(57)【要約】【課題】液組成の監視の必要がなく、これらに付帯する設備も不要で装置のコストダウンが図れるめっき装置及びめっき方法を提供すること。【解決手段】電解めっき装置１０は、基板の被めっき面にめっき液を接液してめっきを行う基板処理領域２０を有する。基板処理領域２０にはめっき処理に使用するめっき液を流入するめっき液流入部１００と、めっき処理に使用しためっき液を流出するめっき液流出部１２０とを設ける。めっき液流出部１００から流出しためっき液を基板処理領域２０に返流しない構造とする。即ち一度使用しためっき液を全く使用しないように構成したので、液組成の監視の必要がなくなる。【選択図】　　　図１
2004035926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の被めっき面にめっき液を接液してめっきを行う基板処理領域を有し、この基板処理領域にはめっき処理に使用するめっき液を流入するめっき液流入部と、めっき処理に使用しためっき液を流出するめっき液流出部とを設け、
前記めっき液流出部から流出しためっき液を前記基板処理領域に返流しない構造としたことを特徴とするめっき装置。
【請求項２】
前記めっき装置は、基板の被めっき面と被めっき面に対峙したアノードとの間にめっき液を満たしてめっきを行う電解めっき装置であり、
前記電解めっき装置は基板処理領域の他に前記アノードを待避させると共に待避位置でアノード表面にめっき液を接液させるアノード領域を有し、
前記めっき液流出部から流出しためっき液の少なくとも一部を、前記アノード領域に流入して再使用す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】
前記アノードが不溶解アノードであることを特徴とする請求項２記載のめっき装置。
【請求項４】
前記アノードと基板の間に、めっき液の電気伝導率より小さい電気伝導率の高電気抵抗構造体を配置したことを特徴とする請求項２又は３記載のめっき装置。
【請求項５】
めっき液流入部から基板処理領域内にめっき液を流入して基板処理領域内に設置した基板の被めっき面にめっき液を接液してめっきを行うとともに、前記基板処理領域内でめっき処理に使用しためっき液をめっき液流出部から流出するめっき方法において、
前記めっき液流出部から流出しためっき液を前記基板処理領域内に返流しないことを特徴とするめっき方法。
【請求項６】
前記めっきは、基板の被めっき面と被めっき面に対峙したアノードとの間にめっき液を満たしてめっきを行う電解めっきであり、
前記基板処理領域の他に設けたアノード領域に前記アノードを待避させた際に、前記めっき液流出部から流出しためっき液の少なくとも一部をアノード領域に供給してアノード表面に接液させることを特徴とする請求項５記載のめっき方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板のめっき装置及びめっき方法に関し、特に半導体基板等の基板の表面（被めっき面）に銅めっき等の金属めっきを施すのに好適なめっき装置及びめっき方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来めっきは、金属膜の形成方法として広く利用されている。即ち例えば銅の多層配線用の電解銅めっきや、バンプ形成用の電解金めっき等、半導体産業等でもその有効性（安価、孔埋め特性等）が注目され利用されつつある。
【０００３】
ここで半導体基板上に銅めっきを施す電解めっき装置としては、カップ式、即ち図１１に示す電解めっき装置のように、カップ３００内にめっき液ｑを満たし、基板保持手段３１０に保持した基板Ｗをめっき液ｑ中に浸漬し、カップ３００の下部からカップ３００内に連続的にめっき液ｑを供給しながら、めっき液ｑ中に設置したアノード３３０と基板Ｗの被めっき面ｗ１間に電圧を印加して前記被めっき面ｗ１に銅をめっきする方式のものが多い。
【０００４】
通常、上記構造の基板Ｗのめっき装置をみると、一つのカップ３００に対して３Ｌ／ｍｉｎ〜３０Ｌ／ｍｉｎのめっき液を常に供給している。そのためカップ３００からオーバーフローしためっき液ｑは、液管理装置３４０のめっき液循環用タンク３４１に回収され、再びカップ３００内に還流させる構成になっている。何故なら、一枚の基板Ｗをめっきするために大量のめっき液が必要となり、コスト上昇を招くからである。
【０００５】
このようにめっき液を循環すると、ポンプによるせん断力、温度上昇、アノード３３０との接触、フィルターとの接触などにより、めっき液の成分濃度が変動する。その変動はめっき性能に悪影響を及ぼす場合が多いので、通常のめっき装置には図１１に示すように液分析装置３５０を設置してめっき液の成分分析を行い、必要に応じて添加剤等を添加剤等補給手段３６０から補給する。まためっき装置によっては、さらに図１１に点線で示すように、循環使用するめっき液の一部をめっき液循環用タンク３４１から排出し、一方で新しいめっき液をめっき液循環用タンク３４１に補給するように構成する場合もある。
【０００６】
しかしながら上記従来のめっき装置には以下のような問題点があった。
▲１▼めっき液を循環させながら再使用するので、液組成が所定の状態を維持するように、液分析装置３５０や添加剤等補給手段３６０を設置する必要があり、設備コストが高価になってしまう。
【０００７】
▲２▼上記めっき装置において添加する添加剤（有機系添加剤）は、液分析装置３５０で分析できる添加剤でなければ補給できないので使用できない。従って分析が不可能な複雑な化合物を含む添加剤の使用が制限されていた。
【０００８】
▲３▼アノード３３０として溶解アノード（例えば含リン銅）を使用すれば、基板Ｗにめっきした銅に相当する量の銅イオンがアノード３３０からめっき液ｑ中に供給されるので、めっき液ｑ中の銅イオン濃度は変化せず好適である。しかしながらアノード３３０として溶解アノードを使用した場合、アノード３３０が消耗するので、定期的にアノード３３０を交換する必要が生じてしまう。またアノード３３０表面にブラックフイルムが生成されるので、これがアノード３３０表面から剥がれて基板Ｗの被めっき面ｗ１上にパーティクルとして付着すると、めっきが異常成長して欠陥を生じる恐れがある。
【０００９】
▲４▼一方上記溶解アノードの欠点を防止するため、アノード３３０として不溶解アノードを使用した場合、基板Ｗにめっきした銅に相当する量の銅イオンがアノード３３０からめっき液ｑ中に供給されないので金属（銅）イオン濃度が低下し、めっき性能を安定に維持できない。一方金属イオン濃度を一定に維持するには、別途金属イオンの濃度監視装置と金属イオン供給系が必要になってしまう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、液組成の監視の必要がなくてこれらに付帯する設備も不要で装置のコストダウンが図れるめっき装置及びめっき方法を提供することにある。
【００１１】
また本発明の目的は、分析不可能な複雑な化合物を含む添加剤の使用も自由に行えるめっき装置及びめっき方法を提供することにある。
【００１２】
また本発明の目的は、アノードとして不溶解アノードを使用しても、金属イオン濃度の監視をすることなくめっき性能を安定に維持できるめっき装置及びめっき方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板の被めっき面にめっき液を接液してめっきを行う基板処理領域を有し、この基板処理領域にはめっき処理に使用するめっき液を流入するめっき液流入部と、めっき処理に使用しためっき液を流出するめっき液流出部とを設け、前記めっき液流出部から流出しためっき液を前記基板処理領域に返流しない構造としたことを特徴とするめっき装置である。
めっき装置の基板処理領域では、めっき液流出部から流出しためっき液を基板処理領域に返流しない構造、即ち一度使用しためっき液を全く使用しないように構成したので、めっき液の液組成を所定の状態に維持するために設置する液分析装置や添加剤等補給手段は不要になり、設備コストのコストダウンが図れ、まためっき液の添加剤として液分析装置で分析できない添加剤を用いてもその分析が不要なので、分析が不可能な複雑な化合物を含む添加剤の使用が自由に行える。またアノードとして定期的交換が不要でブラックフィルムが生じない不溶解アノードを使用しても、めっき処理によって金属（銅）イオン濃度が低下しためっき液を使用しないので常にめっき性能を安定に維持でき、また別途金属イオンの濃度監視装置と金属イオン供給系を設置する必要も無くなる。なおめっき装置は電解めっき装置でも良いし、無電解めっき装置でも良い。
【００１４】
請求項２記載の発明は、前記めっき装置は、基板の被めっき面と被めっき面に対峙したアノードとの間にめっき液を満たしてめっきを行う電解めっき装置であり、前記電解めっき装置は基板処理領域の他に前記アノードを待避させると共に待避位置でアノード表面にめっき液を接液させるアノード領域を有し、前記めっき液流出部から流出しためっき液の少なくとも一部を、前記アノード領域に流入して再使用することを特徴とする請求項１記載のめっき装置である。アノード領域で使用するめっき液は、めっき処理を行っているときに使用するものではないので、多少めっき液の液組成や金属イオン濃度が最適な状態でなくても特に問題なく、めっき液の有効利用が図れる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記アノードが不溶解アノードであることを特徴とする請求項２記載のめっき装置である。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記アノードと基板の間に、めっき液の電気伝導率より小さい電気伝導率の高電気抵抗構造体を配置したことを特徴とする請求項２又は３記載のめっき装置である。これによって基板の被めっき面の各部のめっき膜厚を均一にすることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、めっき液流入部から基板処理領域内にめっき液を流入して基板処理領域内に設置した基板の被めっき面にめっき液を接液してめっきを行うとともに、前記基板処理領域内でめっき処理に使用しためっき液をめっき液流出部から流出するめっき方法において、前記めっき液流出部から流出しためっき液を前記基板処理領域内に返流しないことを特徴とするめっき方法である。
【００１８】
請求項６記載の発明は、前記めっきは、基板の被めっき面と被めっき面に対峙したアノードとの間にめっき液を満たしてめっきを行う電解めっきであり、前記基板処理領域の他に設けたアノード領域に前記アノードを待避させた際に、前記めっき液流出部から流出しためっき液の少なくとも一部をアノード領域に供給してアノード表面に接液させることを特徴とする請求項５記載のめっき方法である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる電解めっき装置１０及びこれに付帯するめっき液管理装置２００を示す全体概略構成図である。同図において電解めっき装置１０は、基板処理領域２０と、アノード領域８０とを具備して構成されている。一方めっき液管理装置２００は、めっき液供給タンク２１０と、めっき液供給装置２２０と、めっき液受液タンク２３０と、めっき液排出用タンク２４０とを具備して構成されている。基板処理領域２０には、前記めっき液供給装置２２０からめっき液を流入するめっき液流入部１００と、めっき処理に使用しためっき液を前記基板処理領域２０からめっき液受液タンク２３０に流出するめっき液流出部１２０とを有している。
【００２０】
そしてめっき液供給タンク２１０には常に新規なめっき液が補給され、基板処理領域２０にはめっき液供給装置２２０によって常に新規なめっき液が補給される。この新規なめっき液には、基板処理領域２０で使用された後のめっき液は含まれない。一方基板処理領域２０で使用されためっき液は、めっき液受液タンク２３０に集められ、その一部はアノード領域８０に供給される。アノード領域８０では、前記基板処理領域２０で使用されるアノードを待避させておき、待避させている際に、アノード表面（及び以下の実施形態では高電気抵抗構造体）が常にめっき液に浸された状態を保つようにして即座に次のめっき処理に対応できるようにするためにめっき液が供給される。そこでこのアノード領域８０に供給されるめっき液として、前記めっき液受液タンク２３０に集めためっき液を使用する。アノード領域８０で使用するめっき液は、めっき処理を行っているときに使用するものではないので、多少めっき液の液組成や金属イオン濃度が最適な状態でなくても特に問題なく、めっき液の有効利用が図れる。アノード領域８０で使用後のめっき液もめっき液受液タンク２３０に戻される。なおアノード領域８０で使用するめっき液としてめっき液受液タンク２３０内のめっき液だけを使用する必要はなく、めっき液受液タンク２３０内のめっき液の一部と新規なめっき液を混合して使用しても良い。そしてめっき液受液タンク２３０内のめっき液はめっき液排出用タンク２４０に送られた後、外部に排出される。
【００２１】
上述したように電解めっき装置１０の基板処理領域２０には、一度使用しためっき液は全く使用せず、つまり前記めっき液流出部１２０から流出しためっき液を基板処理領域２０に返流しない構造に構成したので、めっき液の液組成を所定の状態に維持するために設置する液分析装置や添加剤等補給手段は不要になり、設備コストのコストダウンが図れ、まためっき液の添加剤として液分析装置で分析できない添加剤を用いてもその分析が不要なので、分析が不可能な複雑な化合物を含む添加剤の使用が自由に行え、またアノードとして定期的交換が不要でブラックフィルムが生じない不溶解アノードを使用しても、めっき処理によって金属（銅）イオン濃度が低下しためっき液を使用しないので常にめっき性能を安定に維持でき、また別途金属イオンの濃度監視装置と金属イオン供給系を設置する必要も無くなる。
【００２２】
上記電解めっき装置１０においては、一度使用しためっき液を再使用しないので、一枚の基板をメッキする際に用いるめっき液の量を少量にするのが好適である。そこで以下に示す具体的な電解めっき装置１０として、めっき液の使用量が少なくて済む構造のものを示している。この電解めっき装置１０によれば、直径２００ｍｍの１枚の基板Ｗのめっきに必要なめっき液使用量は、１０〜１５０ｍｌ（望ましくは１５〜６０ｍｌ）であり、図１１に示すカップ式の電解めっき装置で使用するめっき液の１／１００以下の少量で済む。
【００２３】
図２は電解めっき装置１０の一具体的構成例を示す概略平面図、図３は電解めっき装置１０の内の基板処理領域２０の部分の要部概略側面図である。図２に示すように電解めっき装置１０は、基板処理領域２０と、アノード領域８０とを隣接して設けている。基板処理領域２０とアノード領域８０の上部には、回転軸４１を中心に揺動する揺動アーム４３の先端に円板状の電極部４５を保持してなる電極アーム部４０が設置されている。また基板処理領域２０の側方に位置してプレコート・回収アーム３０と、純水やイオン水等の薬液、更には気体等を基板に向けて噴射する固定ノズル３４とが設置されている。
【００２４】
基板処理領域２０は、基板Ｗの被めっき面にめっき液を接液してめっきを行うものであり、図３に示すように、基板Ｗの被めっき面を上向きにして保持する基板保持部２１と、この基板保持部２１の上方に基板保持部２１の周縁部を囲繞するように配置されるシール及びカソード部２３とを具備している。ここで基板保持部２１は、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、基板の外周を把持するように構成されている。図２に示すプレコート・回収アーム３０は、旋回、且つ上下動するように構成されており、下記する図５（ｄ）に示すように、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３１が、基端側にめっき液回収用のめっき液回収ノズル３３がそれぞれ保持されている。また下記する図４に示すように、シール及びカソード部２３は環状のシール材２５を有し、その下側にカソード電極２７を設置している。このシール及びカソード部２３は図３に示すめっき位置Ｂまで基板保持部２１が上昇したときに、基板保持部２１で保持した基板Ｗの周縁部にカソード電極２７が押し付けられて通電し、同時にシール材２５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Ｗ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共に、めっき液がカソード電極２７を汚染することを防止するようになっている。なおこの実施形態ではシール及びカソード部２３は、上下動不能で基板保持部２１と一体に回転するようになっている。
【００２５】
図２に示すアノード領域８０は、めっきを実施していないときに、電極部４５に取り付けた下記する高電気抵抗構造体５１及びアノード４９をめっき液で湿潤させるためのものであり、高電気抵抗構造体５１が収納できる大きさのめっき液を溜めるめっき液トレー８１が載置されている。
【００２６】
電極アーム部４０は、回転軸４１を中心に揺動する揺動アーム４３の先端に円板状の電極部４５を保持して構成されている。電極部４５は基板処理領域２０とアノード領域８０間を揺動する。そして電極部４５は、基板保持部２１がめっき位置Ｂにあるときに、基板保持部２１に保持された基板Ｗ上に下降し、基板Ｗの被めっき面にめっきを施す。
【００２７】
図４は電極部４５によって電解めっきを行う状態を示す要部概要図である。同図に示すように電極部４５は、保持具４７にアノード４９と高電気抵抗構造体５１とを所定間隔離間して保持固定している。またアノード４９は、保持具４７と高電気抵抗構造体５１により完全に被覆された構造となっている。
【００２８】
アノード４９は板状（円板状）であり、その内部に多数の上下に貫通する貫通孔（細孔）４９１を設けている。即ち例えばパンチングプレートやエキスパンドメタル等によって構成されている。またアノード４９は不溶解アノードであり、チタンやＳＵＳの基材表面に酸化イリジウムや白金をコーティングしたものが使用される。もちろん不溶解アノードであれば、これら材質に限定されないことは言うまでもない。アノード４９の上にはめっき液導入手段５３が設置され、保持具４７の上部からアノード４９を通して高電気抵抗構造体５１の内部にめっき液を供給するように構成している。
【００２９】
高電気抵抗構造体５１は多孔質物質によって構成されており、この実施形態では多孔質セラミックス板（例えばＳｉＣ製）によって構成されている。多孔質セラミックス板は内部にめっき液を含浸させることで、めっき液の電気伝導率より小さい電気伝導率の高電気抵抗構造体を構成する。
【００３０】
保持具４７の上部には、保持具４７内の気圧を測定する圧力計５５と、保持具４７内の生成ガスを排出する生成ガス排出管５７と、保持具４７内のめっき液を排出するめっき液排出管６１とが設置されている。生成ガス排出管５７中にはバルブ５９が取り付けられ、圧力計５５の測定によって保持具４７内の気圧が所定値を越えるとバルブ５９を開くように構成している。
【００３１】
次にこの電解めっき装置１０の処理手順を説明する。先ずめっき処理を行っていないときは電極アーム部４０の電極部４５は、アノード領域８０のめっき液トレー８１上の通常位置にあり、高電気抵抗構造体５１或いはアノード４９がめっき液トレー８１内に位置しており、この状態でめっき液トレー８１及び電極部４５にめっき液を供給する。供給するめっき液の少なくとも一部は、図１に示すめっき液受液タンク２３０内の基板処理領域２０で一度使用しためっき液である。そして基板Ｗのめっき工程に移るまで、めっき液を供給し、併せてめっき液排出管６１を通じためっき液の吸引を行って、高電気抵抗構造体５１に含まれるめっき液の交換と泡抜きを行う。このアノード領域８０で使用しためっき液は、前記図１に示すめっき液受液タンク２３０に戻される。
【００３２】
次に図５（ａ）に示すように、基板受渡し位置Ａにある基板保持部２１に基板Ｗを保持させ、次に図５（ｂ）に示すように基板保持部２１を前処理・洗浄位置Ｃに上昇し、プレコート処理に移る。即ち基板保持部２１を回転させ、待避位置にあったプレコート・回収アーム３０を基板Ｗと対峙する位置へ移動させる。そして基板保持部２１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３０の先端に設けられたプレコートノズル３１から、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板Ｗの被めっき面に吐出する。このとき基板保持部２１が回転しているため、プレコート液は基板Ｗの被めっき面全体に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム３０を待避位置へ戻し、基板保持部２１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。
【００３３】
プレコート完了後にめっき処理に移る。先ず、基板保持部２１の回転を停止、若しくは基板保持部２１の回転速度をめっき時速度まで低下させた状態で、図５（ｃ）に示すように、めっきを施すめっき位置Ｂまで上昇させる。すると図４に示すように、基板Ｗの周縁部はカソード電極２７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２５が圧接して基板Ｗの周縁部が水密的にシールされる。
【００３４】
一方前記基板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４０をめっき液トレー８１上方に移動してからめっきを施す位置の上方に電極部４５が位置するように水平方向に旋回させ、この位置に到達した後に、電極部４５を基板Ｗに向かって下降させ、図５（ｃ）に示す状態にする。このとき高電気抵抗構造体５１を基板Ｗの被めっき面に接触することなく、０．５〜３ｍｍ程度に接近した位置とする。電極部４５の下降が完了した時点で、めっき電流を投入し、図４に示すようにめっき液導入手段５３からめっき液を電極部４５の内部の高電気抵抗構造体５１に供給する。これによってめっき液が高電気抵抗構造体５１と基板Ｗの被めっき面との間の隙間に満たされ、基板Ｗの被めっき面に銅めっきが施される。このとき基板保持部２１を低速で回転させても良い。めっき液導入手段５３に供給するめっき液は、図１に示すめっき液供給タンク２１０内の新規な未使用のめっき液である。なお一枚の基板Ｗに使用するめっき液は、図４に示すように、基板Ｗ上のシール材２５の内側に溜めためっき液と、基板保持部２１内にあるめっき液のみであって少量である。
【００３５】
以上のようにめっき処理が行われているとき、アノード４９下面には生成ガス（酸素）が溜まり、絶縁されて電気が流れなくなる恐れがある。しかしながら本実施形態においては、アノード４９に多数の貫通孔４９１を設けているので、アノード４９で発生した生成ガスは、アノード４９の下面に溜まらず、貫通孔４９１を通って上方に出て行き、上方の空間Ｅに溜まる。従って好適なめっき処理が維持される。一方上方の空間Ｅ内に溜まる生成ガスが増加すると、その内圧が大きくなり、保持具４７内に保持しているめっき液が下方に押されてその保持ができなくなる恐れがある。そこで本実施形態では、前記空間Ｅ内の圧力を圧力計５５で測定し、内圧が所定の圧力を越えるとバルブ５９を開くことで空間Ｅ内の気体を生成ガス排出管５７から外部に排出し、これによって常に保持具４７内にめっき液が保持できるようにしている。
【００３６】
めっき処理が完了すると、電極アーム部４０を上昇させてアノード領域８０のめっき液トレー８１の上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に図５（ｄ）に示すように、プレコート・回収アーム３０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３３から基板Ｗ上のめっき液の残液を回収し、図１に示すめっき液受液タンク２３０に排出する。めっき残液の回収が終了した後、プレコート・回収アーム３０を待避位置へ戻し、基板Ｗの被めっき面のリンスのために固定ノズル３４（図５（ｄ）では図示せず）から基板Ｗの中央部に純水を吐出し、同時に基板保持部２１をスピードを増して回転させて基板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２１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電極２７が汚染されることが防止される。
【００３７】
リンス終了後に水洗工程に入る。即ち図５（ｅ）に示すように、基板保持部２１をめっき位置Ｂから前処理・洗浄位置Ｃへ下降させ、固定ノズル３４から純水を供給しつつ基板保持部２１とシール及びカソード部２３を回転させて水洗を実施する。この時、シール及びカソード部２３のシール材２５とカソード電極２７も基板Ｗと同時に洗浄できる。
【００３８】
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２１とシール及びカソード部２３の回転スピードを増して、遠心力により基板Ｗ表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シール材２５とカソード電極２７も乾燥させる。ドライ工程が完了すると基板保持部２１とシール及びカソード部２３の回転を停止させ、図５（ｆ）に示すように、基板保持部２１を基板受渡し位置Ａまで下降させ、基板保持部２１による基板Ｗの保持を解除して外部に取り出す。以上でめっき処理及びそれに付帯する前処理や洗浄・乾燥工程の全工程を終了する。
【００３９】
ここで上記実施形態において図４に示すように、アノード４９と基板Ｗの間に高電気抵抗構造体５１を設置したのは、基板Ｗの面積が大きくても、基板Ｗの被めっき面の各部のめっき膜厚を均一にする為である。即ち高電気抵抗構造体５１をアノード４９と基板Ｗの間に挿入することによって、図６に示す等価回路に示すようになる。各抵抗成分は以下の通りである。
Ｒ１　電源−アノード４９間の電源線抵抗および各種接触抵抗
Ｒ２　アノード４９における分極抵抗
Ｒ３　めっき液抵抗
Ｒ４　陰極（めっき表面）における分極抵抗
Ｒ５　基板Ｗ表面の導電層（銅薄膜）の抵抗
Ｒ６　陰極電位導入接点−電源間の電源線抵抗および各種接触抵抗
Ｒｐ　高電気抵抗構造体５１による大きな抵抗
【００４０】
このように構成すると、高電気抵抗構造体５１による大きな抵抗Ｒｐが発生するので、基板Ｗの中央部における抵抗と周辺部における抵抗の比、すなわち（Ｒ２＋Ｒｐ＋Ｒ３＋Ｒ４）／（Ｒ２＋Ｒｐ＋Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５）は１に近づき、基板Ｗ表面の導電層の抵抗Ｒ５による影響を受けなくなり、基板Ｗの表面の電気抵抗による電流密度の面内差が小さくなって、めっき膜の面内均一性が向上する。もし高電気抵抗構造体５１を設置しないと、基板Ｗ表面の導電層の抵抗Ｒ５が他の電気抵抗Ｒ１〜Ｒ４及びＲ６に比して大きくなり、この導電層の抵抗Ｒ５の両端に生じる電位差が大きくなり、それに伴ってめっき電流に差が生じ、これによって陰極導入接点（カソード電極２７）から遠い位置ではめっきの膜成長速度が低下してしまい、これは基板の面内で電流密度が異なることを意味し、めっきの特性自体（めっき膜の抵抗率、純度、埋込特性など）が面内で均一とならなくなってしまう。
【００４１】
図７は前述の電解めっき装置１０を備えた基板処理装置の一例を示す平面配置図である。図示するようにこの基板処理装置は、内部に複数の基板を収納する４基のロード・アンロード部３１０と、めっき処理及びその付帯処理を行う４基の電解めっき装置１０と、２基の搬送ロボット３２０，３３０と、基板上に成膜した金属（銅）膜の厚みを測定する膜厚測定装置３４０と、基板の仮置き台３５０と、２基のベベル・裏面洗浄ユニット４００とを具備して構成されている。
【００４２】
そしてまず搬送ロボット３２０は何れかのロード・アンロード部３１０から一枚の基板を取り出し、膜厚測定装置３４０で金属膜の膜厚を測定した後、仮置き台３５０に基板を載せる。仮置き台３５０上の基板は搬送ロボット３３０によって何れかの電解めっき装置１０に送られ、その被めっき面に金属（銅）めっきを施した後、搬送ロボット３３０によって何れかのべベル・裏面洗浄ユニット４００に搬送されて基板の洗浄・乾燥を行い、その後搬送ロボット３２０によって再び膜厚測定装置３４０に送られてその金属膜の膜厚が測定され、その後搬送ロボット３２０によって何れかのロード・アンロード部３１０に戻される。
【００４３】
ベベル・裏面洗浄ユニット４００は、エッジ（ベベル）銅エッチングと裏面洗浄が同時に行え、また基板表面の回路形成部の銅の自然酸化膜の成長を抑えることが可能である。図８に、ベベル・裏面洗浄ユニット４００の概略図を示す。図８に示すように、ベベル・裏面洗浄ユニット４００は、有底円筒状の防水カバー４２０の内部に位置して基板Ｗをフェイスアップでその周縁部の円周方向に沿った複数箇所でスピンチャック４２１により水平に保持して高速回転させる基板保持部４２２と、この基板保持部４２２で保持された基板Ｗの表面側のほぼ中央部上方に配置されたセンタノズル４２４と、基板Ｗの周縁部の上方に配置されたエッジノズル４２６とを備えている。センタノズル４２４及びエッジノズル４２６は、それぞれ下向きで配置されている。また基板Ｗの裏面側のほぼ中央部の下方に位置して、バックノズル４２８が上向きで配置されている。前記エッジノズル４２６は、基板Ｗの直径方向及び高さ方向を移動自在に構成されている。
【００４４】
このエッジノズル４２６の移動幅Ｌは、基板の外周端面から中心部方向に任意の位置決めが可能になっていて、基板Ｗの大きさや使用目的等に合わせて、設定値の入力を行う。通常、２ｍｍから５ｍｍの範囲でエッジカット幅Ｃを設定し、裏面から表面への液の回り込み量が問題にならない回転数以上であれば、その設定されたカット幅Ｃ内の銅膜を除去することができる。
【００４５】
次に、この洗浄装置による洗浄方法について説明する。まず、スピンチャック４２１を介して基板を基板保持部４２２で水平に保持した状態で、半導体基板Ｗを基板保持部４２２と一体に水平回転させる。この状態で、センタノズル４２４から基板Ｗの表面側の中央部に酸溶液を供給する。この酸溶液としては非酸化性の酸であればよく、例えばフッ酸、塩酸、硫酸、クエン酸、蓚酸等を用いる。一方、エッジノズル４２６から基板Ｗの周縁部に酸化剤溶液を連続的または間欠的に供給する。この酸化剤溶液としては、オゾン水、過酸化水素水、硝酸水、次亜塩素酸ナトリウム水等のいずれかを用いるか、またはそれらの組み合わせを用いる。
【００４６】
これにより、半導体基板Ｗの周縁部のエッジカット幅Ｃの領域では上面及び端面に成膜された銅膜等は酸化剤溶液で急速に酸化され、同時にセンタノズル４２４から供給されて基板の表面全体に拡がる酸溶液によってエッチングされ溶解除去される。このように、基板周縁部で酸溶液と酸化剤溶液を混合させることで、予めそれらの混合水をノズルから供給するのに比べて急峻なエッチングプロフィールを得ることができる。このときそれらの濃度により銅のエッチングレートが決定される。また、基板の表面の回路形成部に銅の自然酸化膜が形成されていた場合、この自然酸化物は基板の回転に伴って基板の表面全体に亘って広がる酸溶液で直ちに除去されて成長することはない。なお、センタノズル４２４からの酸溶液の供給を停止した後、エッジノズル４２６からの酸化剤溶液の供給を停止することで、表面に露出しているシリコンを酸化して、銅の付着を抑制することができる。
【００４７】
一方、バックノズル４２８から基板の裏面中央部に酸化剤溶液とシリコン酸化膜エッチング剤とを同時または交互に供給する。これにより半導体基板Ｗの裏面側に金属状で付着している銅等を基板のシリコンごと酸化剤溶液で酸化しシリコン酸化膜エッチング剤でエッチングして除去することができる。なおこの酸化剤溶液としては表面に供給する酸化剤溶液と同じものにする方が薬品の種類を少なくする上で好ましい。またシリコン酸化膜エッチング剤としては、フッ酸を用いることができ、基板の表面側の酸溶液もフッ酸を用いると薬品の種類を少なくすることができる。これにより、酸化剤供給を先に停止すれば疎水面が得られ、エッチング剤溶液を先に停止すれば飽水面（親水面）が得られて、その後のプロセスの要求に応じた裏面に調整することもできる。
【００４８】
このように酸溶液すなわちエッチング液を基板に供給して、基板Ｗの表面に残留する金属イオンを除去した後、更に純水を供給して、純水置換を行ってエッチング液を除去し、その後、スピン乾燥を行う。このようにして半導体基板Ｗ表面の周縁部のエッジカット幅Ｃ内の銅膜の除去と裏面の銅汚染除去を同時に行って、この処理を、例えば８０秒以内に完了させることができる。なお、エッジのエッジカット幅を任意（２ｍｍ〜５ｍｍ）に設定することが可能であるが、エッチングに要する時間はカット幅に依存しない。
【００４９】
ところで前記基板処理装置のロード・アンロード部３１０に戻された基板は、ＣＭＰ（化学機械的研磨）装置に移送される前に、前記基板処理装置とは別の場所に設置したアニールユニットに移送されてアニール処理される。めっき後のＣＭＰ工程前に、アニール処理を行うことが、この後のＣＭＰ処理や配線の電気特性に対して良い効果を示す。アニール無しでＣＭＰ処理後に幅の広い配線（数μｍ単位）の表面を観察するとマイクロボイドのような欠陥が多数見られ、配線全体の電気抵抗を増加させたが、アニールを行うことでこの電気抵抗の増加は改善された。アニール無しの場合に、細い配線にはボイドが見られなかったことより、粒成長の度合いが関わっていることが考えられる。つまり、細い配線では粒成長が起こりにくいが、幅の広い配線では粒成長に伴い、アニール処理に伴うグレン成長の過程で、めっき膜中のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）でも見えないほどの超微細ポアが集結しつつ上へ移動することで配線上部にマイクロボイド用の凹みが生じたという推測ができる。アニールユニットのアニール条件としては、ガスの雰囲気は水素を添加（２％以下）、温度は３００〜４００℃程度で１〜５分間で上記の効果が得られた。なおアニールユニットは図７に示す基板処理装置内に設置するようにしても良い。
【００５０】
図９及び図１０は、アニールユニット５００を示すものである。このアニールユニット５００は、半導体基板Ｗを出し入れするゲート６００を有するチャンバ６０２の内部に位置して、半導体基板Ｗを、例えば４００℃に加熱するホットプレート６０４と、例えば冷却水を流して半導体基板Ｗを冷却するクールプレート６０６が上下に配置されている。また、クールプレート６０６の内部を貫通して上下方向に延び、上端に半導体基板Ｗを載置保持する複数の昇降ピン６０８が昇降自在に配置されている。更に、アニール時に半導体基板Ｗとホットプレート６０８との間に酸化防止用のガスを導入するガス導入管６１０と、該ガス導入管６１０から導入され、半導体基板Ｗとホットプレート６０４との間を流れたガスを排気するガス排気管６１２がホットプレート６０４を挟んで互いに対峙する位置に配置されている。
【００５１】
ガス導入管６１０は、内部にフィルタ６１４ａを有するＮ２ガス導入路６１６内を流れるＮ２ガスと、内部にフィルタ６１４ｂを有するＨ２ガス導入路６１８内を流れるＨ２ガスとを混合器６２０で混合し、この混合器６２０で混合したガスが流れる混合ガス導入路６２２に接続されている。
【００５２】
これにより、ゲート６００を通じてチャンバ６０２の内部に搬入した半導体基板Ｗを昇降ピン６０８で保持し、昇降ピン６０８を該昇降ピン６０８で保持した半導体基板Ｗとホットプレート６０４との距離が、例えば０．１〜１．０ｍｍ程度となるまで上昇させる。この状態で、ホットプレート６０４を介して半導体基板Ｗを、例えば４００℃となるように加熱し、同時にガス導入管６１０から酸化防止用のガスを導入して半導体基板Ｗとホットプレート６０４との間を流してガス排気管６１２から排気する。これによって、酸化を防止しつつ半導体基板Ｗをアニールし、このアニールを、例えば数十秒〜６０秒程度継続してアニールを終了する。基板の加熱温度は１００〜６００℃が選択される。
【００５３】
アニール終了後、昇降ピン６０８を該昇降ピン６０８で保持した半導体基板Ｗとクールプレート６０６との距離が、例えば０〜０．５ｍｍ程度となるまで下降させる。この状態で、クールプレート６０６内に冷却水を導入することで、半導体基板Ｗの温度が１００℃以下となるまで、例えば１０〜６０秒程度、半導体基板Ｗを冷却し、この冷却終了後の半導体基板Ｗを次工程に搬送する。
【００５４】
なお、この例では、酸化防止用のガスとして、Ｎ２ガスと数％のＨ２ガスを混合した混合ガスを流すようにしているが、Ｎ２ガスのみを流すようにしてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、めっき液組成の監視の必要がなくてめっき液メンテナンスから開放され、生産性を向上でき、まためっき液組成の監視に必要な設備が不要で装置のコストダウンが図れる。また分析が困難なために使用できなかった化合物を添加剤として自由に使用でき、これによって極めて微細な配線の埋め込み等も可能になる。またアノードとして不溶解アノードを使用しても、金属イオン濃度の監視をすることなくめっき性能を安定に維持できる。さらに高電気抵抗構造体により、基板のめっきを面内一様に施すことができるので、製品の品質向上につながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる電解めっき装置１０及びこれに付帯するめっき液管理装置２００とを示す全体概略構成図である。
【図２】電解めっき装置１０の一具体的構成例を示す概略平面図である。
【図３】電解めっき装置１０の内の基板処理領域２０の部分の要部概略側面図である。
【図４】電極部４５によって電解めっきを行う状態を示す要部概要図である。
【図５】基板処理領域２０における基板Ｗの処理工程を示す工程図である。
【図６】電解めっき装置１０の等価回路図である。
【図７】電解めっき装置１０を備えた基板処理装置の一例を示す平面配置図である。
【図８】ベベル・裏面洗浄ユニット４００の概略図である。
【図９】アニールユニット５００の縦断正面図である。
【図１０】アニールユニット５００の平断面図である。
【図１１】従来の電解めっき装置を示す図である。
【符号の説明】
Ｗ　基板
１０　電解めっき装置
２０　基板処理領域
２１　基板保持部
２３　シール及びカソード部
２５　シール材
２７　カソード電極
３０　プレコート・回収アーム
３１　プレコートノズル
３３　めっき液回収ノズル
３４　固定ノズル
４０　電極アーム部
４１　回転軸
４３　揺動アーム
４５　電極部
４７　保持具
４９　アノード
４９１　貫通孔
５１　高電気抵抗構造体
５３　めっき液導入手段
５５　圧力計
５７　生成ガス排出管
５９　バルブ
６１　めっき液排出管
８０　アノード領域
８１　めっき液トレー
１００　めっき液流入部
１２０　めっき液流出部
２００　めっき液管理装置
２１０　めっき液供給タンク
２２０　めっき液供給装置
２３０　めっき液受液タンク
２４０　めっき液排出用タンク
３１０　ロード・アンロード部
３２０，３３０　搬送ロボット
３４０　膜厚測定装置
３５０　仮置き台
４００　ベベル・裏面洗浄ユニット
５００　アニールユニット
【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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