(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、内部にボイドを発生させることなく、金属膜を確実に埋込むことができるようにする。【解決手段】  めっき液１８８を保持するめっき槽１８６と、基板Ｗを保持して該基板に通電し、基板の被めっき面をめっき槽内のめっき液に接触させるホルダ１６０と、めっき槽内のめっき液に浸漬させて配置されるアノード２１４と、アノードとホルダで保持した基板との間に配置され、めっき槽内のめっき液を攪拌するめっき液攪拌部２２０，２２４と、基板とアノードとの間に電圧を周期的に印加するめっき電源２３０を有し、基板とアノードとの間に電圧が印加されていない時にめっき液攪拌部によるめっき液の攪拌を行い、基板とアノードとの間に電圧が印加されている時にめっき液攪拌部によるめっき液の攪拌を停止する。【選択図】    図７
2006152415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき液を保持するめっき槽と、
被めっき材を保持して該被めっき材に通電し、被めっき材の被めっき面を前記めっき槽内のめっき液に接触させるホルダと、
前記めっき槽内のめっき液に浸漬させて配置されるアノードと、
前記アノードと前記ホルダで保持した被めっき材との間に配置され、前記めっき槽内のめっき液を攪拌するめっき液攪拌部と、
前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧を周期的に印加するめっき電源を有し、
前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧が印加されていない時に前記めっき液攪拌部によるめっき液の攪拌を行い、前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧が印加されている時に前記めっき液攪拌部によるめっき液の攪拌を停止することを特徴とするめっき装置。
【請求項２】
前記めっき液攪拌部は、前記ホルダで保持した被めっき材の被めっき面に平行に往復動するパドルからな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】
前記めっき液攪拌部は、前記ホルダで保持した被めっき材の被めっき面に向けてめっき液を噴射するめっき液噴射ノズルからなることを特徴とする請求項１または２記載のめっき装置。
【請求項４】
前記被めっき材と前記アノードとの間に、電流密度が０．１〜０．８Ａ／ｄｍ２となるように電圧を印加することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項５】
めっき槽内のめっき液中に被めっき材とアノードとを互いに対峙させて配置し、
前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧を周期的に印加し、
前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧が印加されてない時に前記被めっき材と前記アノードとの間のめっき液を攪拌し、前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧が印加されている時に前記被めっき材と前記アノードとの間のめっき液の攪拌を停止することを特徴とするめっき方法。
【請求項６】
前記被めっき材と前記アノードとの間に配置したパドルを該被めっき材と平行に往復動させてめっき液を攪拌し、該パドルの移動を停止させてめっき液の攪拌を停止することを特徴とする請求項５記載のめっき方法。
【請求項７】
前記被めっき材と前記アノードとの間に配置しためっき液噴射ノズルから該被めっき材に向けてめっき液を噴射してめっき液を攪拌し、該めっき液噴射ノズルからのめっき液の噴射を停止してめっき液の攪拌を停止することを特徴とする請求項５または６記載のめっき方法。
【請求項８】
前記被めっき材と前記アノードとの間に、電流密度が０．１〜０．８Ａ／ｄｍ２となるように電圧を印加することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のめっき方法。
【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、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。
【０００６】
図２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他の例を示す。この電気めっき装置の図１に示す例と異なる点は、調整板を備えることなく、リング状の擬似陰極（擬似電極）３４を備え、基板Ｗの周囲に擬似陰極３４を配置した状態で、基板Ｗを基板ホルダ１４ａに保持し、更に、めっき処理に際に、導線３０ｃを介して、擬似陰極３４をめっき電源３２の陰極に接続するようにした点にある。
このめっき装置によれば、擬似陰極３４の電位を調節することで、基板Ｗの表面に形成される金属膜の膜厚の均一性を改善することができる。
【０００７】
図３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更に他の例を示す。この電気めっき装置の図１に示す例と異なる点は、調整板を備えることなく、めっき槽１２ａの上方に位置して、基板ホルダ１４ａとアノード２４との間にパドルシャフト（攪拌機構）３６を平行に配置し、このパドルシャフト３６の下面に複数の攪拌翼としてのパドル（掻き混ぜ棒）３８をほぼ垂直に垂設して、めっき処理中に、パドルシャフト３６を介してパドル３８を基板Ｗと平行に往復動させてめっき槽１２ａ内のめっき液を攪拌するようにした点にある。
【０００８】
このめっき装置によれば、パドルシャフト３６を介してパドル３８を基板Ｗと平行に往復動させることで、基板Ｗの表面に沿っためっき液の流れを、基板Ｗの表面の全面でより均等にして（めっき液の流れの方向性をなくして）、基板Ｗの全面に亘ってより均一な膜厚のめっき膜を形成することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のめっき装置では、例えば基板の内部に設けた、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。
【００１０】
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む場合、例えば図３に示すめっき装置を使用し、パドルを介してめっき液を強く撹拌させつつめっきを行うと、ビアホールの底部までめっき液の流れが行き届かない。このような状態で、図４に示すように、内部にビアホール４０を設けた絶縁膜４２を覆うバリア層４４の表面にめっきを行うと、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。
【００１１】
一方、装置自体が簡単な構造で、メンテナンスしやすい構造や機構が求められている。例えば、図２に示すめっき装置では、擬似電極の調整や擬似電極についためっき金属の除去という操作が必要になってくる。このような操作や管理上の煩雑性の問題が生じない、より取り扱いやすくて管理方法の簡便さが求められている。
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。
【００１２】
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】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、めっき液を保持するめっき槽と、被めっき材を保持して該被めっき材に通電し、被めっき材の被めっき面を前記めっき槽内のめっき液に接触させるホルダと、前記めっき槽内のめっき液に浸漬させて配置されるアノードと、前記アノードと前記ホルダで保持した被めっき材との間に配置され、前記めっき槽内のめっき液を攪拌するめっき液攪拌部と、前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧を周期的に印加するめっき電源を有し、前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧が印加されてない時に前記めっき液攪拌部によるめっき液の攪拌を行い、前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧が印加されている時に前記めっき液攪拌部によるめっき液の攪拌を停止することを特徴とするめっき装置である。
【００１４】
被めっき材とアノードとの間に電圧が印加されてない非めっき時にめっき液攪拌部によるめっき液の攪拌を行うことで、ビアホール等の内部のめっき液を非めっき時に新たなめっき液に置換し、被めっき材とアノードとの間に電圧が印加されているめっき時にめっき液攪拌部によるめっき液の攪拌を停止することで、新たなめっき液の供給のない状態でめっきを行うことができる。これによって、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、ビアホール等の内部にボイドのない金属膜を埋込むことができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記めっき液攪拌部は、前記ホルダで保持した被めっき材の被めっき面に平行に往復動するパドルからなることを特徴とする請求項１記載のめっき装置である。
これにより、パドルを往復動させることで、被めっき材とアノードとの間のめっき液を攪拌させ、パドルの移動を停止させることで、被めっき材とアノードとの間のめっき液の攪拌を停止させることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記めっき液攪拌部は、前記ホルダで保持した被めっき材の被めっき面に向けてめっき液を噴射するめっき液噴射ノズルからなることを特徴とする請求項１または２記載のめっき装置である。
これにより、被めっき材の被めっき面に向けてめっき液噴射ノズルからめっき液を噴射することで、被めっき材とアノードとの間のめっき液を攪拌させ、めっき液噴射ノズルからのめっき液に噴射を停止することで、被めっき材とアノードとの間のめっき液の攪拌を停止させることができる。
このめっき液噴射ノズルは、前記パドルに一体に設けて該パドルと一体に移動するようにしても良く、まためっき槽の内部に固定した状態で配置してもよい。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記被めっき材と前記アノードとの間に、電流密度が０．１〜０．８Ａ／ｄｍ２となるように電圧を印加することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のめっき装置である。
このように、比較的低い電流密度でめっきを行うことで、より高い埋込み特性が得られることが実験的に確かめられている。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、めっき槽内のめっき液中に被めっき材とアノードとを互いに対峙させて配置し、前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧を周期的に印加し、前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧が印加されてない時に前記被めっき材と前記アノードとの間のめっき液を攪拌し、前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧が印加されている時に前記被めっき材と前記アノードとの間のめっき液の攪拌を停止することを特徴とするめっき方法である。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、前記被めっき材と前記アノードとの間に配置したパドルを該被めっき材と平行に往復動させてめっき液を攪拌し、該パドルの移動を停止させてめっき液の攪拌を停止することを特徴とする請求項５記載のめっき方法である。
請求項７に記載の発明は、前記被めっき材と前記アノードとの間に配置しためっき液噴射ノズルから該被めっき材に向けてめっき液を噴射してめっき液を攪拌し、該めっき液噴射ノズルからのめっき液の噴射を停止してめっき液の攪拌を停止することを特徴とする請求項５または６記載のめっき方法である。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、前記被めっき材と前記アノードとの間に、電流密度が０．１〜０．８Ａ／ｄｍ２となるように電圧を印加することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のめっき方法である。
【発明の効果】
【００２１】
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】
【００２２】
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５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。そして、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６参照）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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。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。
【００２５】
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、めっき処理を行うめっき装置１７０、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、めっき装置１７０、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。
【００２６】
第２搬送ロボット１７４ａ，１７４ｂは、図６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。
【００２７】
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１７０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６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。
【００２８】
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、めっき装置１７０には、内部にめっき液を保持した複数のめっき槽１８６がそれぞれ備えられ、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１８６内のめっき液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。
【００２９】
めっき装置１７０の各めっき槽１８６は、図７に示すように、内部に一定量のめっき液１８８を保持するように構成され、このめっき液１８８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。
【００３０】
めっき槽１８６の底部には、図８に示すように、この例では２つのめっき液排出ライン１９０が連結されている。そして、この各めっき液排出ライン１９０は、それぞれ２つのめっき液供給ライン１９２に分岐し、この各めっき液供給ライン１９２の内部に、ポンプ１９４、流量計１９６及び流量調整バルブ１９８が介装されている。更に、１つのめっき液供給ライン１９２は、ポンプ１９４と流量計１９６との間で、めっき槽１８６の底部に接続された戻りライン２００に分岐し、この戻りライン２００に流量調整バルブ２０２及びフィルタ２０４が介装されている。めっき槽１８６の側部には、内部に流量調整バルブ２０６、ポンプ２０８及び冷却器（チラー）２１０を介装しためっき液循環ライン２１２が設けられている。
【００３１】
これによって、めっき槽１８６内のめっき液１８８は、各めっき液供給ライン１９２に備えられたポンプ１９４の駆動に伴って循環し、しかも、各めっき液供給ライン１９２に沿って流れるめっき液１８８の流量が流量調整バルブ１９８で調節される。また、めっき液１８８の一部は、戻りライン２００からフィルタ２０４を通過してめっき槽１８６の内部に戻される。更に、めっき槽１８６内のめっき液１８８は、めっき液循環ライン２１２に備えられたポンプ２０８の駆動に伴って循環し、冷却器２１０によって所定の温度に冷却される。
【００３２】
めっき槽１８６の内部には、図７に示すように、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、めっき槽１８６内にめっき液１８８を満たした時に、このめっき液１８８中に浸漬され、基板ホルダ１６０で保持してめっき槽１８６内の所定の位置に配置される基板Ｗと対面する。更に、めっき槽１８６の内部には、アノード２１４とめっき槽１８６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、内部に中央孔２１８ａを有する誘電体からなり、めっき槽１８６内の電位分布を調整する調整板（レギュレーションプレート）２１８が配置されている。
【００３３】
めっき槽１８６の内部には、めっき槽１８６内の所定の位置に配置される基板ホルダ１６０と調整板２１８との間に位置して、めっき液供給ライン１９２と同数（合計４つ）の鉛直方向に延びるパドル２２０が等ピッチで配置されている。このパドル２２０は、めっき液攪拌部を構成する。めっき槽１８６の上方に位置して、基板ホルダ１６０で保持した基板Ｗと平行に延び、軸方向に往復動自在なパドルシャフト２２２が配置され、このパドルシャフト２２２にパドル（めっき液攪拌部）２２０の上端が連結されている。
【００３４】
これによって、図９に示すように、パドルシャフト２２２の往復動に伴って、パドル２２０が基板ホルダ１６０で保持した基板Ｗと平行に該基板Ｗの前面を往復動する。このように、パドル２２０を往復動させてめっき槽１８６内のめっき液１８８を攪拌し、往復動を停止させることでめっき槽１８６内のめっき液１８８の攪拌を停止させる。
【００３５】
各パドル２２０には、その長さ方向に沿った所定のピッチで、めっき液攪拌部としての多数のめっき液噴射ノズル２２４が、基板ホルダ１６０で保持した基板Ｗに向けて設けられている。そして、この各パドル２２０の上部には、めっき液供給ライン１９２が個別に接続されて、めっき液供給ノズル（めっき液攪拌部）２２４とめっき液供給ライン１９２がパドル２２０の内部に形成した流路を介して互いに連通するようになっている。
【００３６】
これによって、めっき液供給ライン１９２に備えられたポンプ１９４の駆動に伴って該めっき液供給ライン１９２に沿って流れためっき液１８８は、めっき液噴射ノズル２２４から基板ホルダ１６０で保持した基板Ｗに向けて噴射されて循環する。このように、めっき液１８８を基板Ｗに向けて噴射することで、めっき槽１８６内のめっき液１８８を攪拌しながら循環させ、このめっき液１８８の噴射を停止することで、めっき槽１８６内のめっき液１８８の攪拌を停止させる。
【００３７】
パドル２２０及びめっき液噴射ノズル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、めっき槽１８６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。
【００３８】
めっき装置１７０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、アノード２１４と基板Ｗとの間に、図１０に示すように、電圧Ｖ１と電圧０（電圧の印加停止）を周期的に繰返すパルス電圧を印加するように構成されている。つまり、例えば所定時間（〜ｔ１）経過した後、アノード２１４と基板Ｗとの間に電圧Ｖ１を所定時間Ｔ１印加し、この電圧の印加を所定時間Ｔ２停止すること周期的に繰返すようにしている。この電圧Ｖ１のパルス幅（時間）Ｔ１は、例えば１０〜１６０秒、好ましくは２０〜１２０秒、更に好ましくは４０〜８０秒である。また、電圧０のパルス幅（電圧の停止時間）Ｔ２は、例えば５〜１２０秒、好ましくは１５〜１００秒、更に好ましくは３０〜８０秒である。
【００３９】
基板Ｗとアノード２１４との間に周期的に印加する電圧Ｖ１は、一般的には、電流密度が０．１〜０．８Ａ／ｄｍ２となるような電圧である。このように、比較的低い電流密度でめっきを行うことで、より高い埋込み特性が得られることが実験的に確かめられている。この電圧Ｖ１は、電流密度が０．２〜０．６Ａ／ｄｍ２となるような電圧であることが好ましく、電流密度が０．２５〜０．４Ａ／ｄｍ２となるような電圧であることが更に好ましい。
【００４０】
制御部２５０は、アノード２１４と基板Ｗとの間への周期的な電圧の印加に同期して、めっき液攪拌部としてのパドル２２０の動き、及びめっき液噴射ノズル２２４からのめっき液の噴射を制御する。つまり、基板Ｗとアノード２１４との間に電圧が印加されてない時間Ｔ２にパドル２２０を往復動させるとともに、めっき液噴射ノズル２２４からめっき液１８８の噴射してめっき液１８８の攪拌を行う。そして、基板Ｗとアノード２１４との間に電圧Ｖ１が印加されている時間Ｔ１にパドル２２０の往復動及びめっき液噴射ノズル２２４からのめっき液１８８の噴射を停止させてめっき液１８８の攪拌を停止させる。
【００４１】
このように、基板Ｗとアノード２１４との間に電圧が印加されてない非めっき時にめっき液１８８の攪拌を行うことで、ビアホール等の内部のめっき液を非めっき時に新たなめっき液に置換し、基板Ｗとアノード２１４との間に電圧が印加されているめっき時にめっき液１８８の攪拌を停止することで、新たなめっき液の供給のない状態でめっきを行うことができる。これによって、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、ビアホール等の内部にボイドのない金属膜を埋込むことができる。
【００４２】
このめっき装置１７０によれば、先ず、めっき槽１８６の内部に所定量のめっき液１８８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をめっき槽１８６内のめっき液１８８に浸漬した所定の位置に配置する。この状態で、めっき液供給ライン１９２のポンプ１９４を駆動してめっき液噴射ノズル２２４からめっき液１８８を基板Ｗの表面に向けて噴射し、これによって、めっき槽１８６内のめっき液１８８を循環させる。同時に、パドルシャフト２２２を介してパドル２２０を往復動させる。また、必要に応じてめっき液循環ライン２１２のポンプ２０８を駆動して、めっき槽１８６内のめっき液１８８を循環させつつ冷却して所定の温度に維持する。
【００４３】
そして、所定時間経過した後、アノード２１４と基板Ｗとの間に、電圧Ｖ１と電圧０（電圧の印加停止）を周期的に繰返すパルス電圧を印加する。これによって、アノード２１４と基板Ｗとの間に電圧Ｖ１を印加してめっきを行う操作と、アノード２１４と基板Ｗとの間に電圧を印加することなくめっきを行わない操作を繰返す。これに同期して、基板Ｗとアノード２１４との間に電圧Ｖ１が印加されてない非めっき時にパドル２２０を往復動させるとともに、めっき液噴射ノズル２２４からのめっき液１８８を基板Ｗに向けて噴射してめっき液１８８の攪拌を行い、基板Ｗとアノード２１４との間に電圧Ｖ１が印加されているめっき時にパドル２２０の往復動及びめっき液噴射ノズル２２４からのめっき液１８８の噴射を停止させてめっき液１８８の攪拌を停止させる。
【００４４】
そして、所定時間経過後、アノード２１４と基板Ｗとの間への電圧の周期的な印加を停止し、パドル２２０の往復動及びめっき液噴射ノズル２２４からのめっき液１８８の噴射を停止させてめっきを終了する。
【００４５】
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１１を更に参照して説明する。先ず、図１１（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
水洗が終了した基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にしてめっき装置１７０に搬送し、めっき槽１８６内のめっき液１８８に浸漬させた状態でめっき槽１８６に吊り下げ支持することで、基板Ｗの表面にめっき処理を施す。そして、所定時間経過後、基板を装着した基板ホルダ１６０を第２搬送ロボット１７４ｂで再度保持してめっき槽１８６から引き上げてめっき処理を終了する。
【００５０】
そして、前述と同様にして、基板ホルダ１６０を第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。
【００５１】
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。
【００５２】
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１１（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。
【００５３】
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１１（ｃ）に示すように、銅膜６からなる配線を形成する。
【００５４】
次に、図１２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１２（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１２（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。
【００５５】
そして、前述と同様にして、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、図１２（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。
【００５６】
その後、図１２（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。
【００５７】
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。
【００５８】
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装置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、めっき処理装置としてのスループットを向上させ、更にめっき処理装置の付帯設備の負荷を軽減して、めっき処理装置としてのより小型化を図ることができる。
【００５９】
この例にあっては、めっき処理を行うめっき装置１７０として、フットプリントの小さいめっき槽１８６を有するものを使用することで、多数のめっき槽１８６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５において２台設置されている洗浄・乾燥装置１２４の一方を、前処理装置に置換てもよい。
【００６０】
図１３は、本発明の他の実施の形態のめっき装置を示す。このめっき装置にあっては、パドル２２０としてめっき液噴射ノズルを有さないものを使用し、めっき液噴射ノズルを備えることに伴って必要となる、めっき液供給ライン等の設備を省略している。その他の構成は、図７乃至図９に示す例と同様である。これにより、構造の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【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】従来のめっき装置の他の例を示す概略斜視図である。
【図３】従来のめっき装置の更に他の例を示す概略斜視図である。
【図４】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５】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６】図５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７】図５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８】図７に示すめっき装置のめっき槽の周辺における配管を示す図である。
【図９】図７に示すめっき装置における基板、パドル、調整板及びカソードの関係を示す平面図である。
【図１０】図５に示すめっき装置のアノードと基板との間に印加する電圧の例を示すグラフである。
【図１１】銅配線基板Ｗの一製造例を工程順に示す図である。
【図１２】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。
【図１３】本発明の他の実施の形態のめっき装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
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
１７０  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
１８６  めっき槽
１８８  めっき液
１９０  めっき液排出ライン
１９２  めっき液供給ライン
１９４，２０８  ポンプ
１９６  流量計
１９８，２０２，２０６  流量調整バルブ
２０４  フィルタ
２１０  冷却器
２１２  めっき液循環ライン
２１４  アノード
２１６  アノードホルダ
２１８  調整板
２２０  パドル（めっき液攪拌部）
２２２  パドルシャフト
２２４  めっき液噴射ノズル（めっき液攪拌部）
２３０  めっき電源
２５０  制御部
【図１】
2006152415.tif 000003
【図２】
2006152415.tif 000004
【図３】
2006152415.tif 000005
【図４】
2006152415.tif 000006
【図５】
2006152415.tif 000007
【図６】
2006152415.tif 000008
【図７】
2006152415.tif 000009
【図８】
2006152415.tif 000010
【図９】
2006152415.tif 000011
【図１０】
2006152415.tif 000012
【図１１】
2006152415.tif 000013
【図１２】
2006152415.tif 000014
【図１３】
2006152415.tif 000015