(57)【要約】【課題】表面により高いシート抵抗をもつ基板に対しても、基板の全表面により均一な膜厚のめっき膜を形成できるようにする。【解決手段】基板Ｗを保持する基板保持部と、基板保持部で保持した基板Ｗと接触して通電させるカソード接点８８を備えたカソード部３８と、基板保持部で保持した基板Ｗの表面に対向するように配置され、メッシュ状または全面に穴の開いた複数の不溶解アノード板１１２ａ，１１２ｂを所定間隔離間させて積層したアノード９８を有し、基板保持部で保持した基板Ｗとアノード９８との間にめっき液を満たして基板Ｗの表面にめっきを行う。【選択図】図１２
2008150631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部で保持した基板と接触して通電させるカソード接点を備えたカソード部と、
前記基板保持部で保持した基板の表面に対向するように配置され、メッシュ状または全面に穴の開いた複数の不溶解アノード板を所定間隔離間させて積層したアノードを有し、
前記基板保持部で保持した基板と前記アノードとの間にめっき液を満たして基板の表面にめっきを行うことを特徴とするめっき装置。
【請求項２】
基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部で保持した基板の周縁部に当接して該周縁部をシールするシール材と、
前記基板保持部で保持した基板と接触して通電させるカソード接点を備えたカソード部と、
前記基板保持部で保持した基板の表面に対向するように配置され、メッシュ状または全面に穴の開いた複数の不溶解アノード板を所定間隔離間させて積層したアノードと、
前記基板保持部で保持した基板と前記アノードとの間に配置された保水性材料からなる多孔質体と、
前記多孔質体と前記基板保持部で保持した基板とを相対運動させる機構を有し、
前記基板保持部で保持した基板と前記アノードとの間にめっき液を満たして基板の表面にめっきを行うことを特徴とするめっき装置。
【請求項３】
前記各不溶解アノード板は、導体の表面に白金または酸化イリジウムをコーティングして構成されてい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】
前記複数の不溶解アノード板に対して同一の整流器を持つ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】
前記整流器と前記各不溶解アノード板とを、内部にスイッチを介装した導線で個別に接続したことを特徴とする請求項４記載のめっき装置。
【請求項６】
前記複数の不溶解アノード板は、基板保持部で保持した基板に対して電気的に並列に配置され、１つの不溶解アノード板と基板との距離と他の不溶解アノード板と基板との距離が異なることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項７】
前記めっき液の酸濃度が４０ｇ／Ｌ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項８】
基板の表面に対向する位置に、メッシュ状または全面に穴の開いた複数の不溶解アノード板を所定間隔離間させて積層したアノードを配置し、
基板と前記アノードとの間にめっき液を満たし、
基板と前記アノードの少なくとも１つの不溶解アノード板との間に電圧を印加して基板の表面にめっきを行うことを特徴とするめっき方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、めっき装置及びめっき方法に係り、特に半導体ウェーハなどの基板の表面に形成された微細な配線用凹部（回路パターン）に銅等の金属（配線材料）を埋込んで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。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板上にＬＳＩ配線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て、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、この種の銅配線基板の製造例を工程順に示す。先ず、図１（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コンタクトホール３とトレンチ４を形成する。そして、その上にＴａＮやＴｉＮ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７を形成する。
【０００４】
そして、図１（ｂ）に示すように、基板Ｗのシード層７の表面に銅めっきを施すことで、コンタクトホール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を堆積する。その後、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、コンタクトホール３及びトレンチ４内に充填させた銅膜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１（ｃ）に示すように、絶縁膜２の内部に銅膜６からなる配線が形成される。
【０００５】
前記シード層７としては、スパッタリング、ＣＶＤ、ＡＬＤまたは無電解めっき法などによって形成される銅シード層が一般に用いられており、配線サイズの微細化の進行に伴って、銅シード層の厚みが年々薄くなっている。例えば、６５ｎｍ世代の半導体デバイスを製造する時の銅シード層の厚みは、基板フィールド部において、６００オングストローム前後であるが、これが４５ｎｍ世代になると、５００オングストローム以下になると予想されている。次世代、次々世代では、銅シード層の厚みが３００オングストローム以下となるか、または銅シード層を設けることなく、例えばルテニウムからなるバリア層の表面に銅をダイレクトでめっきすることになるとも予想されている。
【０００６】
これまでの膜厚の銅シード層にあっては、その電気抵抗（シート抵抗）が１Ω／ｓｑ以下であるため、カソード接点に接続されてカソードとなる基板とアノードとの間に抵抗体を入れるか、またはめっき液の酸濃度を低くしてめっき液自体の抵抗を高くしたりすることで、シード層のシート抵抗に依存するターミナルエフェクトを低減して、膜厚が基板の中央部で周辺部より薄くなることを防した均一な膜厚の銅膜を基板の表面に成膜することができる。
【０００７】
また、出願人は、アノードとして、複数に分割した分割アノードを使用し、これらの各分割アノードに個別にめっき電源を接続することで、例えば基板上に初期めっき膜を形成する一定期間だけ、中央部側に位置する分割アノードの電流密度をその周辺より高め、基板外周部にめっき電流が集中することを防止して基板の中央部側にもめっき電流が流れるようにすることで、シート抵抗が高い場合であっても、均一な膜厚のめっき膜を形成することができるようにしたもの（特許文献１参照）や、更に、アノードとして、不溶解アノードを使用したもの（特許文献２参照）を提案した。また、多数電源または抵抗を入れたスイッチング機構で電気を制御することで成膜されるめっき膜の膜厚を制御することが提案されている。
【特許文献１】特開２００２−１２９３８３号公報
【特許文献２】特開２００５−２１３６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
配線サイズの微細化が更に進む、次世代、次々世代の半導体デバイスにあっては、銅シード層の厚みが益々薄くなって、銅シード層のシート抵抗が１Ω／ｓｑ以上となったり、銅シード層を設けることなく、ルテニウム等からなるバリア層の表面に銅をダイレクトでめっきする場合には、そのシート抵抗が１０Ω／ｓｑ以上となったりすると予想される。このような場合にあっては、これまでの基板とアノードとの間への抵抗体の挿入やめっき液自体の高抵抗化だけでは、シート抵抗に依存するターミナルエフェクトに対する対策が不十分となって、基板の全表面に亘って均一な膜厚の銅膜を形成することが困難となると考えられる。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、表面により高いシート抵抗をもつ基板に対しても、基板の全表面により均一な膜厚のめっき膜を形成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、基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部で保持した基板と接触して通電させるカソード接点を備えたカソード部と、前記基板保持部で保持した基板の表面に対向するように配置され、メッシュ状または全面に穴の開いた複数の不溶解アノード板を所定間隔離間させて積層したアノードを有し、前記基板保持部で保持した基板と前記アノードとの間にめっき液を満たして基板の表面にめっきを行うことを特徴とするめっき装置である。
【００１１】
メッシュ状または全面に穴の開いた複数の不溶解アノード板を所定間隔離間させて積層したアノードを使用することで、例えばめっき初期に基板の中央部に電場を集めてめっきを行うことができ、これによって、表面により高いシート抵抗をもつ基板に対しても、基板の表面により均一な膜厚のめっき膜を成膜することができる。また、不溶解アノード板を用いることで、めっきを重ねるにつれて不溶解アノード板の形状の徐々に変化することを防止し、複雑な幾何学的な配置を可能となして、不溶解アノード板の有効な多層化を図ることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部で保持した基板の周縁部に当接して該周縁部をシールするシール材と、前記基板保持部で保持した基板と接触して通電させるカソード接点を備えたカソード部と、前記基板保持部で保持した基板の表面に対向するように配置され、メッシュ状または全面に穴の開いた複数の不溶解アノード板を所定間隔離間させて積層したアノードと、前記基板保持部で保持した基板と前記アノードとの間に配置された保水性材料からなる多孔質体と、前記多孔質体と前記基板保持部で保持した基板とを相対運動させる機構を有し、前記基板保持部で保持した基板と前記アノードとの間にめっき液を満たして基板の表面にめっきを行うことを特徴とするめっき装置である。
【００１３】
これにより、メッシュ状または全面に穴の開いた複数の不溶解アノード板を所定間隔離間させて積層したアノードと、基板保持部で保持した基板とアノードとの間に配置される保水性材料からなる多孔質体との相乗効果によって、高いシート抵抗を持つ基板に対して、より均一な膜厚のめっき膜を成膜することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記各不溶解アノード板は、導体の表面に白金または酸化イリジウムをコーティングして構成されてい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。
請求項４に記載の発明は、前記複数の不溶解アノード板に対して同一の整流器を持つ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。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記整流器と前記各不溶解アノード板とを、内部にスイッチを介装した導線で個別に接続したことを特徴とする請求項４記載のめっき装置である。
これにより、比較的簡単な構成で、カソード接点に接続されてカソードとなる基板の、例えば中央部とアノードの間で電場や、周縁部とアノードとの間の電場を容易に制御することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、前記複数の不溶解アノード板は、基板保持部で保持した基板に対して電気的に並列に配置され、１つの不溶解アノード板と基板との距離と他の不溶解アノード板と基板との距離が異なることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のめっき装置である。
請求項７に記載の発明は、前記めっき液の酸濃度が４０ｇ／Ｌ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のめっき装置である。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、基板の表面に対向する位置に、メッシュ状または全面に穴の開いた複数の不溶解アノード板を所定間隔離間させて積層したアノードを配置し、基板と前記アノードとの間にめっき液を満たし、基板と前記アノードの少なくとも１つの不溶解アノード板との間に電圧を印加して基板の表面にめっきを行うことを特徴とするめっき方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、シート抵抗が高い、例えば薄い膜厚の銅シード層やルテニウム等からなるバリア層の表面にめっきが必要と考えられる、特に４５ｎｍ世代以降の半導体デバイスの製造において、均一な膜厚のめっき膜を成膜することができる。本発明は、特に、シート抵抗が高いめっき初期において有効である。また、不溶解アノード板を同心円状のみならず、任意の位置に多段に配置して、基板表面の各部位における電場の大きさを任意に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。この実施の形態は、半導体ウェーハ等の基板の表面に設けた微細な配線用凹部内に銅を埋込んで銅からなる配線を形成するようにした例を示す。
図２は、本発明の実施の形態におけるめっき装置を備えた基板処理装置の全体配置図を示す。図２に示すように、この基板処理装置には、同一設備内に位置して、内部に複数の基板Ｗを収納する２基のロード・アンロード部１０と、めっき処理を行う２基のめっき装置１２と、ロード・アンロード部１０とめっき装置１２との間で基板Ｗの受渡しを行う搬送ロボット１４と、めっき液タンク１６を有するめっき液供給設備１８が備えられている。
【００２０】
めっき装置１２には、図３に示すように、めっき処理及びその付帯処理を行う基板処理部２０が備えられ、この基板処理部２０に隣接して、めっき液を溜めるめっき液トレー２２が配置されている。また、回転軸２４を中心に揺動する揺動アーム２６の先端に保持されて基板処理部２０とめっき液トレー２２との間を揺動する電極ヘッド２８を有する電極アーム部３０が備えられている。更に、基板処理部２０の側方に位置して、プレコート・回収アーム３２と、純水やイオン水等の薬液、または気体等を基板に向けて噴射する固定ノズル３４が配置されている。この例にあっては、３個の固定ノズル３４が備えられ、その内の１個を純水の供給用に用いている。
【００２１】
基板処理部２０には、図４に示すように、基板の表面（被めっき面）を上向きにして基板Ｗを保持する基板保持部３６と、この基板保持部３６の上方に該基板保持部３６の周縁部を囲繞するように配置されたカソード部３８が備えられている。更に、基板保持部３６の周囲を囲繞して処理中に用いる各種薬液の飛散を防止する有底略円筒状のカップ４０が、エアシリンダ（図示せず）を介して上下動自在に配置されている。
【００２２】
ここで、基板保持部３６は、エアシリンダ４４によって、下方の基板受渡し位置Ａと、上方のめっき位置Ｂと、これらの中間の前処理・洗浄位置Ｃとの間を昇降し、図示しない回転モータ及びベルトを介して、任意の加速度及び速度でカソード部３８と一体に回転する。この基板受渡し位置Ａに対向して、めっき装置１２のフレーム側面の搬送ロボット１４側には、基板搬出入口（図示せず）が設けられ、また基板保持部３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、基板保持部３６で保持された基板Ｗの周縁部に下記のカソード部３８のシール材９０とカソード接点８８が当接するようになっている。一方、カップ４０は、その上端が基板搬出入口の下方に位置し、図４に仮想線で示すように、上昇した時に基板搬出入口を塞いでカソード部３８の上方に達する。
【００２３】
めっき液トレー２２は、めっき処理を実施していない時に、電極アーム部３０の下記の多孔質体１１０及びアノード９８をめっき液で湿潤させるためのもので、この多孔質体１１０が収容できる大きさに設定され、図示しないめっき液供給口とめっき液排水口を有している。また、フォトセンサがめっき液トレー２２に取付けられており、めっき液トレー２２内のめっき液の満水、即ちオーバーフローと排水の検出が可能になっている。
【００２４】
電極アーム部３０は、図示しないサーボモータからなる上下動モータとボールねじを介して上下動し、旋回モータ（図示せず）を介して、電極ヘッド２８がめっき液トレー２２と基板処理部２０との間を移動するように旋回（揺動）する。モータの代わりに空気圧アクチュエータを使用してもよい。
【００２５】
プレコート・回収アーム３２は、図５に示すように、上下方向に延びる支持軸５８の上端に連結されて、ロータリアクチュエータ６０を介して旋回（揺動）し、エアシリンダ（図示せず）を介して上下動する。このプレコート・回収アーム３２には、その自由端側にプレコート液吐出用のプレコートノズル６４が、基端側にめっき液回収用のめっき液回収ノズル６６がそれぞれ保持されている。プレコートノズル６４は、例えばエアシリンダによって駆動するシリンジに接続されて、プレコート液がプレコートノズル６４から間欠的に吐出され、また、めっき液回収ノズル６６は、例えばシリンダポンプまたはアスピレータに接続されて、基板上のめっき液がめっき液回収ノズル６６から吸引される。
【００２６】
基板保持部３６は、図６乃至図８に示すように、円板状の基板ステージ６８を備え、この基板ステージ６８の周縁部の円周方向に沿った６カ所に、上面に基板Ｗを水平に載置して保持する支持腕７０が立設されている。この支持腕７０の１つの上端には、基板Ｗの端面に当接して位置決めする位置決め板７２が固着され、この位置決め板７２を固着した支持腕７０に対向する支持腕７０の上端には、基板Ｗの端面に当接し回動して基板Ｗを位置決め板７２側に押付ける押付け片７４が回動自在に支承されている。また、他の４個の支持腕７０の上端には、回動して基板Ｗをこの上方から下方に押付けるチャック爪７６が回動自在に支承されている。
【００２７】
ここで、押付け片７４及びチャック爪７６の下端は、コイルばね７８を介して下方に付勢した押圧棒８０の上端に連結されて、この押圧棒８０の下動に伴って押付け片７４及びチャック爪７６が内方に回動して閉じるようになっており、基板ステージ６８の下方には、押圧棒８０に下面に当接してこれを上方に押上げる支持板８２が配置されている。
これにより、基板保持部３６が図４に示す基板受渡し位置Ａに位置する時、押圧棒８０は支持板８２に当接し上方に押上げられて、押付け片７４及びチャック爪７６が外方に回動して開き、基板ステージ６８を上昇させると、押圧棒８０がコイルばね７８の弾性力で下降して、押付け片７４及びチャック爪７６が内方に回転して閉じる。
【００２８】
カソード部３８は、図９及び図１０に示すように、支持板８２（図８等参照）の周縁部に立設した支柱８４の上端に固着した環状の枠体８６と、この枠体８６の下面に内方に突出させて取付けた、この例では６分割されたカソード接点８８と、このカソード接点８８の上方を覆うように枠体８６の上面に取付けた環状のシール材９０を有している。シール材９０は、その内周縁部が内方に向け下方に傾斜し、かつ徐々に薄肉となって、内周端部が下方に垂下するように構成されている。
【００２９】
これにより、図４に示すように、基板保持部３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、この基板保持部３６で保持した基板Ｗの周縁部にカソード接点８８が押付けられて通電し、同時にシール材９０の内周端部が基板Ｗの周縁部上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板の上面（被めっき面）に供給されためっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止するとともに、めっき液がカソード接点８８を汚染することを防止する。
【００３０】
なお、この例において、カソード部３８は、上下動不能で基板保持部３６と一体に回転するようになっているが、上下動自在で、下降した時にシール材９０が基板Ｗの被めっき面に圧接するように構成してもよい。
【００３１】
電極アーム部３０の電極ヘッド２８は、図１１及び図１２に示すように、揺動アーム２６の自由端にボールベアリング９２を介して連結したアノードホルダ９４と、このアノードホルダ９４の下端開口部を塞ぐように配置された、保水性材料からなる多孔質体１１０とを有している。アノードホルダ９４は、下方に開口した有底カップ状に形成されており、この内部に中空のアノード室１００が区画形成されている。
【００３２】
多孔質体１１０は、例えばアルミナ，ＳｉＣ，ムライト，ジルコニア，チタニア，コージライト等の多孔質セラミックスまたはポリプロピレンやポリエチレンの焼結体等の硬質多孔質体、あるいはこれらの複合体、更には織布や不織布で構成される。例えば、アルミナ系セラミックスにあっては、ポア径３０〜２００μｍ、ＳｉＣにあっては、ポア径３０μｍ以下、気孔率２０〜９５％、厚み１〜２０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍ、更に好ましくは８〜１５ｍｍ程度のものが使用される。この例では、例えば気孔率３０％、平均ポア径１００μｍでアルミナ製の多孔質セラミックス板から構成されている。そして、この内部にめっき液を含有させることで、つまり多孔質セラミックス板自体は絶縁体であるが、この内部にめっき液を複雑に入り込ませ、厚さ方向にかなり長い経路を辿らせることで、めっき液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有するように構成されている。
【００３３】
このように多孔質体１１０をアノード室１００内に配置し、この多孔質体１１０によって大きな抵抗を発生させることで、シード層７（図１（ａ）参照）の抵抗（シート抵抗）の影響を無視できる程度となし、基板Ｗの表面の電気抵抗による電流密度の面内差を小さくして、めっき膜の面内均一性を向上させることができる。この例では、多孔質体１１０を備え、この多孔質体１１０を介して、めっき液自体の抵抗を高くするようにした例を示しているが、多孔質体１１０を省略してもよい。
【００３４】
アノード室１００内には、多孔質体１１０の上方に位置して、図１２に示すように、アノード室１００の横方向の略全域に亘って拡がる円板状の第１不溶解アノード板１１２ａと、この第１不溶解アノード板１１２ａより小径で、基板保持部３６で保持された基板Ｗの中央部に対応する位置に配置される円板状の第２不溶解アノード板１１２ｂとを所定間隔離間させて積層したアノード９８が配置されている。不溶解アノード板１１２ａ，１１２ｂは、この例では、図１４に詳細に示すように、めっき液が流通できる菱形メッシュ状で、互いに同心状に、基板Ｗと平行に配置されている。不溶解アノード板１１２ａ，１１２ｂとして、全面に上下に貫通する多数の穴を開けたものを使用してもよい。
【００３５】
不溶解アノード板１１２ａ、１１２ｂは、例えば導体の表面に白金または酸化イリジウムをコーティングして構成されている。このように、アノード９８を不溶解アノード板１１２ａ，１１２ｂを積層して構成することで、不溶解アノード板１１２ａ，１１２ｂの溶解による形状変化を防止して、不溶解アノード板１１２ａ，１１２ｂを交換することなく、常に一定の放電状態を維持することができ、しかも、複雑な幾何学的な配置を可能となして、不溶解アノード板１１２ａ，１１２ｂの有効な多層化を図ることができる。
【００３６】
図１３に詳細に示すように、第１不溶解アノード板１１２ａは、単一の整流器（めっき電源）１１４の陰極から延びる共通陰極導線１１６ａから分岐した第１陰極導線１１６ｂに接続され、第２不溶解アノード板１１２ｂは、共通陰極導線１１６ａから分岐した第２陰極導線１１６ｃに接続されている。そして、第１陰極導線１１６ｂ及び第２陰極導線１１６ｃには、開閉用の第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２がそれぞれ介装されている。整流器１１４の陽極から延びる陽極導線１１８は、カソード接点８８に接続される。
【００３７】
これにより、第１スイッチＳ１のみをＯＮにすると、第１不溶解アノード板１１２ａと基板Ｗとの間に電場が生じ、第２スイッチＳ２のみをＯＮとすると、第２不溶解アノード板１１２ｂと基板Ｗとの間に電場が生じる。そして、第１スイッチＳ１と第２スイッチＳ２の双方をＯＮとすると、基板の表面に上記の両電場を重ね合せた電場が生じる。これにより、比較的簡単な構成で、カソード接点８８に接続されてカソードとなる基板Ｗとアノード９８との間における、例えば基板Ｗの中央部と周縁部の電場を容易に制御することができる。
【００３８】
この例では、図１３及び図１４に示すように、第１不溶解アノード板１１２ａは、その表面の１点Ｐで第１陰極導線１１６ｂに接続され、第２不溶解アノード板１１２ｂは、その表面の１点Ｑで第２陰極導線１１６ｃに接続されている。特に、基板の中央部と対向する位置に配置される第２不溶解アノード板１１２ｂにあっては、図１５に示すように、その表面の複数の点、例えば３点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３で第２陰極導線１１６ｃに接続されるようにすることが好ましく、これによって、第２不溶解アノード板１１２ｂと基板Ｗの中央部との間により均一な電場を生じさせることができる。
【００３９】
アノードホルダ９４には、アノード室１００の内部のめっき液を吸引して排出するめっき液排出部（図示せず）が設けられ、このめっき液排出部は、めっき液供給設備１８（図２参照）から延びるめっき液排出管１０６に接続されている。更に、アノードホルダ９４には、その側方に位置して、めっき液注入部１０４が設けられている。このめっき液注入部１０４は、めっき液供給設備１８（図２参照）から延びるめっき液供給管１０２に接続されている。
【００４０】
このように、アノード９８として、不溶解アノード板１１２ａ，１１２ｂを使用して銅めっきを行うと、不溶解アノード板１１２ａ，１１２ｂの表面から酸素ガスが発生し、この酸素ガスが基板Ｗの表面に到達すると基板に成膜されためっき膜に欠陥が発生する原因となる。そこで、この例では、アノードホルダ９４の頂壁に排気ポート１０８を設け、めっき時に、アノード室１００の内部を排気ポート１０８を通して真空排気するようにしている。これにより、不溶解アノード板１１２ａ，１１２ｂの表面から発生した酸素ガスは、これらの内部を通ってアノード室１００の上部に達し、排気ポート１０８外部に排気され、基板Ｗの表面に到達することが防止される。
【００４１】
めっき液注入部１０４は、基板保持部３６がめっき位置Ｂ（図４参照）にある時に、基板保持部３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０の隙間が、例えば０．５〜３ｍｍ程度となるまで電極ヘッド２８を下降させ、この状態で、アノード９８及び多孔質体１１０の側方から、基板Ｗと多孔質体１１０との間の領域にめっき液を注入するためのものである。
【００４２】
これにより、めっき液注入時にめっき液注入部１０４から注入されためっき液は、基板Ｗの表面に沿って一方向に流れ、このめっき液の流れによって、基板Ｗと多孔質体１１０との間の領域の空気が外方に押し出されて外部に排出され、この領域がめっき液注入部１０４から注入された新鮮で組成が調整されためっき液で満たされて、基板Ｗとシール材９０で区画された領域に溜められる。
【００４３】
次に、この実施の形態のめっき装置１２を備えた基板処理装置の操作について、図１６を更に参照して説明する。
先ず、ロード・アンロード部１０からめっき処理前の基板Ｗを搬送ロボット１４で取出し、表面（被めっき面）を上向きにした状態で、フレームの側面に設けられた基板搬出入口から一方のめっき装置１２の内部に搬送する。この時、基板保持部３６は、下方の基板受渡し位置Ａにあり、搬送ロボット１４は、そのハンドが基板ステージ６８の真上に到達した後に、ハンドを下降させることで、基板Ｗを支持腕７０上に載置する。そして、搬送ロボット１４のハンドを、基板搬出入口を通って退去させる。
【００４４】
搬送ロボット１４のハンドの退去が完了した後、カップ４０を上昇させ、同時に基板受渡し位置Ａにあった基板保持部３６を前処理・洗浄位置Ｃに上昇させる。この時、この基板保持部３６の上昇に伴って、支持腕７０上に載置された基板は、位置決め板７２と押付け片７４で位置決めされ、チャック爪７６で確実に把持される。
【００４５】
一方、電極アーム部３０の電極ヘッド２８は、この時点ではめっき液トレー２２上の通常位置にあって、多孔質体１１０あるいはアノード９８がめっき液トレー２２内に位置しており、この状態でカップ４０の上昇と同時に、めっき液トレー２２及び電極ヘッド２８にめっき液の供給を開始する。そして、基板のめっき工程に移るまで、新しいめっき液を供給し、併せてめっき液排出管１０６を通じた吸引を行って、多孔質体１１０に含まれるめっき液の交換と泡抜きを行う。カップ４０の上昇が完了すると、フレーム側面の基板搬出入口はカップ４０で塞がれて閉じ、フレーム内外の雰囲気が遮断状態となる。
【００４６】
カップ４０が上昇するとプレコート処理に移る。即ち、基板Ｗを受取った基板保持部３６を回転させ、待避位置にあったプレコート・回収アーム３２を基板と対峙する位置へ移動させる。そして、基板保持部３６の回転速度が設定値に到達したところで、プレコート・回収アーム３２の先端に設けられたプレコートノズル６４から、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板の表面（被めっき面）に間欠的に吐出する。この時、基板保持部３６が回転しているため、プレコート液は基板Ｗの表面の全面に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置へ戻し、基板保持部３６の回転速度を増して、遠心力により基板Ｗの被めっき面のプレコート液を振り切って乾燥させる。
【００４７】
プレコート完了後にめっき処理に移る。先ず、基板保持部３６を、この回転を停止、若しくは回転速度をめっき時速度まで低下させた状態で、めっきを施すめっき位置Ｂまで上昇させる。すると、基板Ｗの周縁部は、カソード接点８８に接触して通電可能な状態となり、同時に基板Ｗの周縁部上面にシール材９０が圧接して、基板Ｗの周縁部が水密的にシールされる。
【００４８】
一方、搬入された基板Ｗのプレコート処理が完了したという信号に基づいて、電極アーム部３０をめっき液トレー２２上方からめっき処理を施す位置の上方に電極ヘッド２８が位置するように水平方向に旋回させ、しかる後、電極ヘッド２８をカソード部３８に向かって下降させる。そして、多孔質体１１０が基板Ｗの表面に接触することなく、０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度に近接した位置に達した時に電極ヘッド２８を停止させる。電極ヘッド２８の下降が完了した時点で、めっき液注入部１０４から基板Ｗと多孔質体１１０との間の領域にめっき液を注入して該領域をめっき液で満たす。
【００４９】
この時、例えば、図１６にステップ０で示すように、第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２を共にＯＮとして、第１不溶解アノード板１１２ａと基板Ｗとの間、及び第２不溶解アノード板１１２ｂと基板Ｗとの間にそれぞれ定電圧（ＣＶ）を印加して、基板Ｗの表面のシード層７（図１（ａ）参照）がめっき液に溶解してエッチングされることを防止する。
【００５０】
この状態で、めっき初期においては、図１６にステップ１で示すように、第１スイッチＳ１をＯＦＦ、第２スイッチＳ２をＯＮとして、第２不溶解アノード板１１２ｂと該第２不溶解アノード板１１２ｂと対面する基板Ｗの中央部との間に定電流（ＣＣ）を流し、第２不溶解アノード板１１２ｂと基板Ｗの中央部との間のみに電場を生じさせて、基板Ｗの中央部のみにめっき膜を成長させる。次に、めっき中期においては、図１６にステップ２で示すように、第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２の双方をＯＮとして、第２不溶解アノード板１１２ｂと該第２不溶解アノード板１１２ｂと対面する基板Ｗの中央部との間、及び第１不溶解アノード板１１２ａと該第１不溶解アノード板１１２ａと対面する基板Ｗの被めっき全領域のとの間に定電流（ＣＣ）を流す。これにより、第２不溶解アノード板１１２ｂと基板Ｗの中央部との間に、第１不溶解アノード板１１２ａと基板Ｗの周縁部との間よりも大きな電場を生じさせて、基板Ｗの中央部に優先的にめっき膜を成長させる。
【００５１】
基板Ｗの表面にめっき膜が成長するにしたがって、基板Ｗの表面の抵抗（シート抵抗）は下がり、基板の表面におけるシート抵抗に依存するターミナルエフェクトの影響は徐々に小さくなっていく。このため、めっきをこのまま続けると、膜厚が基板Ｗの表面の中心部で厚く外周部で薄いめっき膜となる。
【００５２】
そこで、めっき膜が所定の膜厚に達しためっき終期に、図１６にステップ３で示すように、第２スイッチＳ２をＯＦＦにして、第１不溶解アノード板１１２ａと該第１不溶解アノード板１１２ａと対面する基板Ｗの被めっき全領域のとの間に定電流（ＣＣ）を流し、第１不溶解アノード板１１２ａと基板Ｗの被めっき全領域に均一な電場を生じさせて、基板Ｗの被めっき全領域にめっき膜を均一に成長させる。
【００５３】
このように、異なるめっき膜の膜厚分布を示すめっき膜を重ね合わせることで、全体として均一な膜厚分布を有するめっき膜を成膜することができる。これにより、高いシート抵抗をもつ基板に対しても、基板の表面（被めっき面）の全面により均一な膜厚のめっき膜を形成して、金属をコンタクトホール３やトレンチ４からなる微細な配線用凹部（図１参照）の内部にボイドを生じさせることなく確実に埋込むことができる。
【００５４】
特に、この例にあっては、複数（２枚）の不溶解アノード板１１２ａ，１１２ｂを所定間隔離間させて積層したアノード９８と、基板保持部３６で保持した基板Ｗとアノード９８との間に配置される保水性材料からなる多孔質体１１０との相乗効果によって、高いシート抵抗を持つ基板に対して、より均一な膜厚のめっき膜を成膜することができる。
【００５５】
そして、めっき処理が完了すると、電極アーム部３０を上昇させ旋回させてめっき液トレー２２上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置から基板Ｗに対峙する位置へ移動させて下降させ、めっき液回収ノズル６６から基板Ｗ上のめっき液の残液を回収する。この残液の回収が終了した後、プレコート・回収アーム３２を待避位置へ戻し、基板のめっき面のリンスのために、純水用の固定ノズル３４から基板Ｗの中央部に純水を吐出し、同時にスピードを増して基板保持部３６を回転させて基板Ｗの表面のめっき液を純水に置換する。このように、基板Ｗのリンスを行うことで、基板保持部３６をめっき位置Ｂから下降させる際に、めっき液が跳ねて、カソード部３８のカソード接点８８が汚染されることが防止される。
【００５６】
リンス終了後に水洗工程に入る。即ち、基板保持部３６をめっき位置Ｂから前処理・洗浄位置Ｃへ下降させ、純水用の固定ノズル３４から純水を供給しつつ基板保持部３６及びカソード部３８を回転させて水洗を実施する。この時、カソード部３８に直接供給した純水、または基板Ｗの面から飛散した純水によってシール材９０及びカソード接点８８も基板と同時に洗浄することができる。
【００５７】
水洗完了後にドライ工程に入る。即ち、固定ノズル３４からの純水の供給を停止し、更に基板保持部３６及びカソード部３８の回転スピードを増して、遠心力により基板表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シール材９０及びカソード接点８８も乾燥される。ドライ工程が完了すると基板保持部３６及びカソード部３８の回転を停止させ、基板保持部３６を基板受渡し位置Ａまで下降させる。すると、チャック爪７６による基板Ｗの把持が解かれ、基板Ｗは、支持腕７０の上面に載置された状態となる。これと同時に、カップ４０も下降させる。
【００５８】
以上でめっき処理及びそれに付帯する前処理や洗浄・乾燥工程の全ての工程を終了し、搬送ロボット１４は、そのハンドを基板搬出入口から基板Ｗの下方に挿入し、そのまま上昇させることで、基板保持部３６から処理後の基板Ｗを受取る。そして、搬送ロボット１４は、この基板保持部３６から受取った処理後の基板Ｗをロード・アンロード部１０に戻す。
【００５９】
上記の例では、２枚の不溶解アノード板１１２ａ，１１２ｂを１個の整流器１１４の陰極に個別に接続させ、２個スイッチＳ１，Ｓ２のスイッチングによって、特に基板の周縁部と中心部における電場をコントロールするようにしている。図１７（ａ）に示すように、大径の第１不溶解アノード板１２０ａと小径の第２不溶解アノード板１２０ｂとを所定間隔離間させて同心状に配置し、両不溶解アノード板１２０ａ，１２０ｂを目の粗いメッシュ状の導電体１２２で電気的に接続してアノード９８ａを構成し、このアノード９８ａの第２不溶解アノード板１２０ａのみに整流器１１４の陰極から延びる陰極導線１１６を接続するようにしてもよい。
【００６０】
図１７（ａ）に示す例では、小径の第２不溶解アノード板１２０ｂを基板Ｗ側に配置して、第２不溶解アノード板１２０ｂと基板Ｗとの距離の方が、第１不溶解アノード板１２０ａと基板Ｗとの距離より短くなるようにしている。図１７（ｂ）に示すように、大径の第１不溶解アノード板１２０ａを基板Ｗ側に配置し、第１不溶解アノード板１２０ａと基板Ｗとの距離の方が、小径の第２不溶解アノード板１２０ｂと基板Ｗとの距離より短くするようにしてアノード９８ｂを構成してもよい。
【００６１】
これにより、めっきの際、基板Ｗの中心部に電場を集中させ、基板の中心部に優先的にめっき膜を成長させて、表面により高いシート抵抗をもつ基板に対しても、基板の表面により均一な膜厚のめっき膜を成膜することができる。しかも、不溶解アノード板を用いることで、例えば同心状以外の不溶解アノード板の複雑な幾何学的な配置を可能となして、不溶解アノード板の有効な多層化を図ることができる。
【００６２】
上記の例では、アノード９８と基板保持部３６で保持された基板Ｗとの間に多孔質体１１０を配置し、この多孔質体１１０にめっき液を含浸させることで、アノード９８と基板Ｗとの間のめっき液に高い抵抗を持たせ、基板表面のシート抵抗の影響を無視できる程度となすことと相まって、より高いシート抵抗をもつ基板に対しても、より均一な膜厚のめっき膜を確実に形成できるようにした例を示していが、多孔質体１１０を省略してもよいことは勿論である。
また、配線材料として銅を使用しているが、銅の代わりに、銅合金、銀または銀合金を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】めっきによって銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態のめっき装置を備えた基板処理装置の全体を示す平面図である。
【図３】図２に示すめっき装置を示す平面図である。
【図４】図２に示すめっき装置の基板保持部及びカソード部の拡大断面図である。
【図５】図２に示すめっき装置のプレコート・回収アームを示す正面図である。
【図６】図２に示すめっき装置の基板保持部の平面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】図６のＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】図２に示すめっき装置のカソード部の平面図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１１】図２に示すめっき装置の電極アーム部の平面図である。
【図１２】図２に示すめっき装置の電極ヘッド及び基板保持部を概略的に示すめっき時における断面図である。
【図１３】図２に示すめっき装置のアノード、整流器及びスイッチ、及び基板の関係を示す概要図である。
【図１４】アノードを示す裏面図である。
【図１５】アノードの他の例を示す裏面図である。
【図１６】めっき装置の典型的なレシピを示す図である。
【図１７】本発明のそれぞれ異なる他の実施の形態のめっき装置の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
６  銅膜
７  シード層
１０  ロード・アンロード部
１２  めっき装置
２０  基板処理部
２６  揺動アーム
２８  電極ヘッド
３０  電極アーム部
３６  基板保持部
３８  カソード部
６８  基板ステージ
７０  支持腕
８８  カソード接点
９０  シール材
９４  アノードホルダ
９８，９８ａ，９８ｂ  アノード
１００  アノード室
１１０  多孔質体
１１２ａ，１１２ｂ，１２０ａ，１２０ｂ  不溶解アノード板
１１４  整流器
１１６，１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ  陰極導線
１１８  陽極導線
１２２  導電体
Ｓ１，Ｓ２  スイッチ
【図１】
2008150631.tif 000003
【図２】
2008150631.tif 000004
【図３】
2008150631.tif 000005
【図４】
2008150631.tif 000006
【図５】
2008150631.tif 000007
【図６】
2008150631.tif 000008
【図７】
2008150631.tif 000009
【図８】
2008150631.tif 000010
【図９】
2008150631.tif 000011
【図１０】
2008150631.tif 000012
【図１１】
2008150631.tif 000013
【図１２】
2008150631.tif 000014
【図１３】
2008150631.tif 000015
【図１４】
2008150631.tif 000016
【図１５】
2008150631.tif 000017
【図１６】
2008150631.tif 000018
【図１７】
2008150631.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月4日(2007.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
図１３に詳細に示すように、第１不溶解アノード板１１２ａは、単一の整流器（めっき電源）１１４の陽極から延びる共通陽極導線１１６ａから分岐した第１陽極導線１１６ｂに接続され、第２不溶解アノード板１１２ｂは、共通陽極導線１１６ａから分岐した第２陽極導線１１６ｃに接続されている。そして、第１陽極導線１１６ｂ及び第２陽極導線１１６ｃには、開閉用の第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２がそれぞれ介装されている。整流器１１４の陰極から延びる陰極導線１１８は、カソード接点８８に接続される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
この例では、図１３及び図１４に示すように、第１不溶解アノード板１１２ａは、その表面の１点Ｐで第１陽極導線１１６ｂに接続され、第２不溶解アノード板１１２ｂは、その表面の１点Ｑで第２陽極導線１１６ｃに接続されている。特に、基板の中央部と対向する位置に配置される第２不溶解アノード板１１２ｂにあっては、図１５に示すように、その表面の複数の点、例えば３点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３で第２陽極導線１１６ｃに接続されるようにすることが好ましく、これによって、第２不溶解アノード板１１２ｂと基板Ｗの中央部との間により均一な電場を生じさせることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
上記の例では、２枚の不溶解アノード板１１２ａ，１１２ｂを１個の整流器１１４の陽極に個別に接続させ、２個スイッチＳ１，Ｓ２のスイッチングによって、特に基板の周縁部と中心部における電場をコントロールするようにしている。図１７（ａ）に示すように、大径の第１不溶解アノード板１２０ａと小径の第２不溶解アノード板１２０ｂとを所定間隔離間させて同心状に配置し、両不溶解アノード板１２０ａ，１２０ｂを目の粗いメッシュ状の導電体１２２で電気的に接続してアノード９８ａを構成し、このアノード９８ａの第２不溶解アノード板１２０ａのみに整流器１１４の陽極から延びる陽極導線１１６を接続するようにしてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
６  銅膜
７  シード層
１０  ロード・アンロード部
１２  めっき装置
２０  基板処理部
２６  揺動アーム
２８  電極ヘッド
３０  電極アーム部
３６  基板保持部
３８  カソード部
６８  基板ステージ
７０  支持腕
８８  カソード接点
９０  シール材
９４  アノードホルダ
９８，９８ａ，９８ｂ  アノード
１００  アノード室
１１０  多孔質体
１１２ａ，１１２ｂ，１２０ａ，１２０ｂ  不溶解アノード板
１１４  整流器
１１６，１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ  陽極導線
１１８  陰極導線
１２２  導電体
Ｓ１，Ｓ２  スイッチ 
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
2008150631.tif 000020
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2008150631.tif 000021
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１７】
2008150631.tif 000022