１            めっき電源
３２            泡防御材
【図１】
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