(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の処理面にメッキ液を供給して基板の処理面にメッキ処理を行う基板メッキ装置であって、
基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された基板を覆うカップ部材と、
前記カップ部材内にメッキ液を供給するメッキ液供給手段と、
前記カップ部材内に配置された第１電極と、
前記保持手段に備えられ、当該保持手段に保持された基板に電気的に接続される第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間で電流が流れるように給電する給電手段と、
前記カップ部材内に供給されるメッキ液に旋回力を付与する旋回力付与手段と、
前記カップ部材内で前記第１電極を回転させる駆動手段と、
を備えたことを特徴とする基板メッキ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板メッキ装置であって、
前記メッキ供給手段は、前記カップ部材の上部に形成された供給口を有していることを特徴とする基板メッキ装置。
【請求項３】
請求項１に記載の基板メッキ装置であって、
前記メッキ液供給手段は、前記第１電極に形成された供給口を有し、
前記旋回力付与手段は、前記保持手段に保持された基板と前記第１電極との間に設けられていることを特徴とする基板メッキ装置。
【請求項４】
基板の処理面にメッキ液を供給して基板の処理面にメッキ処理を行う基板メッキ装置であって、
基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された基板を覆うカップ部材と、
前記カップ部材内に配置された第１電極と、
前記第１電極に形成された供給口を有し、前記カップ部材内にメッキ液を供給するメッキ液供給手段と、
前記保持手段に備えられ、当該保持手段に保持された基板に電気的に接続される第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間で電流が流れるように給電する給電手段と、
前記第１電極と前記保持手段に保持された基板との間に設けられ、前記カップ部材内に供給されるメッキ液に旋回力を付与する旋回力付与手段と、
を備えたことを特徴とする基板メッキ装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の基板メッキ装置であって、
前記第１電極は、前記保持手段によって保持された基板の上方に配置されていることを特徴とする基板メッキ装置。
【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の処理面に銅電解メッキ液等のメッキ液を供給して、基板の処理面にメッキ処理を行う基板メッキ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩの高集積化と高速化の要求に伴い、配線材料もアルミニウムからそれより抵抗値の小さい銅配線へと移行しつつある。この銅配線では、従来のアルミニウムで行っていたドライエッチング加工が難しいことと、平坦化技術が進歩したこととで平坦化した層間絶縁膜に矩形の溝を彫り込んで、その溝の中に銅配線材料を埋め込むダマシンプロセスが主流になってきている。そして、その一つとして半導体ウエハ等の基板の表面に銅薄膜を形成するために、銅電解メッキ液等のメッキ液を基板の表面（処理面）に供給する基板メッキ装置が用いられている。
【０００３】
図３は、従来の基板メッキ装置の全体構成を示す図である。この従来の基板メッキ装置１００は、メッキ層を形成する処理面（表面）ＷＦを上方に向けて基板の一種であるウエハＷを保持する保持機構１０１を備えている。
【０００４】
この保持機構１０１は、支持軸１０２を備えており、この支持軸１０２の上部にウエハＷの裏面を保持する円板状の保持部材１０３が連結されている。また、保持部材１０３の上面周辺部にウエハＷの周縁部を支持する支持部材１０４が、ウエハＷの周縁部全周にわたって設けられている。
【０００５】
支持軸１０２は、導電性の材料で形成されたものであり、図示しない給電ブラシによって、支持軸１０２に対してブラシ給電されるようになっている。支持軸１０２に給電されることにより、支持部材１０４が陰電極（カソード電極）の働きをしている。なお、図示しないモータにより支持軸１０２及び支持部材１０３は、回転自在に構成されている。
【０００６】
保持機構１０１の上方には、下方が開口され、保持機構１０１の上部を覆う円筒状の上部カップ１２０が設けられている。この上部カップ１２０は周知の１軸方向駆動機構によって実現された図示しない昇降機構によって上下方向に昇降可能である。支持部材１０４と上部カップ１２０とが近接され、支持部材１０４の上面と上部カップ１２０の下端部とが閉じ合わされることにより、保持機構１０１に保持されたウエハＷの上部にメッキ液を貯溜するメッキ処理空間１２１が形成される。なお、上部カップ１２０の下端部にはシール部材１２２が設けられ、メッキ処理を行うためのメッキ液を充填する際に、支持部材１０４の上面と上部カップ１２０の下端部との接合部分からメッキ液が漏れ出ないようになっている。
【０００７】
上部カップ１２０内部には、保持機構１０１に保持されたウエハＷの処理面ＷＦに対向して配置されるように円板状の陽電極（アノード電極）１２３が配設されている。この陽電極１２３は、０．５μｍ程度の微細孔が形成され、濾過性を有するフィルタ機能を有している。
【０００８】
また、上部カップ１２０の上壁の略中央部には、メッキ液を上部カップ１２０内のメッキ処理空間１２１へ供給するための供給口１２４が形成されている。この供給口１２４の周囲には、メッキ液をメッキ処理空間１２１から回収するための回収口１２５が複数形成されている（図３では２つ）。
【０００９】
上部カップ１２０内の上部カップ１２０の上壁と陽電極１２３との間には、供給口１２４から上部カップ１２０内へ供給されたメッキ液を分散させる分散板１２６が設けられている。この分散板１２６には、メッキ液を通過させるために、複数個の細孔１２６ａが形成されている。
【００１０】
この従来の基板メッキ装置では、供給口１２４から上部カップ１２０内にメッキ液が供給されると、分散板１２６によりメッキ液を周囲に分散させる。分散板１２６により分散されたメッキ液は、複数個の細孔１２６ａを通過し、さらにフィルタである陽電極１２３の微細孔を通過し、メッキ処理空間１２１において、ウエハＷの処理面ＷＦに対してメッキ液が供給され、ウエハＷの処理面ＷＦにメッキ処理が行われる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の基板メッキ装置では、上部カップ１２０内に分散板１２６を設けているので、ある程度のメッキ液は周囲に分散されるが、メッキ液の流れは、そのほとんどが供給口１２４から回収口１２５へ向かって移動する。したがって、上部カップ１２０内には、多数のデッドスペースが存在する。
これらのデッドスペースのメッキ液の成分、例えば、硫酸銅イオンが少なくなった場合、その部分に対応するウエハＷの処理面に形成されるメッキ膜の膜厚が薄くなり、ウエハＷに均一な膜厚のメッキ膜を形成できなかった。
【００１２】
そこで、これを緩和するためにウエハＷを回転させているが、円周上に発生するデッドスペースによるメッキ膜の不均一性については回避することはできなかかった。
【００１３】
本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであって、基板の処理面に均一な膜厚のメッキ膜を形成できる基板メッキ装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、請求項１に記載の基板メッキ装置は、基板の処理面にメッキ液を供給して基板の処理面にメッキ処理を行う基板メッキ装置であって、基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板を覆うカップ部材と、前記カップ部材内にメッキ液を供給するメッキ液供給手段と、前記カップ部材内に配置された第１電極と、前記保持手段に備えられ、当該保持手段に保持された基板に電気的に接続される第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間で電流が流れるように給電する給電手段と、前記カップ部材内に供給されるメッキ液に旋回力を付与する旋回力付与手段と、前記カップ部材内で前記第１電極を回転させる駆動手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項２に記載の基板メッキ装置は、請求項１に記載の基板メッキ装置であって、前記メッキ供給手段が、前記カップ部材の上部に形成された供給口を有していることを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項３に記載の基板メッキ装置は、請求項１に記載の基板メッキ装置であって、前記メッキ液供給手段が、前記第１電極に形成された供給口を有し、前記旋回力付与手段は、前記保持手段に保持された基板と前記第１電極との間に設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、請求項４に記載の基板メッキ装置は、基板の処理面にメッキ液を供給して基板の処理面にメッキ処理を行う基板メッキ装置であって、基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板を覆うカップ部材と、前記カップ部材内に配置された第１電極と、前記第１電極に形成された供給口を有し、前記カップ部材内にメッキ液を供給するメッキ液供給手段と、前記保持手段に備えられ、当該保持手段に保持された基板に電気的に接続される第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間で電流が流れるように給電する給電手段と、前記第１電極と前記保持手段に保持された基板との間に設けられ、前記カップ部材内に供給されるメッキ液に旋回力を付与する旋回力付与手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、請求項５記載の基板メッキ装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の基板メッキ装置であって、前記第１電極は、前記保持手段によって保持された基板の上方に配置されていることを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、図面を参照して、本発明に係る基板メッキ装置の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る基板メッキ装置の全体構成を示す図である。
【００２０】
この基板メッキ装置は、メッキ層を形成する処理面（表面）ＷＦを上方に向けて基板の一種であるウエハＷを保持する保持機構１を備えている。
【００２１】
この保持機構１は、支持軸３の下部が支持台２内に設けられたモータ（図示省略）の回転軸に連結されており、支持軸３の上部にウエハＷを保持する保持部材４が連結されている。また、ウエハＷの周縁部のみを支持する支持部材５が、ウエハＷの周縁部全体にわたって保持部材４に複数箇所設けられている。
【００２２】
支持軸３は、導電性の材料で形成されており、給電ブラシ６によって、支持軸３に対してブラシ給電されるようになっている。この支持軸３は絶縁部３ａによって上部と下部とが電気的に絶縁されており、給電ブラシ６からの給電が支持台２や支持台２内のモータに直接影響しないように構成されている。
【００２３】
支持部材５は、ウエハＷの裏面及び端部を支持している。支持部材５は、第２電極である陰電極（カソード電極）の機能を有しており、支持軸３内及び保持部材４内に設けられている図示しない導線によって導通するようになっている。したがって、ウエハＷが支持部材５に支持されると、ウエハＷの裏面及び端部と、陰電極となる支持部材５とが電気的に接続されてウエハＷの裏面及び端部に導通される。
【００２４】
保持機構１の上方には、下方が開口され、保持機構１の上部を覆う円筒状の上部カップ１０が設けられている。この上部カップ１０は周知の１軸方向駆動機構によって実現された図示しない昇降機構によって図１の矢印Ａに示すように上下方向に昇降可能である。支持部材５と上部カップ１０とが近接され、支持部材５の上面及びウエハＷの処理面ＷＦの端部と上部カップ１０の下端部とが、実質的に閉じ合わされることにより、保持機構１に保持されたウエハＷの上方にメッキ液を貯溜する処理空間（メッキ処理空間）１１が形成される。
【００２５】
なお、上部カップ１０の下端部と支持部材５は、回転時にハイドロプレーンが形成される程度に近接しており、メッキ処理を行うためのメッキ液を充填する際に、支持部材５の上面と上部カップ１０の下端部との接合部分から多量のメッキ液が漏れ出ないようになっている。
【００２６】
上部カップ１０内、すなわち処理空間１１には、保持機構１に保持されたウエハＷの処理面ＷＦに対向して配置される円板状の第１電極である陽電極（アノード電極）２０が配設されている。この陽電極２０は、支持軸２１を介して、上部カップ１０の上方に設けられたモータ２２の回転軸に連結されている。モータ２２が駆動することにより、支持軸２１を介して円板状の陽電極２０が処理空間１１内において回転する。
【００２７】
支持軸２１は、導電性の材料で形成されており、給電ブラシ２３によって、支持軸２１に対してブラシ給電されるようになっている。この支持軸２１は絶縁部２１ａによって上部と下部とが電気的に絶縁されており、給電ブラシ２３からの給電がモータ２２に直接影響しないように構成されている。
【００２８】
なお、上部カップ１０の上面中央部には、支持軸２１を通すための開口１０ａが形成されている。この開口１０ａと支持軸２１との間は、シール部材１０ｂによってシールされている。なお、シール部材１０ｂと支持軸２１との摺動によって発生するパーティクルを除去するため、ウエハＷと陽電極２０の間に膜状のフィルタを設けてもよい。
【００２９】
給電ブラシ２３は、導線２４を介して電源ユニット２８の陽極側に接続され、給電ブラシ６は導線７を介して電源ユニット２８の陰極側に接続されている。したがって、ウエハＷの処理面ＷＦは、支持部材５だけが、保持部材４、支持軸３、給電ブラシ６、及び導線７を介して陰極となるように給電され、陽電極２０は、支持軸２１、給電ブラシ２３、及び導線２４を介して陽極となるように給電される。
【００３０】
上部カップ１０の上面において、開口１０ａの周囲に、上部カップ１０の空間１１へメッキ液を供給するための環状の供給口１０ｃが形成されている。この供給口１０ｃは、メッキ液を供給するための供給配管３０を介して、メッキ液供給源３１に連通接続されている。この供給配管３０の途中には、メッキ液の供給口１０ｃへの供給量を調整するための調整弁３２が設けられている。
【００３１】
また、この供給口１０ｃには、供給口１０ｃから処理空間１１へ供給されるメッキ液に旋回力を与えるための旋回機構１２が設けられている。
【００３２】
ウエハＷに対するメッキ処理は次のようにして行われる。支持部材５と上部カップ１０とが近接され、支持部材５の上面及びウエハＷの処理面ＷＦの端部と上部カップ１０の下端部とが、実質的に閉じ合わされた状態にする。次に、調整弁３２を閉から開へ切り換える。これにより、メッキ液がメッキ液供給源３１から供給配管３０及び供給口１０ｃを介してメッキ処理空間１１へ供給される。
【００３３】
なお、このとき旋回機構１２により、図１の矢印Ｂに示すように、メッキ液に旋回力が付与され、メッキ液は周囲に大きく分散される。また同時に、モータ２２の回転駆動により、メッキ処理空間１１内で陽電極２０が回転し、この陽電極２０の回転に伴ってさらメッキ液は分散され、ウエハＷの処理面ＷＦ全体にわたって均一に供給される。
【００３４】
電源ユニット２８から給電をすることにより、メッキ処理が均一に供給されたウエハＷの処理面にメッキ処理が施されることになる。
【００３５】
＜第２の実施の形態＞
次に、以下図面を参照して、本発明に係る基板メッキ装置の第２の実施の形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態に係る基板メッキ装置の全体構成を示す図である。
【００３６】
この基板メッキ装置は、メッキ層を形成する処理面（表面）ＷＦを上方に向けて基板の一種であるウエハＷを保持する保持機構５１を備えている。
【００３７】
この保持機構５１は、支持軸５３の下部が支持台５２内に設けられたモータ（図示省略）の回転軸に連結されており、支持軸５３の上部にウエハＷを保持するための保持部材５４が連結されている。また、ウエハＷの周縁部を支持する支持部材５５が、ウエハＷの周縁部全体にわたって保持部材５４に複数箇所設けられている。
【００３８】
支持軸５３は、導電性の材料で形成されており、給電ブラシ５６によって、支持軸５３に対してブラシ給電されるようになっている。この支持軸５３は絶縁部５３ａによって上部と下部とが電気的に絶縁されており、給電ブラシ５６からの給電が支持台５２やモータに直接影響しないように構成されている。
【００３９】
支持部材５５は、ウエハＷの裏面及び端部を支持している。支持部材５５は、第２電極である陰電極（カソード電極）としての機能をも有しており、支持軸５３内及び保持部材５４内に設けられている図示しない導線によって導通するようになっている。したがって、ウエハＷが支持部材５５に支持されると、ウエハＷの裏面及び端部と陰電極となる支持部材５５とが電気的に接続されてウエハＷの裏面及び端部に導通される。
【００４０】
保持機構５１の上方には、下方が開口され、保持機構５１の上部を覆う円筒状の上部カップ６０が設けられている。この上部カップ６０は周知の１軸方向駆動機構によって実現された図示しない昇降機構によって図２の矢印Ｃに示すように上下方向に昇降可能である。支持部材５５と上部カップ６０とが近接され、支持部材５５の上面及びウエハＷの処理面ＷＦの端部と上部カップ６０の下端部とが、実質的に閉じ合わされることにより、保持機構５１に保持されたウエハＷの上方にメッキ液を貯溜する処理空間（メッキ処理空間）６１が形成される。
【００４１】
なお、上部カップ６０の下端部と支持部材５は回転時にハイドロプレーンが形成される程度に近接されており、メッキ処理を行うためのメッキ液を充填する際に、支持部材５５の上面と上部カップ６０の下端部との接合部分から多量のメッキ液が漏れ出ないようになっている。
【００４２】
上部カップ６０内、すなわち処理空間６１には、保持機構５１に保持されたウエハＷの処理面ＷＦに対向して配置される円板状の第１電極である陽電極（アノード電極）７０が配設されている。この陽電極７０は、支持軸７１を介して、上部カップ６０の上方に設けられたモータ７２の回転軸に連結されている。モータ７２が駆動することにより、支持軸７１を介して円板状の陽電極が処理空間６１内において回転する。
【００４３】
支持軸７１は、導電性の材料で形成されており、給電ブラシ７３によって、支持軸７１に対してブラシ給電されるようになっている。この支持軸７１は絶縁部７１ａによって上部と下部とが電気的に絶縁されており、給電ブラシ７３からの給電がモータ７２に直接影響しないように構成されている。
【００４４】
なお、上部カップ６０の上面中央部には、支持軸７１を通すための開口６０ａが形成されている。この開口６０ａと支持軸７１との間は、シール部材６０ｂによってシールされている。
【００４５】
給電ブラシ７３は、導線７７を介して電源ユニットの陽極側に接続され、給電ブラシ５６は、導線５７を介して電源ユニット７８の陰極側に接続されている。したがって、ウエハＷの処理面ＷＦは、支持部材５５だけが、保持部材５４、支持軸５３、給電ブラシ５６、及び導線５７を介して陰極となるように給電され、陽電極７０は、支持軸７１、給電ブラシ７３、及び導線７７を介して陽極となるように給電される。
【００４６】
陽電極７０の略中心部には、メッキ液を処理空間６１へ供給するための供給口７０ａが形成されている。この供給口７０ａは、メッキ液を供給するための供給配管８０を介して、電解メッキ液供給源８１に連通接続されている。この供給配管８０の途中には、メッキ液の供給口７０ａへの供給量を調整するための調整弁８２が設けられている。なお、供給配管８０の一部分は、支持軸７１の内部に形成されており、供給配管８０の一端が供給口７０ａに直接接続されている。
【００４７】
また、この供給口７０ａの下方には、供給口７０ａから処理空間７１へ供給されるメッキ液に旋回力を与えるための旋回機構９０が配置されている。この旋回機構９０は、陽電極７０とウエハＷとの間に設けられ、０．５μｍ程度の微細孔が形成され、濾過性能を有するフィルタ９１の略中央部に取り付けられている。
【００４８】
ウエハＷに対するメッキ処理は次のようにして行われる。支持部材５５と上部カップ６０とが近接され、支持部材５５の上面及びウエハＷの処理面ＷＦの端部と上部カップ６０の下端部とが、実質的に閉じ合わされた状態にする。次に、調整弁８２を閉から開へ切り換える。これにより、メッキ液がメッキ液供給源８１から供給配管８０及び供給口７０ａを介してメッキ処理空間６１へ供給される。
【００４９】
なお、このとき旋回機構９０により、図２の矢印Ｄに示すように、メッキ液に旋回力が付与され、メッキ液は周囲に大きく分散され、ウエハＷの処理面ＷＦ全体にわたって均一に供給される。
【００５０】
電源ユニット７８から給電をすることにより、メッキ処理が均一に供給されたウエハＷの処理面にメッキ処理が施されることになる。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る基板処理装置によれば、カップ部材内に供給されるメッキ液に旋回力を付与する旋回力付与手段を設けているので、基板の処理面にメッキ液が均一に供給され、基板の処理面に均一な膜厚のメッキ膜を形成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る基板メッキ装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る基板メッキ装置の全体構成を示す図である。
【図３】従来の基板メッキ装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１    保持機構
２    支持台
３    支持軸
４    保持部材
５    支持部材
６    給電ブラシ
７    導線
１０    上部カップ
１０ｃ  供給口
１１    処理空間
１２    旋回機構
２０    陽電極
２１    支持軸
２２    モータ
２３    給電ブラシ
２４    導線
２８    電源ユニット
３０    供給配管
３１    メッキ液供給源
５１    保持機構
５２    支持台
５３    支持軸
５４    保持部材
５５    支持部材
５６    給電ブラシ
５７    導線
６０    上部カップ
６１    処理空間
７０    陽電極
７０ａ  供給口
７１    支持軸
７２    モータ
７３    給電ブラシ
７７    導線
７８    電源ユニット
８０    供給配管
８１    メッキ液供給源
９０    旋回機構
Ｗ    ウエハ
ＷＦ    処理面
【図１】
0003709154.tif 000002
【図２】
0003709154.tif 000003
【図３】
0003709154.tif 000004