(57)【要約】【課題】  比較的簡単な構成で、例えアスペクト比が高く、深さが深いビアホール等にあっても、金属膜を内部にボイドを発生させることなく確実に埋込むことができるようにする。【解決手段】  第１めっき液を該第１めっき液にアノードを浸漬させて保持する第１めっき槽１７０ａと、第１めっき液より金属濃度の低い第２めっき液を該第２めっき液にアノードを浸漬させて保持する第２めっき槽１７０ｂと、第１めっき槽１７０ａと第２めっき槽１７０ｂとの間を移動自在で、被めっき材を該被めっき材に通電可能に保持するホルダ１６０を有し、ホルダ１６０で保持した被めっき材を第１めっき槽１７０ａ内の第１めっき液に接触させて行う第１めっき処理と、第２めっき槽１７０ｂ内の第２めっき液に接触させて行う第２めっき処理を順次繰返す。【選択図】図４
2006225715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１めっき液を該第１めっき液中にアノードを浸漬させて保持する第１めっき槽と、
前記第１めっき液より金属濃度の低い第２めっき液を該第２めっき液中にアノードを浸漬させて保持する第２めっき槽と、
前記第１めっき槽と前記第２めっき槽との間を移動自在で、被めっき材を該被めっき材に通電可能に保持して前記第１めっき槽内の第１めっき液と前記第２めっき槽内の第２めっき液にそれぞれ接触させるホルダを有し、
前記ホルダで保持した被めっき材を前記第１めっき槽内の第１めっき液に接触させて行う第１めっき処理と、前記第２めっき槽内の第２めっき液に接触させて行う第２めっき処理を１サイクルとして該サイクルを繰返すことを特徴とするめっき装置。
【請求項２】
前記第１めっき液は、硫酸銅・５水和物の濃度が１９０〜２５０ｇ／Ｌの硫酸銅めっき液で、前記第２めっき液は、硫酸銅・５水和物の濃度が５０〜１８０ｇ／Ｌの硫酸銅めっき液であることを特徴とする請求項１記載のめっき装置。
【請求項３】
被めっき材を第１めっき液に接触させ、該被めっき材と前記第１めっき液に浸漬させたアノードとの間に電圧を印加して行う第１めっき処理と、被めっき材を前記第１めっき液よりも金属濃度の低い第２めっき液に接触させ、該被めっき材と前記第２めっき液に浸漬させたアノードとの間に電圧を印加して行う第２めっき処理を１サイクルとして該サイクルを繰返すことを特徴とするめっき方法。
【請求項４】
前記第１めっき液は、硫酸銅・５水和物の濃度が１９０〜２５０ｇ／Ｌの硫酸銅めっき液で、前記第２めっき液は、硫酸銅・５水和物の濃度が５０〜１８０ｇ／Ｌの硫酸銅めっき液であることを特徴とする請求項３記載のめっき方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば基板の表面（被めっき面）にめっきを施すめっき装置及びめっき方法に係り、特に半導体ウェーハ等の表面に設けられた微細なトレンチやビアホール等の配線用凹部に銅や銀等の導電体（配線材料）を埋込んで埋込み配線を形成するのに使用されるめっき装置及びめっき方法に関する。
本発明のめっき装置及びめっき方法は、例えば内部に上下に貫通する多数のビアプラグを有し、半導体チップ等のいわゆる３次元実装に使用されるインタポーザまたはスペーサを製造する際におけるビアの埋込みにも使用される。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板上に配線回路を形成するための金属材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細な配線用凹部の内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜し、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図１は、いわゆるディップ方式を採用した従来の電気めっき装置の一例を示す。この電気めっき装置は、内部にめっき液を保持するめっき槽１２ａと、基板Ｗをその周縁部を水密的にシールし表面（被めっき面）を露出させて着脱自在に保持する上下動自在な基板ホルダ１４ａを有している。めっき槽１２ａの内部には、アノード２４がアノードホルダ２６に保持されて垂直に配置され、更に基板ホルダ１４ａで保持した基板Ｗがアノード２４と対向する位置に配置された時に、このアノード２４と基板Ｗとの間に位置するように、中央孔２８ａを有する誘電体からなる調整板（レギュレーションプレート）２８が配置されている。
【０００４】
これにより、これらのアノード２４、基板Ｗ及び調整板２８をめっき槽１２ａ内のめっき液中に浸漬し、同時に、導線３０ａを介してアノード２４をめっき電源３２の陽極に、導線３０ｂを介して基板Ｗをめっき電源３２の陰極にそれぞれ接続することで、基板Ｗとアノード２４との電位差により、めっき液中の金属イオンが基板Ｗの表面より電子を受け取り、基板Ｗ上に金属が析出して金属膜が形成される。
【０００５】
このめっき装置によれば、アノード２４と該アノード２４と対向する位置に配置される基板Ｗとの間に、中央孔２８ａを有する調整板２８を配置し、この調整板２８でめっき槽１２ａ内の電位分布を調節することで、基板Ｗの表面に形成される金属膜の膜厚分布をある程度調節することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のめっき装置では、一般に同じ組成のめっき液中に基板等の被めっき材を所定の時間浸漬させて、被めっき材の表面（被めっき面）にめっき膜を形成するようにしている。このため、例えば基板の表面に設けた、直径１０〜２０μｍ、深さ７０〜１５０μｍ程度の、アスペスト比が高く、深さの深いビアホールの内部に、内部にボイド等の欠陥が生じることを防止しつつ、めっきで金属膜を確実に埋込むのは一般にかなり困難であった。
【０００７】
例えば、アスペクト比が１以上と高く、深さが深いビアホールの内部にめっきで金属膜を埋込もうとすると、ビアホールの底部までめっき液が行き届かなくなり、ビアホールの開口端部付近におけるめっき液の金属濃度が高くなる。このような状態で、図２に示すように、内部にビアホール４０を設けた絶縁膜４２を覆うシード層４４の表面にめっきを行うと、ビアホール４０の内部での金属イオンの供給が不足し、ビアホール４０の開口端部付近でめっき析出が優先されて該開口端部が金属膜（めっき膜）４６で塞がれ、ビアホール４０の内部に埋込まれた金属膜４６の内部にボイド４８が生じてしまう。
【０００８】
なお、電気めっきにあっては、めっき中の電流密度を上げることでめっき速度を上げることができる。しかし、単に電流密度を上げると、めっきやけ、めっき欠陥、アノード表面の不動態化等が生じて、めっき不具合の原因となってしまう。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、比較的簡単な構成で、例えアスペクト比が高く、深さが深いビアホール等にあっても、金属膜を内部にボイドを発生させることなく確実に埋込むことができるようにしためっき装置及びめっき方法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】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、第１めっき液を該第１めっき液中にアノードを浸漬させて保持する第１めっき槽と、前記第１めっき液より金属濃度の低い第２めっき液を該第２めっき液中にアノードを浸漬させて保持する第２めっき槽と、前記第１めっき槽と前記第２めっき槽との間を移動自在で、被めっき材を該被めっき材に通電可能に保持して前記第１めっき槽内の第１めっき液と前記第２めっき槽内の第２めっき液にそれぞれ接触させるホルダを有し、前記ホルダで保持した被めっき材を前記第１めっき槽内の第１めっき液に接触させて行う第１めっき処理と、前記第２めっき槽内の第２めっき液に接触させて行う第２めっき処理を１サイクルとして該サイクルを繰返すことを特徴とするめっき装置である。
【００１１】
例えば、図３（ａ）に示すように、シード層４４で覆われたビアホール４０を内部に設けた絶縁膜４２の表面に第１めっき液５０ａを接触させると、第１めっき液５０ａはビアホール４０の内部に入り込む。そして、この状態で第１めっき処理を行った後、第１めっき液５０ａより金属濃度の低い第２めっき液５０ｂに絶縁膜４２の表面を接触させると、この接触直後から短時間では、図３（ｂ）に示すように、金属濃度の低い第２めっき液５０ｂがビアホール４０内の第１めっき液５０ａ中に徐々に拡散し、これによって、ビアホール４０の内部に位置するめっき液の金属濃度は、ビアホール４０の開口端部付近のめっき液よりも相対的に高くなる。この状態で第２めっき処理を行うことで、ビアホール４０の内部での金属イオンの供給不足を解消しつつ、ビアホール４０の開口端部付近に対して反応律速にならないようにして、ビアホール４０の周壁に均一な膜厚のめっき膜を形成することができる。このため、この第１めっき処理と第２めっき処理を１サイクルとして、このサイクルを繰返すことによって、図３（ｃ）に示すように、ビアホール４０の内部に、内部にボイドのない金属膜（めっき膜）４６を埋込むことができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記第１めっき液は、硫酸銅・５水和物の濃度が１９０〜２５０ｇ／Ｌの硫酸銅めっき液で、前記第２めっき液は、硫酸銅・５水和物の濃度が５０〜１８０ｇ／Ｌの硫酸銅めっき液であることを特徴とする請求項１記載のめっき装置である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、被めっき材を第１めっき液に接触させ、該被めっき材と前記第１めっき液に浸漬させたアノードとの間に電圧を印加して行う第１めっき処理と、被めっき材を前記第１めっき液よりも金属濃度の低い第２めっき液に接触させ、該被めっき材と前記第２めっき液に浸漬させたアノードとの間に電圧を印加して行う第２めっき処理を１サイクルとして該サイクルを繰返すことを特徴とするめっき方法である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記第１めっき液は、硫酸銅・５水和物の濃度が１９０〜２５０ｇ／Ｌの硫酸銅めっき液で、前記第２めっき液は、硫酸銅・５水和物の濃度が５０〜１８０ｇ／Ｌの硫酸銅めっき液であることを特徴とする請求項３記載のめっき方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ビアホール等の開口端部で金属膜（めっき膜）が優先的に析出されることを防止して、アスペスト比が高く、埋込み深さの深いビアホール等であっても、金属膜を内部にボイドを発生させることなく確実に埋込むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では、被めっき材として半導体ウェーハ等の基板を使用した例を示す。
図４は、本発明の実施の形態におけるめっき装置を備えためっき処理設備の全体配置図を示す。このめっき処理設備は、基板の前処理、めっき処理及びめっきの後処理のめっき全工程を連続して自動的に行うようにしたもので、外装パネルを取付けた装置フレーム１１０の内部は、仕切板１１２によって、基板のめっき処理及びめっき液が付着した基板の処理を行うめっき空間１１６と、それ以外の処理、すなわちめっき液に直接には関わらない処理を行う清浄空間１１４に区分されている。
【００１７】
めっき空間１１６と清浄空間１１４とを仕切る仕切板１１２で仕切られた仕切り部には、基板ホルダ１６０（図５参照）を２枚並列に配置して、この各基板ホルダ１６０との間で基板の脱着を行う、基板受渡し部としての基板脱着台１６２が備えられている。清浄空間１１４には、基板を収納した基板カセットを載置搭載するロード・アンロードポート１２０が接続され、更に、装置フレーム１１０には、操作パネル１２１が備えられている。
【００１８】
清浄空間１１４の内部には、基板のオリフラやノッチなどの位置を所定方向に合わせるアライナ１２２と、めっき処理後の基板を洗浄し高速回転させてスピン乾燥させる２台の洗浄・乾燥装置１２４と、基板の前処理、この例では、基板の表面（被めっき面）に向けて純水を吹きかけることで、基板表面を純水で洗浄するとともに、純水で濡らして親水性を良くする水洗前処理を行う前処理装置１２６が、その四隅に位置して配置されている。更に、これらの各処理装置、つまりアライナ１２２、洗浄・乾燥装置１２４及び前処理装置１２６のほぼ中心に位置して、これらの各処理装置１２２，１２４，１２６、前記基板脱着台１６２及び前記ロード・アンロードポート１２０に搭載した基板カセットとの間で基板の搬送と受渡しを行う第１搬送ロボット１２８が配置されている。
【００１９】
清浄空間１１４内に配置されたアライナ１２２、洗浄・乾燥装置１２４及び前処理装置１２６は、表面を上向きにした水平姿勢で基板を保持して処理する。第１搬送ロボット１２８は、表面を上向きにした水平姿勢で基板を保持して基板の搬送及び受渡しを行う。
【００２０】
めっき空間１１６内には、仕切板１１２側から順に、基板ホルダ１６０の保管及び一時仮置きを行うストッカ１６４、例えば基板の表面に形成したシード層表面の電気抵抗の大きい酸化膜を硫酸や塩酸などの薬液でエッチング除去する活性化処理装置１６６、基板の表面を純水で水洗する第１水洗装置１６８ａ、第１めっき液による第１めっき処理を行う第１めっき装置１７０ａ、第２めっき液による第２めっき処理を行う第２めっき装置１７０ｂ、第２水洗装置１６８ｂ及びめっき処理後の基板の水切りを行うブロー装置１７２が順に配置されている。そして、これらの装置の側方に位置して、２台の第２搬送ロボット１７４ａ，１７４ｂがレール１７６に沿って走行自在に配置されている。この一方の第２搬送ロボット１７４ａは、基板脱着台１６２とストッカ１６４との間で基板ホルダ１６０の搬送を行う。他方の第２搬送ロボット１７４ｂは、ストッカ１６４、活性化処理装置１６６、第１水洗装置１６８ａ、第１めっき装置１７０ａ、第２めっき装置１７０ｂ、第２水洗装置１６８ｂ及びブロー装置１７２の間で基板ホルダ１６０の搬送を行う。
【００２１】
第２搬送ロボット１７４ａ，１７４ｂは、図５に示すように、鉛直方向に延びるボディ１７８と、このボディ１７８に沿って上下動自在でかつ軸心を中心に回転自在なアーム１８０を備えており、このアーム１８０に、基板ホルダ１６０を着脱自在に保持する基板ホルダ保持部１８２が２個並列に備えられている。基板ホルダ１６０は、表面を露出させ周縁部をシールした状態で基板Ｗを着脱自在に保持するように構成されている。
【００２２】
ストッカ１６４、活性化処理装置１６６、水洗装置１６８ａ，１６８ｂ及びめっき装置１７０ａ，１７０ｂは、基板ホルダ１６０の両端部に設けた外方に突出する突出部１６０ａを上端部に引っ掛けて、基板ホルダ１６０を鉛直方向に吊り下げた状態で支持する。活性化処理装置１６６には、内部に薬液を保持する２個の活性化処理槽１８３が備えられ、図５に示すように、基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を鉛直状態で保持した第２搬送ロボット１７４ｂのアーム１８０を下降させ、基板ホルダ１６０を活性化処理槽１８３の上端部に引っ掛けて吊下げ支持することで、基板ホルダ１６０を基板Ｗごと活性化処理槽１８３内の薬液に浸漬させて活性化処理を行うように構成されている。
【００２３】
同様に、水洗装置１６８ａ，１６８ｂには、内部に純水を保持した各２個の水洗槽１８４ａ，１８４ｂが、第１めっき装置１７０ａには、内部に第１めっき液５０ａ（図３（ａ）等参照）を保持した複数の第１めっき槽１８６ａが、第２めっき装置１７０ｂには、内部に第２めっき液５０ｂ（図３（ｂ）参照）を保持した複数の第２めっき槽１８６ｂがそれぞれ備えられている。そして、前述と同様に、基板ホルダ１６０を基板Ｗごとこれらの水洗槽１８４ａ，１８４ｂ内の純水またはめっき槽１８６ａ，１８６ｂ内のめっき液５０ａ，５０ｂに浸漬させることで、水洗処理やめっき処理が行われるように構成されている。またブロー装置１７２は、基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を鉛直状態で保持した第２搬送ロボット１７４ｂのアーム１８０を下降させ、この基板ホルダ１６０に装着した基板Ｗにエアーや不活性ガスを吹きかけることで、基板のブロー処理を行うように構成されている。
【００２４】
第２めっき液５０ｂとして、第１めっき液５０ａより金属濃度が低いめっき液が使用される。例えば、銅めっきを行う場合には、第１めっき液５０ａとして、例えば下記の組成の硫酸銅めっき液（高濃度浴）が、第２めっき液５０ｂとして、第１めっき液５０ａよりも銅濃度の低い、例えば下記の組成の硫酸銅めっき液（低濃度浴）が使用される。
【００２５】
第１めっき液（高濃度浴）の組成
硫酸銅・５水和物：１９０〜２５０ｇ／Ｌ
硫酸            ：  １０〜２００ｇ／Ｌ
塩素            ：  ３０〜８０ｍｇ／Ｌ
添加剤          ：  任意  
第２めっき液（低濃度浴）の組成
硫酸銅・５水和物：  ５０〜１８０ｇ／Ｌ
硫酸            ：  １０〜２００ｇ／Ｌ
塩素            ：  ３０〜８０ｍｇ／Ｌ
添加剤          ：  任意  
【００２６】
第１めっき装置１７０ａ及び第１めっき槽１８６ａと、第２めっき装置１７０ｂ及び第２めっき槽１８６ｂは、使用するめっき液が異なるのみで、同じ構成である。ここでは、第１めっき装置１７０ａ及び第１めっき槽１８６ａについて説明する。
図６に示すように、第１めっき装置１７０ａの各第１めっき槽１８６ａは、内部に一定量の第１めっき液５０ａ（第２めっき装置１７０ｂの各第２めっき槽１８６ｂにあっては、第２めっき液５０ｂ）を保持するように構成され、この第１めっき液５０ａ中に、基板ホルダ１６０で周縁部を水密的にシールし表面（被めっき面）を露出させて保持した基板Ｗを浸漬させて配置するようになっている。
【００２７】
第１めっき槽１８６ａの側方には、この第１めっき槽１８６ａの溢流堰２００の上端をオーバフローした第１めっき液５０ａを流すオーバフロー槽２０２が設けられ、このオーバフロー槽２０２には、めっき液排出ライン２０４が連結されている。そして、このめっき液排出ライン２０４とめっき液供給ライン２１８を結ぶめっき液循環ライン２０６の内部に、循環ポンプ２０８、流量調節器２１０及びフィルタ２１２が介装されている。これによって、循環ポンプ２０８の駆動に伴って第１めっき槽１８６ａ内に供給された第１めっき液５０ａは、第１めっき槽１８６ａの内部を満たし、しかる後、溢流堰２００からオーバフローしてオーバフロー槽２０２内に流れ込み、循環ポンプ２０８に戻って循環する。しかも、めっき液循環ライン２０６に沿って流れる第１めっき液５０ａの流量は、流量調節器２１０で調節される。
【００２８】
第１めっき槽１８６ａの内部には、基板Ｗの形状に沿った円板状のアノード２１４がアノードホルダ２１６に保持されて垂直に設置されている。このアノード２１４は、第１めっき槽１８６ａ内に第１めっき液５０ａを満たした時に、この第１めっき液５０ａ中に浸漬され、基板ホルダ１６０で保持して第１めっき槽１８６ａ内の所定の位置に配置される基板Ｗと対面する。
【００２９】
更に、第１めっき槽１８６ａの内部には、アノード２１４と第１めっき槽１８６ａ内の所定の位置に配置される基板ホルダ１６０との間に位置して、めっき液供給ライン２１８に連結されたリング状のノズル配管２２０が配置されている。このノズル配管２２０は、基板Ｗの外形に沿ったリング状に形成されており、このノズル配管２２０の円周方向に沿った所定の位置には、複数のめっき液噴射ノズル２２２が所定のピッチで設けられている。これにより、前述のようにして循環ポンプ２０８の駆動に伴って循環する第１めっき液５０ａは、このめっき液噴射ノズル２２２から噴射されて第１めっき槽１８６ａ内に供給される。
【００３０】
この例では、ノズル配管２２０は、内部に開口部２２４ａを有し、第１めっき槽１８６ａ内をアノード側と基板側に仕切る矩形平板状の固定板２２４に止め具２２６を介して固定されている。この開口部２２４ａの大きさは、ノズル配管２２０の内径とほぼ同じか、やや小径に設定され、ノズル配管２２０は、固定板２２４の基板側に位置して、開口部２２４ａの周囲を囲むように配置されている。そして、めっき液噴射ノズル２２２は、このめっき液噴射ノズル２２２から噴射される第１めっき液５０ａが、基板ホルダ１６０で保持されて第１めっき槽１８６ａ内の所定の位置に配置される基板Ｗのほぼ中央手前の合流点Ｐで合流する向きに配置されている。
【００３１】
これによって、リング状のノズル配管２２０に設けためっき液噴射ノズル２２２から第１めっき液５０ａを噴射して第１めっき槽１８６ａ内に供給し循環させる。この時、めっき液噴射ノズル２２２から、基板Ｗの表面（被めっき面）に向けて第１めっき液５０ａを噴射して第１めっき液５０ａの強い噴流を当てることで、基板Ｗの表面全域における電位分布の均一性を乱すことを抑えつつ、第１めっき液５０ａ中のイオンを基板Ｗの表面に効率よく供給して、めっき膜質を劣化させることなく、めっき速度を高めることができる。しかも、めっき液噴射ノズル２２２から噴射させる第１めっき液５０ａの流量および方向を、基板Ｗの表面近傍における第１めっき液５０ａの流れがより均一となるように調整することで、基板Ｗの表面に形成されるめっき膜の膜厚の均一性を向上させることができる。
【００３２】
特に、めっき液噴射ノズル２２２から噴射される第１めっき液５０ａが、基板Ｗの表面のほぼ中央手前の合流点Ｐで合流するようにすることが好ましい。これにより、合流した第１めっき液５０ａの流れが基板Ｗの表面のほぼ中央に垂直に当たる流れとなり、その後、基板Ｗの表面に沿って外方に拡がる流れに方向を変えるようにすることで、第１めっき液５０ａの基板Ｗの表面に衝突した後の流れが第１めっき液５０ａの排出流れと干渉することを防止して、一定の連続した安定した第１めっき液５０ａの流れを形成することができる。
【００３３】
ノズル配管２２０、めっき液噴射ノズル２２２及び固定板２２４は、例えば、ＰＶＣ，ＰＰ，ＰＥＥＫ，ＰＥＳ，ＨＴ−ＰＶＣ，ＰＦＡ，ＰＴＦＥ，その他の樹脂系材料からなる誘電体から構成されていることが好ましい。これによって、これらの存在によって、第１めっき槽１８６ａ内の電界分布が乱されてしまうことを防止することができる。
【００３４】
更に、開口部２２４ａを設けた固定板２２４で第１めっき槽１８６ａ内を仕切り、第１めっき液５０ａは、この開口部２２４ａを通過した後、オーバフロー槽２０２よりオーバフローするようにすることで、基板Ｗの全域に対する電位分布をより均一にすることができる。
【００３５】
第１めっき装置１７０ａには、めっき時に陽極が導線２２８ａを介してアノード２１４に、陰極が導線２２８ｂを介して基板Ｗにそれぞれ接続されるめっき電源２３０が備えられている。このめっき電源２３０は、制御部２５０に接続され、この制御部２５０からの信号に基づいて、めっき中にアノード２１４と基板Ｗとの間に印加する電圧を変更するように構成されている。このことは、第２めっき装置１７０ｂにおいても同様である。
【００３６】
この第１めっき装置１７０ａによれば、先ず、第１めっき槽１８６ａの内部に第１めっき液５０ａを満たしておく。そして、基板Ｗを保持した基板ホルダ１６０を下降させて、基板Ｗを第１めっき槽１８６ａ内の第１めっき液５０ａに浸漬した所定の位置に配置する。この状態で、循環ポンプ２０８を駆動して、めっき液噴射ノズル２２２から第１めっき液５０ａを基板Ｗの表面に向けて噴射して第１めっき槽１８６ａ内に供給し、第１めっき液５０ａを循環させる。そして、制御部２５０からの信号でめっき電源２３０を制御し、アノード２１４と基板Ｗとの間に印加する電圧を調整することによって、基板Ｗの表面に金属を析出させて金属膜を形成する。
【００３７】
この時、前述のように、めっき液噴射ノズル２２２から、基板Ｗの表面（被めっき面）に向けて第１めっき液５０ａを噴射して第１めっき液５０ａの強い噴流を当てることで、めっき膜質を劣化させることなく、めっき速度を高めることができる。しかも、基板Ｗの表面近傍における第１めっき液５０ａの流れがより均一となるように調整することで、基板Ｗの表面に形成されるめっき膜の膜厚の均一性を向上させることができる。
【００３８】
このように構成しためっき処理設備によって、銅配線を形成する一連のめっき処理を、図７を更に参照して説明する。先ず、図７（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からなる酸化膜やＬｏｗ−ｋ材膜等の絶縁膜２を堆積し、この絶縁膜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ビアホール３とトレンチ４を形成し、その上にＴａ，ＴａＮ，ＴｉＮ，ＷＮ，ＳｉＴｉＮ，ＣｏＷＰまたはＣｏＷＢ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シード層（導電層）７を形成した基板Ｗを用意する。そして、この基板Ｗをその表面（被めっき面）を上にした状態で基板カセットに収容し、この基板カセットをロード・アンロードポート１２０に搭載する。
【００３９】
このロード・アンロードポート１２０に搭載した基板カセットから、第１搬送ロボット１２８で基板Ｗを１枚取出し、アライナ１２２に載せてオリフラやノッチなどの位置を所定の方向に合わせる。このアライナ１２２で方向を合わせた基板Ｗを第１搬送ロボット１２８で前処理装置１２６に搬送する。そして、この前処理装置１２６で、前処理液に純水を使用した前処理（水洗前処理）を施す。一方、ストッカ１６４内に鉛直姿勢で保管されていた基板ホルダ１６０を第２搬送ロボット１７４ａで取出し、これを９０゜回転させた水平状態にして基板脱着台１６２に２個並列に載置する。
【００４０】
そして、前述の前処理（水洗前処理）を施した基板Ｗをこの基板脱着台１６２に載置された基板ホルダ１６０に周縁部をシールして装着する。そして、この基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を第２搬送ロボット１７４ａで２基同時に把持し、上昇させた後、ストッカ１６４まで搬送し、９０゜回転させて基板ホルダ１６０を垂直な状態となし、しかる後、下降させ、これによって、２基の基板ホルダ１６０をストッカ１６４に吊下げ保持（仮置き）する。これを順次繰返して、ストッカ１６４内に収容された基板ホルダ１６０に順次基板を装着し、ストッカ１６４の所定の位置に順次吊り下げ保持（仮置き）する。
【００４１】
一方、第２搬送ロボット１７４ｂにあっては、基板を装着しストッカ１６４に仮置きした基板ホルダ１６０を２基同時に把持し、上昇させた後、活性化処理装置１６６に搬送し、活性化処理槽１８３に入れた硫酸や塩酸などの薬液に基板を浸漬させてシード層表面の電気抵抗の大きい酸化膜をエッチングし、清浄な金属面を露出させる。更に、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、第１水洗装置１６８ａに搬送し、この水洗槽１８４ａに入れた純水で基板の表面を水洗する。
【００４２】
水洗が終了した基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、第１めっき装置１７０ａに搬送し、第１めっき槽１８６ａ内の第１めっき液５０ａに基板を浸漬させた状態で第１めっき槽１８６ａに吊り下げ支持し、基板Ｗと第１めっき槽１８６ａ内のアノード２１４との間に電圧を印加して、基板Ｗの表面に第１めっき液（高濃度浴）５０ａによる第１めっき処理を施す。そして、第１めっき処理を所定時間行った後、基板を装着した基板ホルダ１６０を第１めっき槽１８６ａ内の第１めっき液５０ａから引き上げて、第２めっき装置１７０ｂに搬送する。そして、第２めっき槽１８６ｂ内の第２めっき液５０ｂに基板を浸漬させた状態で基板ホルダ１６０を第２めっき槽１８６ｂに吊り下げ支持し、基板Ｗと第２めっき槽１８６ｂ内のアノード２１４との間に電圧を印加して、基板Ｗの表面に第１めっき液（高濃度浴）５０ａより銅濃度の低い第２めっき液（低濃度浴）５０ｂによる第２めっき処理を施す。
【００４３】
この第１めっき装置１７０ａの第１めっき液５０ａによる第１めっき処理と、第２めっき装置１７０ｂの第２めっき液５０ｂによる第２めっき処理を１サイクルとし、このサイクルを所定回数繰返して、めっき処理を完了させる。
例えば、幅が２０μｍのトレンチ内に銅を埋込むにあたり、第１めっき装置１７０ａの前述の組成を有する第１めっき液５０ａによる第１めっき処理と、第２めっき装置１７０ｂの前述の組成を有する第２めっき液５０ｂによる第２めっき処理の１サイクルによって１μｍの膜厚の銅膜（めっき膜）を得ることができるときには、このサイクルを１０回繰返す。
【００４４】
この１サイクルのめっき処理によって、ビアホール３やトレンチ４の内部に位置するめっき液の銅濃度をビアホール３やトレンチ４の開口端部付近のめっき液よりも相対的に高くした第２めっき処理を行うことができる。これによって、ビアホール３やトレンチ４の内部での銅イオンの供給不足を解消しつつ、ビアホール３やトレンチ４の開口端部付近に対して反応律速にならないようにして、ビアホール３やトレンチ４の周壁に均一な膜厚のめっき膜（銅膜）を形成することができる。そして、このサイクルを所定回数繰返すことで、図７（ｂ）に示すように、ビアホール３やトレンチ４の内部に、内部にボイドのない銅膜（めっき膜）６を埋込むことができる。
【００４５】
めっき処理終了後、第２めっき装置１７０ｂの第２めっき槽１８６ａ内の第２めっき液５０ｂから基板ホルダ１６０を引き上げ、前出と同様にして、第２水洗装置１６８ｂまで搬送し、この水洗槽１８４ｂに入れた純水に浸漬させて基板の表面を純水洗浄する。しかる後、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、ブロー装置１７２に搬送し、ここで、不活性ガスやエアーを基板に向けて吹き付けて、基板ホルダ１６０に付着しためっき液や水滴を除去する。しかる後、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、ストッカ１６４の所定の位置に戻して吊下げ保持する。
【００４６】
第２搬送ロボット１７４ｂは、上記作業を順次繰り返し、めっきが終了した基板を装着した基板ホルダ１６０を順次ストッカ１６４の所定の位置に戻して吊下げ保持する。
一方、第２搬送ロボット１７４ａにあっては、めっき処理後の基板を装着しストッカ１６４に戻した基板ホルダ１６０を２基同時に把持し、前記と同様にして、基板脱着台１６２上に載置する。
【００４７】
そして、清浄空間１１４内に配置された第１搬送ロボット１２８は、この基板脱着台１６２上に載置された基板ホルダ１６０から基板を取出し、いずれかの洗浄・乾燥装置１２４に搬送する。そして、この洗浄・乾燥装置１２４で、表面を上向きにして水平に保持した基板を、純水等で洗浄し、高速回転させてスピン乾燥させた後、この基板を第１搬送ロボット１２８でロード・アンロードポート１２０に搭載した基板カセットに戻して、一連のめっき処理を完了する。これにより、図７（ｂ）に示すように、ビアホール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を堆積させた基板Ｗが得られる。
【００４８】
そして、前述のようにしてスピン乾燥させた基板Ｗを、その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装置に搬送し、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及びバリア層５を除去して、ビアホール３及びトレンチ４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７（ｃ）に示すように、銅膜６からなる配線を形成する。
【００４９】
次に、図８を参照して、内部に上下に貫通する複数の銅からなるビアプラグを有するインタポーザまたはスペーサの製造例を説明する。図８（ａ）に示すように、シリコン等からなる基材５１０の表面にＳｉＯ２等からなる絶縁膜５１２を堆積し、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、内部に上方に開口する複数のビアホール５１４を形成した基板Ｗを用意する。このビアホール５１４の直径ｄは、例えば１０〜２０μｍで、深さｈは、例えば７０〜１５０μｍである。そして、図８（ｂ）に示すように、この基板Ｗの表面にＴａＮ等からなるバリア層５１６、該バリア層５１６の表面に電気めっきの給電層としての（銅）シード層５１８をスパッタリング等で形成する。
【００５０】
そして、前述と同様にして、基板Ｗの表面に、第１めっき装置１７０ａの第１めっき液５０ａによる第１めっき処理と、第２めっき装置１７０ｂの第２めっき液５０ｂによる第２めっき処理を１サイクルとし、このサイクルを所定回数繰返すめっき処理を施すことで、図８（ｃ）に示すように、基板Ｗのビアホール５１４内に銅（めっき膜）を充填するとともに、絶縁膜５１２の表面に銅膜５２０を堆積させる。
【００５１】
その後、図８（ｄ）に示すように、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等により、絶縁膜５１２上の余剰な銅膜５２０，シード層５１８及びバリア層５１６を除去し、同時に、ビアホール５１４内に充填した銅の底面が外部に露出するまで基材５１０の裏面側を研磨除去する。これによって、上下に貫通する銅からなる複数のビアプラグ５２２を内部に有するインタポーザまたはスペーサを完成させる。
【００５２】
本発明のめっき装置を使用した銅めっきを行うことで、例えば直径ｄが１０〜２０μｍで、深さｈが７０〜１５０μｍ程度の、アスペスト比が高く、深さが深いビアホールにあっても、例えば５時間程度で、ボイド等の欠陥のない、銅（めっき膜）の埋込みが行えることが確かめられている。
【００５３】
この例によれば、めっき空間１１６内での基板の受渡しをめっき空間１１６内に配置した第２搬送ロボット１７４ａ，１７４ｂで、清浄空間１１４内での基板の受渡しを該清浄空間１１４内に配置した第１搬送ロボット１２８でそれぞれ行うことで、基板の前処理、めっき処理及びめっきの後処理の全めっき工程を連続して行うめっき処理設備の内部における基板周りの清浄度を向上させるとともに、めっき処理設備としてのスループットを向上させ、更にめっき処理設備の付帯設備の負荷を軽減して、めっき処理設備としてのより小型化を図ることができる。
【００５４】
この例にあっては、めっき処理を行うめっき装置１７０ａ，１７０ｂとして、フットプリントの小さいめっき槽１８６ａ，１８６ｂを有するものを使用することで、多数のめっき槽１８６ａ，１８６ｂを有するめっき装置の更なる小型化を図るとともに、工場付帯設備負荷をより軽減することができる。なお、図４において２台設置されている洗浄・乾燥装置１２４の一方を、前処理装置に置換えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来のめっき装置の一例を示す概略斜視図である。
【図２】従来のめっき装置でめっきを行った時における金属膜の埋込み状態の概要を示す図である。
【図３】（ａ）は絶縁膜表面に第１めっき液を接触させた状態を、（ｂ）は、絶縁膜表面に第１めっき液を接触させた後、第２めっき液に接触させた直後の状態を、（ｃ）は、本発明によって埋込みを行った後の状態をそれぞれ示す図である。
【図４】本発明の実施の形態のめっき装置を備えためっき処理設備の全体配置図である。
【図５】図４に示すめっき処理設備のめっき空間内に備えられている搬送ロボットの概要図である。
【図６】図４に示すめっき処理設備に備えられているめっき装置の概略断面図である。
【図７】銅配線基板Ｗの一製造例を工程順に示す図である。
【図８】内部に上下に貫通する複数の銅からなるビアプラグを有するインタポーザまたはスペーサの製造例を工程順に示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
５０ａ，５０ｂ  めっき液
１１０  装置フレーム
１１２  仕切板
１１４  清浄空間
１１６  めっき空間
１２０  ロード・アンロードポート
１２２  アライナ
１２４  洗浄・乾燥装置
１２６  前処理装置
１２８  搬送ロボット
１６０  基板ホルダ
１６２  基板脱着台
１６４  ストッカ
１６６  活性化処理装置
１６８ａ，１６８ｂ  水洗装置
１７０ａ，１７０ｂ  めっき装置
１７２  ブロー装置
１７４ａ，１７４ｂ  搬送ロボット
１８０  アーム
１８２  基板ホルダ保持部
１８３  活性化処理槽
１８４ａ，１８４ｂ  水洗槽
１８６ａ，１８６ｂ  めっき槽
２０２  オーバフロー槽
２０４  めっき液排出ライン
２０６  めっき液循環ライン
２０８  循環ポンプ
２１０  流量調節器
２１４  アノード
２１６  アノードホルダ
２１８  めっき液供給ライン
２２０  ノズル配管
２２２  めっき液噴射ノズル
２２４  固定板
２３０  めっき電源
２５０  制御部
【図１】
2006225715.tif 000003
【図２】
2006225715.tif 000004
【図３】
2006225715.tif 000005
【図４】
2006225715.tif 000006
【図５】
2006225715.tif 000007
【図６】
2006225715.tif 000008
【図７】
2006225715.tif 000009
【図８】
2006225715.tif 000010