(57)【要約】  半導体装置の製造装置は、基板を保持する基板保持部と、当該基板保持部に保持された基板に処理液を供給する処理液供給部と、当該基板保持部に対向して配置され、当該基板保持部に保持された基板に電解処理を行う電解処理部と、基板に電圧を印加するための端子と、を有し、電解処理部は、基板に供給された処理液に接触しかつ基板との間で電圧を印加するための直接電極と、基板に供給された処理液に電界を形成する間接電極とを有している。
2017094568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造装置であって、
基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された基板に処理液を供給する処理液供給部と、
前記基板保持部に対向して配置され、当該基板保持部に保持された基板に電解処理を行う電解処理部と、
基板に電圧を印加するための端子と、を有し、
前記電解処理部は、
基板に供給された前記処理液に接触し、基板との間で電圧を印加するための直接電極と、
基板に供給された前記処理液に電界を形成する間接電極と、を有する。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造装置において、
前記電解処理部は、絶縁体からなる本体部をさらに有し、
前記直接電極は、前記本体部の表面に設けられ、
前記間接電極は、前記本体部の内部に設けられている。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置の製造装置において、
前記間接電極は、前記本体部の内部において複数積層して設けられている。
【請求項４】
半導体装置の製造装置であって、
基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された基板に処理液を供給する処理液供給部と、
前記基板保持部に対向して配置され、当該基板保持部に保持された基板に電解処理を行う電解処理部と、
基板に電圧を印加するための端子と、を有し、
前記電解処理部は、
絶縁体からなる本体部と、
前記本体部の表面に設けられ、基板に供給された前記処理液に接触し、基板との間で電圧を印加すると共に、基板に供給された前記処理液に電界を形成する共通電極と、
配線を介して前記共通電極に接続されたコンデンサと、を有する。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置の製造装置において、
前記電解処理部は前記端子を保持する。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体装置の製造装置において、
前記基板保持部又は前記電解処理部を相対的に移動させる移動機構をさらに有する。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置の製造装置において、
前記基板保持部を回転させる回転機構をさらに有する。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体装置の製造装置において、
前記基板保持部は、上面が開口した容器を備え、当該容器の内部に基板を保持し、且つ前記処理液を貯留する。
【請求項９】
半導体装置の製造方法であって、
基板を保持する基板保持部と、当該基板保持部に保持された基板に電解処理を行う電解処理部と、を対向配置する第１の工程と、
処理液供給部によって、前記基板保持部に保持された基板に処理液を供給する第２の工程と、
基板に電圧を印加するための端子を基板に接触させると共に、前記電解処理部が備える直接電極を前記処理液に接触させる第３の工程と、
前記電解処理部が備える間接電極に電圧を印加することで、前記処理液に電界を形成し、当該処理液中の被処理イオンを基板側に移動させる第４の工程と、
前記直接電極と基板との間に電圧を印加することで、基板側に移動した前記被処理イオンを酸化又は還元する第５の工程と、を有する。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、
前記電解処理部は、絶縁体からなる本体部をさらに有し、
前記直接電極は、前記本体部の表面に設けられ、
前記間接電極は、前記本体部の内部に設けられている。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
前記間接電極は、前記本体部の内部において複数積層して設けられている。
【請求項１２】
半導体装置の製造方法であって、
基板を保持する基板保持部と、当該基板保持部に保持された基板に電解処理を行う電解処理部と、を対向配置する第１の工程と、
処理液供給部によって、前記基板保持部に保持された基板に処理液を供給する第２の工程と、
基板に電圧を印加するための端子を基板に接触させると共に、前記電解処理部が備える共通電極を前記処理液に接触させる第３の工程と、
前記共通電極に電圧を印加することで、前記処理液に電界を形成し、当該処理液中の被処理イオンを基板側に移動させる第４の工程と、
前記共通電極と基板との間に電圧を印加することで、基板側に移動した前記被処理イオンを酸化又は還元する第５の工程と、を有し、
前記電解処理部は、絶縁体からなる本体部をさらに有し、
前記共通電極は、前記本体部の表面に設けられ、
前記共通電極には、配線を介してコンデンサが接続されている。
【請求項１３】
請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、
前記電解処理部は前記端子を保持し、
前記第３の工程において、前記端子の高さを調整して当該端子を基板に接触させる。
【請求項１４】
請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第３の工程において、移動機構によって前記基板保持部又は前記電解処理部を相対的に移動させる。
【請求項１５】
請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２の工程において、回転機構によって前記基板保持部を回転させながら、前記処理液供給部によって前記基板保持部に保持された基板に前記処理液を供給する。
【請求項１６】
請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板保持部は上面が開口した容器を備え、
前記第２の工程において、前記容器の内部に基板を保持しつつ、前記処理液供給部によって前記容器の内部に前記処理液を供給し貯留する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１５年１２月３日に日本国に出願された特願２０１５−２３６３５３号に基づき、優先権を主張し、その内容をここに援用する。【０００２】
本発明は、半導体装置の製造装置、及び当該製造装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体装置の製造工程においては、例えばめっき処理やエッチング処理等の電解処理が行われる。【０００４】
半導体ウェハに対するめっき処理は、従来、例えば特許文献１に記載されためっき装置で行われる。めっき装置では、アノード電極に対面配置された半導体ウェハが、そのめっき処理面が下方に向くように配置される。また、半導体ウェハを支持する支持部は、当該半導体ウェハに接続されるカソード電極を構成している。そして半導体ウェハのめっき処理面に向けて、前記アノード電極を通してめっき液を噴流させることにより半導体ウェハのめっき処理を行う。【０００５】
また、特許文献１に記載されためっき装置には超音波振動子が設けられており、かかる超音波振動子から発振される超音波をめっき液に伝えることで、めっき液を攪拌している。これより、めっき処理の均一性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本国特開２００４−２５０７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されためっき装置を用いた場合、めっき液を攪拌するために超音波振動子が必要となり、大掛かりな攪拌手段が必要となる。そして装置構成上、このような撹拌手段を設けることができない場合もある。【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、半導体装置を効率よく製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明の一態様は、半導体装置の製造装置であって、基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部に保持された基板に処理液を供給する処理液供給部と、前記基板保持部に対向して配置され、当該基板保持部に保持された基板に電解処理を行う電解処理部と、基板に電圧を印加するための端子と、を有し、前記電解処理部は、基板に供給された前記処理液に接触し、基板との間で電圧を印加するための直接電極と、基板に供給された前記処理液に電界を形成する間接電極と、を有する。【００１０】
例えば処理液に含まれる被処理イオンが陽イオンの場合、間接電極に電圧を印加して処理液に電界（静電場）を形成すると、電解処理部（間接電極及び直接電極）側に負の荷電粒子が集まり、基板側に被処理イオンが移動する。そして直接電極を陽極とし、基板を陰極として電圧を印加して、直接電極と基板との間に電流を流す。そうすると、基板側に移動した被処理イオンの電荷が交換されて、被処理イオンが還元される。【００１１】
また、例えば被処理イオンが陰イオンの場合も同様に、間接電極に電圧を印加して処理液に電界を形成すると、基板側に被処理イオンが移動する。そして直接電極を陰極とし、基板を陽極として電圧を印加して、直接電極と基板との間に電流を流す。そうすると、基板側に移動した被処理イオンの電荷が交換されて、被処理イオンが酸化される。【００１２】
このように本発明の一態様では、間接電極による被処理イオンの移動と直接電極及び基板による被処理イオンの酸化又は還元（以下、単に「酸化還元」という場合がある）が個別に行われるので、基板の表面に十分な被処理イオンが均一に集積した状態で被処理イオンの酸化還元を行うことができる。このため、基板の表面に対して電解処理を均一に行うことができる。しかも、電解処理の均一性を向上させるため、従来のようにめっき液を攪拌させるための大掛かりな手段が必要なく、装置構成を簡易化することができる。したがって、半導体装置を効率よく且つ適切に製造することができる。【００１３】
別な観点による本発明の一態様は、半導体装置の製造装置であって、基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部に保持された基板に処理液を供給する処理液供給部と、前記基板保持部に対向して配置され、当該基板保持部に保持された基板に電解処理を行う電解処理部と、基板に電圧を印加するための端子と、を有し、前記電解処理部は、絶縁体からなる本体部と、前記本体部の表面に設けられ、基板に供給された前記処理液に接触し、基板との間で電圧を印加すると共に、基板に供給された前記処理液に電界を形成する共通電極と、配線を介して前記共通電極に接続されたコンデンサと、を有する。【００１４】
別な観点による本発明の一態様は、半導体装置の製造方法であって、基板を保持する基板保持部と、当該基板保持部に保持された基板に電解処理を行う電解処理部と、を対向配置する第１の工程と、処理液供給部によって、前記基板保持部に保持された基板に処理液を供給する第２の工程と、基板に電圧を印加するための端子を基板に接触させると共に、前記電解処理部が備える直接電極を前記処理液に接触させる第３の工程と、前記電解処理部が備える間接電極に電圧を印加することで、前記処理液に電界を形成し、当該処理液中の被処理イオンを基板側に移動させる第４の工程と、前記直接電極と基板との間に電圧を印加することで、基板側に移動した前記被処理イオンを酸化又は還元する第５の工程と、を有する。【００１５】
別な観点による本発明の一態様は、半導体装置の製造方法であって、基板を保持する基板保持部と、当該基板保持部に保持された基板に電解処理を行う電解処理部と、を対向配置する第１の工程と、処理液供給部によって、前記基板保持部に保持された基板に処理液を供給する第２の工程と、基板に電圧を印加するための端子を基板に接触させると共に、前記電解処理部が備える共通電極を前記処理液に接触させる第３の工程と、前記共通電極に電圧を印加することで、前記処理液に電界を形成し、当該処理液中の被処理イオンを基板側に移動させる第４の工程と、前記共通電極と基板との間に電圧を印加することで、基板側に移動した前記被処理イオンを酸化又は還元する第５の工程と、を有し、前記電解処理部は、絶縁体からなる本体部をさらに有し、前記共通電極は、前記本体部の表面に設けられ、前記共通電極には、配線を介してコンデンサが接続されている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、半導体装置を効率よく且つ適切に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施の形態にかかる半導体装置の製造装置の構成の概略を示す説明図である。
【図２】ウェハ上にめっき液の液パドルを形成する様子を示す説明図である。
【図３】端子をウェハに接触させると共に、直接電極をウェハ上のめっき液に接触させる様子を示す説明図である。
【図４】間接電極とウェハとの間に直流電圧を連続的に印加しつつ、直接電極とウェハとの間に直流電圧をパルス状に印加する様子を示すグラフである。
【図５】間接電極とウェハとの間に電圧を印加した様子を示す説明図である。
【図６】直接電極とウェハとの間に電圧を印加した様子を示す説明図である。
【図７】他の実施の形態にかかる半導体装置の製造装置の構成の概略を示す説明図である。
【図８】間接電極とウェハとの間に電圧を印加した様子を示す説明図である。
【図９】直接電極とウェハとの間に電圧を印加した様子を示す説明図である。
【図１０】他の実施の形態にかかる半導体装置の製造装置の構成の概略を示す説明図である。
【図１１】間接電極を積層した様子を示す説明図であり、（ａ）は独立した間接電極が複数層に設けられた場合を示し、（ｂ）は間接電極が櫛歯状に設けられた場合を示し、（ｃ）は２つの櫛歯状の間接電極が交互に設けられた場合を示す。
【図１２】他の実施の形態にかかる半導体装置の製造装置の構成の概略を示す説明図である。
【図１３】コンデンサを充電した様子を示す説明図である。
【図１４】コンデンサを放電した様子を示す説明図である。
【図１５】他の実施の形態にかかる半導体装置の製造装置の構成の概略を示す説明図である。
【図１６】他の実施の形態にかかる半導体装置の製造装置の構成の概略を示す説明図である。
【図１７】他の実施の形態にかかる半導体装置の製造装置の構成の概略を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１９】
図１は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造装置１の構成の概略を示す説明図である。製造装置１では、基板としての半導体ウェハＷ（以下、「ウェハＷ」という。）に対し、電解処理としてめっき処理を行う。このウェハＷの表面には、電極として用いられるシード層（図示せず）が形成されている。なお、以下の説明で用いる図面において、各構成要素の寸法は、技術の理解の容易さを優先させるため、必ずしも実際の寸法に対応していない。
【００２０】
製造装置１は、基板保持部としてのウェハ保持部１０を有している。ウェハ保持部１０は、ウェハＷを保持して回転させるスピンチャックである。ウェハ保持部１０は、平面視においてウェハＷの径より大きい径を有する表面１０ａを有し、当該表面１０ａには、例えばウェハＷを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷをウェハ保持部１０上に吸着保持できる。
【００２１】
ウェハ保持部１０には、例えばモータなどを備えた駆動機構１１が設けられ、その駆動機構１１により所定の速度に回転できる。また、駆動機構１１には、シリンダなどの昇降駆動源が設けられており、ウェハ保持部１０は鉛直方向に移動可能である。なお、本実施の形態においては駆動機構１１が、本発明における回転機構と移動機構を構成している。
【００２２】
ウェハ保持部１０の上方には、当該ウェハ保持部１０に対向して、電解処理部２０が設けられている。電解処理部２０は、絶縁体からなる本体部２１を有している。本体部２１は、平面視においてウェハＷの径より大きい径を有する表面２１ａを有している。本体部２１には、端子２２、直接電極２３及び間接電極２４が設けられている。
【００２３】
端子２２は、本体部２１に保持され、当該本体部２１の表面２１ａから突出して設けられている。また端子２２は、弾性を有している。そしてめっき処理を行う際、端子２２は、後述するようにウェハＷ（シード層）に接触し、当該ウェハＷに電圧を印加する。なお、端子２２の数は特に限定されるものではないが、本実施の形態では例えば８個設けられている。また、端子２２は必ずしも本体部２１に設けられている必要はなく、電解処理部２０とは別に設けられていてもよい。
【００２４】
直接電極２３は、本体部２１の表面２１ａに設けられている。めっき処理を行う際、直接電極２３は、後述するようにウェハＷ上のめっき液に接触する。
【００２５】
間接電極２４は、本体部２１の内部に設けられている。すなわち、間接電極２４は外部に露出していない。
【００２６】
端子２２、直接電極２３及び間接電極２４には、直流電源３０が接続されている。端子２２は、直流電源３０の負極側に接続されている。直接電極２３と間接電極２４は、それぞれ直流電源３０の正極側に接続されている。また直接電極２３と直流電源３０との間には、当該直接電極２３と直流電源３０の接続状態を切り替えるためのスイッチ３１が設けられている。スイッチ３１のオン−オフは、後述する制御部５０によって制御される。そしてスイッチ３１がオンの状態では、直接電極２３と直流電源３０が接続され、直接電極２３と端子２２との間に電流が流れる。またスイッチ３１がオフの状態では、直接電極２３と直流電源３０が切断され、直接電極２３と端子２２との間に電流が流れない。
【００２７】
ウェハ保持部１０と電解処理部２０の間には、ウェハＷ上に処理液としてのめっき液を供給する、処理液供給部としてのノズル４０が設けられている。ノズル４０は、ノズル移動機構４１によって、水平方向及び鉛直方向に移動自在であり、ウェハ保持部１０に対して進退自在に構成されている。またノズル４０は、めっき液を貯留するめっき液供給源（図示せず）に連通し、当該めっき液供給源からノズル４０にめっき液が供給されるようになっている。なお、めっき液としては、例えば硫酸銅と硫酸を溶解した混合液が用いられ、めっき液中には、被処理イオンとしての銅イオンが含まれている。また、本実施の形態では処理液供給部としてノズル４０を用いているが、めっき液を供給する機構としては他の種々の手段を用いることができる。
【００２８】
なお、ウェハ保持部１０の周囲には、ウェハＷから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ（図示せず）が設けられていてもよい。
【００２９】
以上の製造装置１には、制御部５０が設けられている。制御部５０は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、製造装置１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御部５０にインストールされたものであってもよい。
【００３０】
次に、以上のように構成された製造装置１を用いた製造方法におけるめっき処理について説明する。
【００３１】
先ず、図２に示すようにウェハ保持部１０と電解処理部２０を対向配置した状態で、ノズル移動機構４１によってノズル４０をウェハ保持部１０に保持されたウェハＷの中心部の上方まで移動させる。このとき、ウェハ保持部１０の表面１０ａと電解処理部２０の本体部２１の表面２１ａとの間の距離は約１００ｍｍである。その後、駆動機構１１によってウェハＷを回転させながら、ノズル４０からめっき液ＭをウェハＷの中心部に供給する。供給されためっき液Ｍは遠心力によりウェハＷ全面に拡散される。このとき、ウェハＷが回転することで、めっき液Ｍはウェハ面内で均一に拡散する。そして、ノズル４０からのめっき液Ｍの供給を停止し、ウェハＷの回転を停止すると、めっき液Ｍの表面張力によってウェハＷ上にめっき液Ｍが留まり、均一な膜厚の液パドルが形成される。
【００３２】
その後、図３に示すように駆動機構１１によってウェハ保持部１０を上昇させる。このとき、ウェハ保持部１０の表面１０ａと電解処理部２０の本体部２１の表面２１ａとの間の距離は約１ｍｍである。そして、端子２２をウェハＷに接触させると共に、直接電極２３をウェハＷ上のめっき液Ｍに接触させる。この際、端子２２は弾性を有しているので、当該端子２２の高さを調整して、めっき液Ｍにおける表面１０ａ、２１ａ間の距離を調整することができる。そして、各端子２２に所定の荷重、例えば８０ｇを印加し、端子２２とウェハＷの間に電気的接点を形成する。このように荷重を印加することで、酸化膜などの薄膜や接点形成が困難な高度の高い材料に対しても電気的接点を形成することができる。
【００３３】
図４に示すように間接電極２４とウェハＷとの間に直流電圧を連続的に印加しつつ、直接電極２３とウェハＷとの間に直流電圧をパルス状に印加する、いわゆるパルス電圧を印加する。この際、８個の端子２２毎に、パルス電圧が制御される。
【００３４】
より詳細に説明すると、図５に示すように間接電極２４を陽極とし、ウェハＷを陰極として直流電圧を印加して、電界（静電場）を形成する。そうすると、電解処理部２０の表面（間接電極２４及び直接電極２３）側に負の荷電粒子である硫酸イオンＳが集まり、ウェハＷの表面側に正の荷電粒子である銅イオンＣが移動する。
【００３５】
このとき、スイッチ３１をオフの状態にしておくことで、直接電極２３を電気的にフローティング状態にしておく。このような状況においては、電解処理部２０とウェハＷのいずれの表面においても電荷交換が行われないので、静電場により引きつけられた荷電粒子が電極表面に配列されることになる。図５に示すように、ウェハＷの表面においても銅イオンＣが均一に配列される。ウェハＷ表面で銅イオンＣの電荷交換が行われず、水の電気分解も抑制されるので、間接電極２４とウェハＷとの間に電圧を印可する際の電界を高くすることができる。そして、この高電界によって銅イオンＣの移動を速くでき、めっき処理のめっきレートを向上させることができる。さらに、この電界を任意に制御することで、ウェハＷの表面に配列される銅イオンＣも任意に制御される。
【００３６】
なお、本実施の形態においては、直接電極２３が陰極になるのを回避するため、直接電極２３をグランドに接続せず、電気的にフローティング状態にしている。
【００３７】
その後、十分な銅イオンＣがウェハＷ側に移動して集積すると、図６に示すようにスイッチ３１をオンにする。そして直接電極２３を陽極とし、ウェハＷを陰極として電圧を印加して、直接電極２３とウェハＷとの間に電流を流す。そうすると、ウェハＷの表面に均一に配列されている銅イオンＣとの電荷交換が行われ、銅イオンＣが還元されて、ウェハＷの表面に銅めっき６０が析出する。なお、このとき硫酸イオンＳは直接電極２３によって酸化されている。
【００３８】
ウェハＷの表面に十分な銅イオンＣが集積し、均一に配列された状態で還元されるので、ウェハＷの表面に銅めっき６０を均一に析出させることができる。結果的に、銅めっき６０における結晶の密度が高くなり、品質の良い銅めっき６０を形成することができる。また、ウェハＷの表面に銅イオンＣが均一に配列された状態で還元を行っているので、銅めっき６０を均一かつ高品質に生成することができるのである。
【００３９】
そして、上述したノズル４０からのめっき液Ｍの供給、間接電極２４による銅イオンＣの移動、直接電極２３及びウェハＷによる銅イオンＣの還元が繰り返し行われることで、銅めっき６０が所定の膜厚、約５μｍに成長する。こうして、製造装置１における一連のめっき処理が終了する。
【００４０】
以上の実施の形態によれば、間接電極２４による銅イオンＣの移動と直接電極２３及びウェハＷによる銅イオンＣの還元が個別に行われるので、ウェハＷの表面に十分な銅イオンＣが均一に集積した状態で銅イオンＣの還元を行うことができる。このため、ウェハＷの表面に対してめっき処理を均一に行うことができる。しかも、めっき処理の均一性を向上させるため、従来のようにめっき液を攪拌させるための大掛かりな手段が必要なく、装置構成を簡易化することができる。したがって、半導体装置を効率よく且つ適切に製造することができる。
【００４１】
また、ウェハＷ上にめっき液Ｍを供給する際、ウェハＷを回転させているので、ウェハＷ上のめっき液Ｍの膜厚をウェハ面内で均一にすることができる。このため、ウェハＷの表面に対してめっき処理をさらに均一に行うことができる。なお、ウェハＷの回転がなくてもめっき液Ｍは表面張力によりウェハＷ上を拡散するが、本実施の形態のようにウェハＷを回転させることでめっき液Ｍの膜厚をより均一にすることができるのである。
【００４２】
また、ウェハＷ上にめっき液Ｍを供給した後、駆動機構１１によってウェハ保持部１０を上昇させ、端子２２をウェハＷに接触させると共に、直接電極２３をウェハＷ上のめっき液Ｍに接触させる。こうすることで、端子２２、直接電極２３及び間接電極２４を同時に位置調整することができ、一連の処理を効率よく行うことができる。
【００４３】
なお、ウェハＷを陰極として直流電圧を印加するためには、例えばウェハＷに電源を接続することが考えられるが、かかる場合、電源に接続される配線などが邪魔になり、ウェハＷを回転させるのが困難となる。この点、本実施の形態では、端子２２をウェハＷに接触させるだけで、当該ウェハＷを陰極として使用できるので、ウェハＷを回転させる際には、その回転を阻害するものはなく、ウェハＷの回転処理を容易に行うことができる。
【００４４】
また、上述のようにめっき液Ｍの膜厚を調整することで、ウェハＷ上の銅イオンＣの量が定まるため、銅めっき６０の膜厚を調整することができる。本実施の形態では、めっき液Ｍの供給、銅イオンＣの移動集積及び銅イオンＣの還元を繰り返し行っているが、上記めっき液Ｍの膜厚を調整することで、これらを１回行って所定の膜厚の銅めっき６０を形成できる場合もある。
【００４５】
さらに、銅めっき６０の膜厚を調整するため、めっき液Ｍの膜厚を小さく抑えることができるので、めっき液Ｍの使用効率が高く、めっき液Ｍの使用量を抑制することができる。
【００４６】
ところで、半導体装置の製造にあたり、めっき処理の前後には種々の液処理が行われる。例えばめっき処理の前に洗浄処理を行う場合、ウェハ上にはＤＩＷやＩＰＡなどの洗浄液が供給される。そうすると洗浄処理の後、ウェハＷ上の洗浄液をめっき液Ｍに置換する必要があるが、この際、本実施の形態のようにウェハＷを回転させることで、洗浄液を振り切り除去することができる。したがって、ウェハＷを回転させることは、当該ウェハＷ上の処理液の置換に有効である。
【００４７】
次に、製造装置１の他の実施の形態について説明する。図１に示した製造装置１では、スイッチ３１は直接電極２３と直流電源３０の接続状態を切り替えるものであったが、スイッチの構成はこれに限定されない。例えば図７に示すように間接電極２４にスイッチ１００が設けられていてもよい。スイッチ１００は、間接電極２４と直流電源３０の接続と、間接電極２４と直接電極２３の接続とを切り替える。スイッチ１００の切り替えは、制御部５０によって制御される。なお、図７に示す製造装置１の他の構成は、図１に示した製造装置１の他の構成と同じである。
【００４８】
かかる場合、図８に示すようにウェハＷ上にめっき液Ｍの液パドルを形成し、端子２２をウェハＷに接触させると共に、直接電極２３をウェハＷ上のめっき液Ｍに接触させる。その後スイッチ１００によって、間接電極２４と直流電源３０を接続する。そして、間接電極２４を陽極とし、ウェハＷを陰極として直流電圧を印加して、電界（静電場）を形成する。そうすると、間接電極２４に正の電荷が蓄積され、電解処理部２０の表面側に負の荷電粒子である硫酸イオンＳが集まる。一方、ウェハＷには負の電荷が蓄積され、ウェハＷの表面側に正の荷電粒子である銅イオンＣが移動する。なお、以下の説明において、このようにスイッチ１００によって間接電極２４と直流電源３０を接続し、間接電極２４に電荷が蓄積される状態を「充電」という場合がある。
【００４９】
なお、直接電極２３が陰極になるのを回避するため、直接電極２３をグランドに接続せず、電気的にフローティング状態にしている。このような状況においては、直接電極２３とウェハＷのいずれの表面においても電荷交換が行われないので、静電場により引きつけられた荷電粒子が電極表面に配列されることになる。
【００５０】
スイッチ１００による間接電極２４と直流電源３０の接続は、間接電極２４とウェハＷに十分な電荷が蓄積されるまで、すなわち満充電されるまで行われる。そうすると、ウェハＷの表面に銅イオンＣが均一に配列される。ウェハＷの表面で銅イオンＣの電荷交換が行われず、水の電気分解も抑制されるので、間接電極２４とウェハＷとの間に電圧を印可する際の電界を高くすることができる。そして、この高電界によって銅イオンＣの移動を速くできる。さらに、この電界を任意に制御することで、ウェハＷの表面に配列される銅イオンＣも任意に制御される。
【００５１】
その後、図９に示すようにスイッチ１００を切り替え、間接電極２４と直流電源３０の接続を切断し、間接電極２４と直接電極２３を接続する。そうすると、間接電極２４に蓄積された正の電荷が直接電極２３に移動し、電解処理部２０の表面側に集まった硫酸イオンＳの電荷が交換されて、硫酸イオンＳは酸化される。これに伴い、ウェハＷの表面に配列されている銅イオンＣの電荷が交換されて、銅イオンＣが還元される。そして、ウェハＷの表面に銅めっき６０が析出する。なお、以下の説明において、このようにスイッチ１００によって間接電極２４と直接電極２３を接続し、間接電極２４から電荷が移動する状態を「放電」という場合がある。
【００５２】
ウェハＷの表面に十分な銅イオンＣが集積し、均一に配列された状態で還元されるので、ウェハＷの表面に銅めっき６０を均一に析出させることができる。結果的に、銅めっき６０における結晶の密度が高くなり、品質の良い銅めっき６０を形成することができる。また、ウェハＷの表面に銅イオンＣが均一に配列された状態で還元を行っているので、銅めっき６０を均一かつ高品質に生成することができるのである。
【００５３】
そして、上述したノズル４０からのめっき液Ｍの供給、充電時の銅イオンＣの移動集積と放電時の銅イオンＣの還元が繰り返し行われることで、銅めっき６０が所定の膜厚、約５μｍに成長する。こうして、製造装置１における一連のめっき処理が終了する。
【００５４】
本実施の形態においても、上記実施の形態と同じ効果を享受できる。すなわち、簡易な構成の製造装置１を用いて、ウェハＷの表面に対してめっき処理を均一に行うことができる。
【００５５】
なお、スイッチ１００と直流電源３０を用いる代わりに、パルス電源を用いてパルス電圧を印加しても、本実施の形態と同様の作用効果を享受できる。
【００５６】
次に、製造装置１の他の実施の形態について説明する。図１０に示すように電解処理部２０において、本体部２１の内部には間接電極２４が複数に積層されていてもよい。間接電極２４の積層方法は、種々の方法を取り得る。図１１（ａ）に示すように独立した間接電極２４が複数層に設けられていてもよいし、図１１（ｂ）に示すように間接電極２４が櫛歯状に設けられていてもよいし、図１１（ｃ）に示すように２つの櫛歯状の間接電極２４が交互に設けられていてもよい。
【００５７】
かかる場合、間接電極２４の容量を大きくすることができる。そうすると、ウェハＷの表面に集積する銅イオンＣの濃度を高くすることができる。銅イオンＣの濃度を高くすると、ウェハＷの表面に十分な銅イオンＣが集積した状態で銅イオンＣの電荷交換を行うことができ、これによりめっき処理のレートを向上させることができる。また、ウェハＷの表面に銅イオンＣが均一に配列した状態で銅イオンＣの電荷交換を行うので、めっき処理の均一性も向上させることができる。
【００５８】
なお、本実施の形態においてもスイッチ３１の代わりに、図７に示したスイッチ１００を用いてもよい。
【００５９】
次に、製造装置１の他の実施の形態について説明する。図１に示す電解処理部２０の本体部２１には端子２２、直接電極２３及び間接電極２４が設けられていたが、これに代えて、図１２に示すように本体部２１には、端子１１０、共通電極１１１及びコンデンサ１１２が設けられていてもよい。
【００６０】
端子１１０は、端子２２と同じ構成を有し、すなわち本体部２１に保持され、当該本体部２１の表面２１ａから突出して設けられている。また端子１１０は、弾性を有している。
【００６１】
共通電極１１１は、本体部２１の表面２１ａに設けられている。めっき処理を行う際、共通電極１１１は、ウェハＷ上のめっき液Ｍに接触する。なお、共通電極１１１は、上記実施の形態の直接電極２３の機能と間接電極２４の機能を有する。
【００６２】
端子１１０と共通電極１１１には、直流電源１２０が接続されている。端子１１０は、直流電源１２０の負極側に接続されている。共通電極１１１は、直流電源１２０の正極側に接続されている。
【００６３】
共通電極１１１には、第１の配線１２１と第２の配線１２２が接続されている。第１の配線１２１にはコンデンサ１１２が設けられている。コンデンサ１１２は、絶縁体である本体部２１の内部に設けられていてもよいし、本体部２１の外部において絶縁体で覆われて設けられていてもよい。第２の配線１２２にはスイッチ１２３が設けられている。スイッチ１２３のオンオフは、制御部５０によって制御される。
【００６４】
そしてスイッチ１２３がオンの状態では、共通電極１１１と直流電源１２０が接続され、共通電極１１１と端子１１０との間に電流が流れる。またスイッチ１２３がオフの状態では、共通電極１１１と直流電源１２０が切断され、共通電極１１１と直流電源１２０との間に電流が流れない。なお、図１２に示す製造装置１の他の構成は、図１に示した製造装置１の他の構成と同じである。
【００６５】
かかる場合、図１３に示すようにウェハＷ上にめっき液Ｍの液パドルを形成し、端子１１０をウェハＷに接触させると共に、共通電極１１１をウェハＷ上のめっき液Ｍに接触させる。この際、各端子１１０に所定の荷重、例えば７ｋｇを加え、端子１１０とウェハＷの間に電気的接点を形成する。このように荷重を加えることで、酸化膜などの薄膜や接点形成が困難な高度の高い材料に対しても電気的接点を形成することができる。
【００６６】
そして、図４に示したように第１の配線１２１及び端子１１０を介して共通電極１１１とウェハＷとの間に直流電圧を連続的に印加しつつ、第２の配線１２２及び端子１１０を介して共通電極１１１とウェハＷとの間に直流電圧をパルス状に印加する、いわゆるパルス電圧を印加する。
【００６７】
より詳細に説明すると、図１３に示すように第１の配線１２１及び端子１１０を介して共通電極１１１とウェハＷとの間に直流電圧を連続的に印加し、コンデンサ１１２が充電される。すなわち、コンデンサ１１２の共通電極１１１側に正の電荷が蓄積され、コンデンサ１１２の直流電源１２０側に負の電荷が蓄積される。そして、めっき液Ｍに電界（静電場）が形成される。そうすると、共通電極１１１に正の電荷が蓄積され、共通電極１１１側に負の荷電粒子である硫酸イオンＳが集まる。一方、ウェハＷには負の電荷が蓄積され、ウェハＷ側に正の荷電粒子である銅イオンＣが移動する。
【００６８】
その後、十分な銅イオンＣがウェハＷ側に移動して集積すると、図１４に示すようにスイッチ１２３をオンにする。そして第２の配線１２２及び端子１１０を介して共通電極１１１とウェハＷとの間に直流電圧をパルス状に印加し、共通電極１１１を陽極とし、ウェハＷを陰極として電圧を印加して、共通電極１１１とウェハＷとの間に電流を流す。さらにコンデンサ１１２から放電され、コンデンサ１１２の共通電極１１１側に蓄積された正の電荷が共通電極１１１に移動し、共通電極１１１側に集まった硫酸イオンＳの電荷が交換されて、硫酸イオンＳは酸化される。これに伴い、ウェハＷの表面に配列されている銅イオンＣの電荷が交換されて、銅イオンＣが還元される。そして、ウェハＷの表面に銅めっき６０が析出する。
【００６９】
ウェハＷの表面に十分な銅イオンＣが集積し、均一に配列された状態で還元されるので、ウェハＷの表面に銅めっき６０を均一に析出させることができる。結果的に、銅めっき６０における結晶の密度が高くなり、品質の良い銅めっき６０を形成することができる。また、ウェハＷの表面に銅イオンＣが均一に配列された状態で還元を行っているので、銅めっき６０を均一且つ高品質に生成することができるのである。
【００７０】
そして、上述したノズル４０からのめっき液Ｍの供給、充電時の銅イオンＣの移動集積と放電時の銅イオンＣの還元が繰り返し行われることで、銅めっき６０が所定の膜厚、例えば約５μｍに成長する。こうして、製造装置１における一連のめっき処理が終了する。
【００７１】
本実施の形態においても、上記実施の形態と同じ効果を享受できる。すなわち、簡易な構成の製造装置１を用いて、ウェハＷの表面に対してめっき処理を均一に行うことができる。また、コンデンサ１１２の容量を大きくすることで、ウェハＷの表面に集積する銅イオンＣの濃度を高くすることができ、めっき処理のレートを向上させることができると共に、めっき処理の均一性も向上させることができる。
【００７２】
以上の実施の形態において、図１５に示すように端子１１０、共通電極１１１、コンデンサ１１２、直流電源１２０、配線１２１、１２２及びスイッチ１２３から構成される回路は、複数、例えば７００個設けられていてもよい。この回路の個数は、ウェハＷに形成されたチップの数に対応している。すなわち、端子１１０は、めっき処理を行う際にウェハＷに接触するが、各チップのシード層に接触する。
【００７３】
また、１つの回路において、共通電極１１１とコンデンサ１１２は複数設けられていてもよい。すなわち、共通電極１１１とコンデンサ１１２は、１つの端子１１０に対して複数設けられていてもよい。なお、コンデンサ１１２は、絶縁体である本体部２１の内部に設けられていてもよいし、本体部２１の外部において絶縁体で覆われて設けられていてもよい。
【００７４】
かかる場合、コンデンサ１１２の容量をさらに大きくすることができる。そうすると、ウェハＷの表面に集積する銅イオンＣの濃度をさらに高くすることができ、めっき処理のレートを向上させることができると共に、めっき処理の均一性も向上させることができる。
【００７５】
なお、本実施の形態では、上記回路は、ウェハＷのチップ毎に複数設けられているが、回路毎に印加する電圧を制御してもよい。例えばウェハＷの中央部と外周部で異なる電圧が印加されるように制御することで、ウェハ面内でめっき処理を均一することができる。そして、銅めっき６０の膜厚をウェハ面内で均一にすることができる。
【００７６】
次に、製造装置１の他の実施の形態について説明する。図１に示すウェハ保持部１０はスピンチャックであったが、これに代えて、図１６に示すようにウェハ保持部１３０は上面が開口した容器１３１を備え、容器１３１の内部にウェハＷを保持し、且つめっき液Ｍを貯留する。
【００７７】
ウェハ保持部１３０には、例えばシリンダなどの昇降駆動源が設けられた駆動機構１３２が設けられ、その駆動機構１３２により容器１３１は鉛直方向に移動可能である。なお、本実施の形態においては駆動機構１３２が、本発明における移動機構を構成している。
【００７８】
なお、図１６に示す製造装置１の他の構成は、図１に示した製造装置１の他の構成と同じである。
【００７９】
かかる場合、ウェハＷを容器１３１の内部に保持した状態で、ノズル４０から容器１３１の内部にめっき液Ｍを供給する。そして、ウェハＷに対してめっき処理を行う。
【００８０】
本実施の形態においても、上記実施の形態と同じ効果を享受できる。すなわち、簡易な構成の製造装置１を用いて、ウェハＷの表面に対してめっき処理を均一に行うことができる。また、容器１３１に多量のめっき液Ｍを貯留することができるため、例えば銅めっき６０の目標膜厚が大きい場合に、本実施の形態は特に有用となる。
【００８１】
図１７に示すように、上述したウェハ保持部１３０は、図１２に示した製造装置１に適用してもよい。本実施の形態においても、上記実施の形態と同じ効果を享受できる。
【００８２】
以上の実施の形態では、製造装置１において、駆動機構１１（駆動機構１３２）によってウェハ保持部１０（ウェハ保持部１３０）が移動していたが、電解処理部２０が移動してもよいし、ウェハ保持部１０（ウェハ保持部１３０）と電解処理部２０の両方が移動してもよい。
【００８３】
以上の実施の形態では、電解処理としてめっき処理を行う場合について説明したが、本発明は例えばエッチング処理等の種々の電解処理に適用することができる。
【００８４】
また、以上の実施の形態ではウェハＷの表面側において銅イオンＣを還元する場合について説明したが、本発明はウェハＷの表面側において被処理イオンを酸化する場合にも適用できる。かかる場合、被処理イオンは陰イオンであり、上記実施の形態において陽極と陰極を反対にして同様の電解処理を行えばよい。本実施の形態においても、被処理イオンの酸化と還元の違いはあれ、上記実施の形態と同様の効果を享受することができる。
【００８５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。
【符号の説明】
【００８６】
１    製造装置
１０  ウェハ保持部
１１  駆動機構
２０  電解処理部
２１  本体部
２２  端子
２３  直接電極
２４  間接電極
３０  直流電源
３１  スイッチ
４０  ノズル
５０  制御部
６０  銅めっき
１００  スイッチ
１１０  端子
１１１  共通電極
１１２  コンデンサ
１２０  直流電源
１２３  スイッチ
１３０  ウェハ保持部
１３１  容器
１３２  駆動機構
Ｃ    銅イオン
Ｍ    めっき液
Ｓ    硫酸イオン
Ｗ    ウェハ（半導体ウェハ）
【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】
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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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【国際調査報告】
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2017094568.tif 000021
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