(57)【要約】【課題】  基板の表面に形成した、例えば開口幅または開口径が数十μｍで、アスペクト比が１以上の配線用凹部の内部に、銅等の金属を、内部にボイドを発生させることなく、より高速で埋込むことができるようにする。【解決手段】  導電体層１５２で被覆された配線用凹部１５０を表面に有する基板Ｗの該表面とアノード９８とを互いに対面させて配置し、基板Ｗとアノード９８との間を、基板Ｗの表面の全面に亘って一様な高速流れを有するめっき液で満たし、基板Ｗとアノード９８との間に電圧を印加して導電体層１５２の表面にめっき膜１５４を成膜する。【選択図】      図１３
2005146334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体層で被覆された配線用凹部を表面に有する基板の該表面とアノードとを互いに対面させて配置し、
前記基板と前記アノードとの間を、基板表面の全面に亘って一様な高速流れを有するめっき液で満たし、
前記基板と前記アノードとの間に電圧を印加して前記導電体層の表面にめっき膜を成膜することを特徴とするめっき方法。
【請求項２】
前記めっき液の高速流れの流速は、０．５〜１０ｍ／ｓｅｃであることを特徴とする請求項１記載のめっき方法。
【請求項３】
前記基板と前記アノードの間隔は、互いに接触することなく、かつ１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のめっき方法。
【請求項４】
前記基板と前記アノードとの間に、高抵抗構造体が設けられてい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方法。
【請求項５】
前記基板と前記高抵抗構造体の距離は、互いに接触することなく、かつ１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４記載のめっき方法。
【請求項６】
前記導電体層と前記アノードとの間に、電流値が１０〜５０ｍＡ／ｃｍ２の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方法。
【請求項７】
前記配線用凹部は、開口幅または開口径が１０μｍ以上で、アスペクト比が１以上の配線溝及び／またはビアホールからな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方法。
【請求項８】
導電体層で被覆された配線用凹部を表面に有する基板を保持する基板ステージと、
前記基板ステージで保持した基板の導電体層に接触して通電させるカソードを備えたカソード部と、
前記基板ステージで保持した基板の表面と互いに対面した位置に配置されるアノードと、
前記アノードと前記基板ステージで保持した基板の表面との間にめっき液を注入しつつ排出して、基板表面の全面に亘るめっき液の一様な高速流れを形成するめっき液流形成部と、
前記カソードと前記アノードとの間に電圧を印加する電源とを備えたことを特徴とするめっき装置。
【請求項９】
前記めっき液流形成部には、前記アノードと前記基板ステージで保持した基板の表面との間に注入するめっき液の流量を制御する流量制御部が設けられていることを特徴とする請求項８記載のめっき装置。
【請求項１０】
前記めっき液の一様な高速流れの流速は、０．５〜１０ｍ／ｓｅｃであることを特徴とする請求項８または９記載のめっき装置。
【請求項１１】
前記基板と前記アノードとの間に、高抵抗構造体が設けられていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項１２】
前記配線用凹部は、開口幅または開口径が１０μｍ以上で、アスペクト比が１以上の配線溝及び／またはビアホールであることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載のめっき装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、めっき方法及びめっき装置に係り、特に、半導体ウェーハ、プリント配線基板またはＣＳＰ(Ｃhip Size Package) 基板等の基板の表面に形成された配線用凹部（配線パターン）の内部に、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方法及びめっき装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体ウェーハやプリント配線基板等の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、例えば、実装レベルの銅配線は、基板の表面に、開口幅または開口径が数十μｍで、アスペクトが１以上の配線溝やビアホールからなる配線用凹部を形成し、この上に、電解めっきの給電層としてのシード層を形成する。そして、基板の表面に銅めっきを施して、配線用凹部（配線溝やビアホール）の内部に銅を埋込み、しかる後、基板上の余剰な銅を化学機械的研磨（ＣＭＰ）等により除去し表面を平坦化することで一般に形成される。
【０００３】
このため、配線形成の生産効率を高めるためには、銅めっきによって、開口幅または開口径が数十μｍで、アスペクトが１以上の配線用凹部（配線用溝やビアホール）の内部に銅を高速かつ確実に埋込むことが要求される。
【０００４】
従来の一般的なめっき装置は、導電体層で被覆された配線用凹部を表面に有する基板の該表面とアノードとを互いに対面させて配置し、基板とアノードとの間をめっき液で満たした後、基板とアノードとの間に電圧を印加して、導電体層の表面にめっき膜を成膜するようにしていた。この基板とアノードとの間に満たされためっき液は、めっき処理中、全く流れを有さないか、殆ど流れを有さない静的な状態に置かれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の一般的なめっき装置を使用した銅めっきで、基板の表面に設けた、例えば開口幅または開口径が数十μｍで、アスペクト比が１以上の配線用凹部（配線溝やビアホール）の内部に銅をより高速（例えば、従来の倍の速度）で埋込もうとすると、配線用凹部の開口端部（入口）に電界が集中し銅が優先的に析出して、配線用凹部の内部に銅が完全に埋込まれる前に配線用凹部の入口を塞ぎ、このため、配線用凹部の内部に埋込まれた銅（めっき膜）の内部にボイドが発生してしまう。
【０００６】
従って、内部にボイドを発生させることなく、配線用凹部の内部にめっきで銅を確実に埋込むためには、めっき速度に一定の限界があって、せいぜい数百ｎｍ／ｍｉｎ程度のめっき速度でしか銅の埋込みを行うことができないのが現状であった。このため、より高速で、内部にボイドを生じることなく、銅の埋込みを行うことができるようにしためっき技術の開発が強く望まれていた。この要求は、配線用凹部のアスペクト比が今後益々大きくなるにつれて、益々大きくなると考えられる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、基板の表面に形成した、例えば開口幅または開口径が数十μｍで、アスペクト比が１以上の配線用凹部の内部に、銅等の金属を、内部にボイドを発生させることなく、より高速で埋込むことができるようにしためっき方法及びめっき装置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】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、導電体層で被覆された配線用凹部を表面に有する基板の該表面とアノードとを互いに対面させて配置し、前記基板と前記アノードとの間を、基板表面の全面に亘って一様な高速流れを有するめっき液で満たし、前記基板と前記アノードとの間に電圧を印加して前記導電体層の表面にめっき膜を成膜することを特徴とするめっき方法である。
【０００９】
このように、基板とアノードとの間を、基板表面の全面に亘って一様な高速流れを有するめっき液で満たしつつ、めっきによる埋込みを行うことで、配線用凹部（配線溝やビアホール）の開口端部（入口）の電解集中を高速なめっき液の流れで緩和することができる。従って、めっき液の組成やめっき条件によりめっき速度を上げることで、より高速での配線用凹部内へのめっきによる銅等のボイドのない埋込みが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記めっき液の高速流れの流速は、０．５〜１０ｍ／ｓｅｃであることを特徴とする請求項１記載のめっき方法である。
このように、めっき液の高速流れの流速を、０．５〜１０ｍ／ｓｅｃとすることで、配線用凹部の開口端部（入口）の電解集中を、めっき液の高速流れで緩和することができる。このめっき液の高速流れの流速は、１〜１０ｍ／ｓｅｃ程度であることが好ましく、８〜１０ｍ／ｓｅｃ程度であることが更に好ましい。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記基板と前記アノードの間隔は、互いに接触することなく、かつ１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のめっき方法である。
このように、基板とアノードの間隔を、互いに接触することなく、１０ｍｍ以下にすることで、基板とアノードとの間に、例えば流速が０．５〜１０ｍ／ｓｅｃの、基板表面の全面に亘って一様なめっき液の高速流れを容易に実現することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記基板と前記アノードとの間に、高抵抗構造体が設けられてい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方法である。
これにより、高抵抗構造体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て、高抵抗構造体に大きな抵抗を発生させることで、導電体層の抵抗の影響を無視できる程度となし、基板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
請求項５に記載の発明は、前記基板と前記高抵抗構造体の距離は、互いに接触することなく、かつ１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４記載のめっき方法である。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、前記導電体層と前記アノードとの間に、電流値が１０〜５０ｍＡ／ｃｍ２の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方法である。
このように、導電体層とアノードとの間に高い電流値の電圧を印加することで、めっき速度を高めることができる。この電流値は、２０〜５０ｍＡ／ｃｍ２であることが好ましく、４０〜５０ｍＡ／ｃｍ２であることが更に好ましい。
請求項７に記載の発明は、前記配線用凹部は、開口幅または開口径が１０μｍ以上で、アスペクト比が１以上の配線溝及び／またはビアホールからな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方法である。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、導電体層で被覆された配線パターンを表面に有する基板を保持する基板ステージと、前記基板ステージで保持した基板の導電体層に接触して通電させるカソードを備えたカソード部と、前記基板ステージで保持した基板の表面と互いに対面した位置に配置されるアノードと、前記アノードと前記基板ステージで保持した基板の表面との間にめっき液を注入しつつ排出して、基板表面の全面に亘るめっき液の一様な高速流れを形成するめっき液流形成部と、前記カソードと前記アノードとの間に電圧を印加する電源とを備えたことを特徴とするめっき装置である。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、前記めっき液形成部には、前記アノードと前記基板ステージで保持した基板の表面との間に注入するめっき液の流量を制御する流量制御部が設けられていることを特徴とする請求項８記載のめっき装置である。
請求項１０に記載の発明は、前記めっき液の一様な高速流れの流速は、０．５〜１０ｍ／ｓｅｃであることを特徴とする請求項８または９記載のめっき装置である。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、前記基板と前記アノードとの間に、高抵抗構造体が設けられていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載のめっき装置である。
請求項１２に記載の発明は、前記配線用凹部は、開口幅または開口径が１０μｍ以上で、アスペクト比が１以上の配線溝及び／またはビアホールからなることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載のめっき装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、例えば、開口幅または開口径が数十μｍで、アスペクト比が１以上、更には１．５以上の配線用凹部（配線溝やビアホール）の内部に、内部にボイドを生じさせることなく、より高速、例えば従来の倍以上の速度で、銅をめっきで埋込むことができ、これによって、生産効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係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１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、電解めっき処理及びその付帯処理を行う２基の電解めっき装置１２と、ロード・アンロード部１０と電解めっき装置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。
【００１９】
電解めっき装置１２には、図２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（電解液）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、更に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。この実施の形態にあっては、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。
【００２０】
基板処理部２０には、図３に示すように、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電極部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飛散防止カップ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。
【００２１】
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電極部３８と一体に回転するように構成されている。この基板受渡し位置Ａに対向して、電解めっき装置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の周縁部に下記の電極部３８のシール材９０とカソード８８が当接するようになっている。一方、飛散防止カップ４０は、その上端が基板搬出入口下方に位置し、図３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電極部３８の上方に達するようになっている。
【００２２】
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の下記の高抵抗構造体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、この高抵抗構造体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。
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、旋回モータを介して、めっき液トレー２２と基板処理部２０との間を旋回（揺動）するようになっている。
【００２３】
また、プレコート・回収アーム３２は、図４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よう構成されている。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。そして、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から吸引されるようになっている。
【００２４】
前記基板保持部３６は、図５乃至図７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。
【００２５】
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。
【００２６】
これにより、基板保持部３６が図３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ようになっている。
【００２７】
前記電極部３８は、図８及び図９に示すように、支持板８２（図７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８８と、このカソード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とを有している。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。
【００２８】
これにより、図３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ともに、めっき液がカソード８８を汚染することを防止するようになっている。
なお、この実施の形態において、電極部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良い。
【００２９】
前記電極アーム部３０の電極ヘッド２８は、図１０及び図１１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を介して連結した電極ホルダ９４と、この電極ホルダ９４の下端開口部を塞ぐように配置された高抵抗構造体１１０とを有している。すなわち、この電極ホルダ９４は、下方に開口した有底カップ状に形成され、この下部内周面には、凹状部９４ａが、高抵抗構造体１１０の上部には、この凹状部９４ａに嵌合するフランジ部１１０ａがそれぞれ設けられ、このフランジ部１１０ａを凹状部９４ａに嵌入することで、電極ホルダ９４に高抵抗構造体１１０が保持されている。これによって、電極ホルダ９４の内部に中空のめっき液室１００が区画形成されている。
【００３０】
この高抵抗構造体１１０は、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。
【００３１】
このように高抵抗構造体１１０をめっき液室１００内に配置し、この高抵抗構造体１１０によって大きな抵抗を発生させることで、基板Ｗの表面（被めっき面）に形成した導電体層１５２（図１３参照）の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。
【００３２】
前記めっき液室１００内には、高抵抗構造体１１０の上方に位置して、内部に上下に貫通する多数の通孔９８ａを有するアノード９８が配置されている。そして、電極ホルダ９４には、めっき液室１００の内部のめっき液を吸引して排出するめっき液排出口１０３が設けられ、このめっき液排出口１０３は、めっき液供給設備１８（図１参照）から延びるめっき液排出管１０６に接続されている。また、高抵抗構造体１１０の外周部には、ここを電気的にシールドするゴム製のシールドリング１１２が装着されている。
【００３３】
更に、基板保持部３６がめっき位置Ｂ（図３参照）に位置する時に、下記のように、電極ヘッド２８を下降させることで、基板保持部３６で保持した基板Ｗと高抵抗構造体１１０との間に形成される隙間にめっき液を注入しつつ排出することで、この隙間に沿って、基板Ｗの全表面に亘って一様な高速流れを形成するめっき液流形成部１２０が備えられている。
【００３４】
すなわち、このめっき液流形成部１２０は、電極ホルダ９４の周壁内部のアノード９８及び高抵抗構造体１１０の側方に位置し、該アノード９８及び高抵抗構造体１１０を挟んで互いに直径方向に対向する位置に上下に貫通して配置されためっき液注入部１２２とめっき液吸引部１２４とを有している。そして、めっき液注入部１２２とめっき液吸引部１２４は、めっき液循環ライン１２６で結ばれており、このめっき液循環ライン１２６には、送液ポンプ１２８，フィルタ１３０及び流量制御部としての流量調節バルブ（流量可変バルブ）１３２が介装されている。めっき液注入部１２２は、図１２に示すように、下端をノズル形状として、多方向（例えば３方向に）に向けてめっき液を噴出することで、均一なめっき液の流れを形成するように構成され、まためっき液吸引部１２４もほぼ同様に、めっき液の多方向の流れをスムーズに収束する形状に形成されている。
【００３５】
これにより、基板保持部３６がめっき位置Ｂ（図３参照）にある時に、基板保持部３６で保持した基板Ｗと高抵抗構造体１１０の隙間が、互いに接触することなく、１０ｍｍ以下、好ましくは０．５〜３ｍｍ程度となるまで電極ヘッド２８を下降させる。そして、送液ポンプ１２８を駆動して、めっき液注入部１２２から基板Ｗと高抵抗構造体１１０の間にめっき液を注入しつつめっき液吸引部１２４から排出し、これによって、基板Ｗと高抵抗構造体１１０との間を、基板Ｗの表面の全面に亘って一様な高速流れを有するめっき液で満たし、この状態でめっきによる埋込みを行うようになっている。
【００３６】
この時、流量調節バルブ１３２を介して、基板Ｗと高抵抗構造体１１０との間におけるめっき液の高速流れの流速を、一般的には０．５〜１０ｍ／ｓｅｃ、好ましくは１〜１０ｍ／ｓｅｃ、更に好ましくは、８〜１０ｍ／ｓｅｃに調節する。このように、めっき液の高速流れの流速を調節することで、下記のように、配線用凹部の開口端部（入口）の電解集中を、めっき液の高速流れで緩和し、めっき液の組成やめっき条件によりめっき速度を上げることで、より高速での配線用凹部内へのめっきによる銅等の埋込みが可能となる。しかも、この時のめっき液の流れによって、基板Ｗと高抵抗構造体１１０との間の領域の空気を外方に押し出して外部に排出することができる。
【００３７】
ここで、アノード９８は、スライムの生成を抑制するため、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成されているが、不溶解の不溶性アノードを使用するようにしてもよい。
この例では、カソード８８はめっき電源１１４の陽極に、アノード９８はめっき電源１１４の陰極にそれぞれ電気的に接続される。
【００３８】
そして、基板保持部３６がめっき位置Ｂ（図３参照）にある時に、基板保持部３６で保持した基板Ｗと高抵抗構造体１１０との隙間が、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、基板Ｗと高抵抗構造体１１０との間に、めっき液室１００内のめっき液を満たし、更に、送液ポンプ１２８を駆動して、基板Ｗと高抵抗構造体１１０との間に、流速が、例えば０．５〜１０ｍ／ｓｅｃのめっき液の基板Ｗの全面に亘って一様な高速流れを形成し、同時にめっき電源１１４の陽極をカソード８８に、陰極をアノード９８にそれぞれ接続してめっき処理を行う。
【００３９】
このように、めっき液の高速流れを形成して、めっき処理を行っている時の状態の概要を図１３に示す。図１３は、表面に、開口幅または開口径が１０μｍ以上で、アスペクト比が１以上の配線溝またはビアホールからなる配線用凹部１５０を形成し、この上に導電体層（バリア層）１４２を形成した基板Ｗの表面に銅めっきを施し、この導電体層１５２の表面に銅めっき膜１５４を成膜して、配線用凹部１５０の内部に銅を埋込んでいる状態の概要を示す。
【００４０】
このめっき時に、めっき液の基板Ｗの全面に亘る一様な高速流れがない場合は、図１３に仮想線で示すように、配線用凹部１５０の開口端部（入口）に電界が集中し、ここに銅めっき膜１５４ａが優先的に析出して、配線用凹部１５０の内部に銅が完全に埋込まれる前に配線用凹部１５０の入口を塞ぎ、このため、配線用凹部１５０の内部に埋込まれた銅（めっき膜）の内部にボイドが発生してしまう。これに対して、この例によれば、めっき液の基板Ｗの全面に亘る一様な高速流れを形成することで、配線用凹部１５０の開口端部（入口）の電解集中を高速なめっき液の流れで緩和して、図１３に実線で示すように、配線用凹部１５０の開口端部（入口）に銅めっき膜が優先的に析出してしまうことを防止し、これによって、めっき液の組成やめっき条件によりめっき速度を上げることで、より高速での配線用凹部１５０内へのめっきによる銅等のボイドのない埋込みが可能となる。
【００４１】
この時に使用するめっき液の組成としては、下記のようなものが挙げられる。
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ：２００ｇ／Ｌ
Ｈ２ＳＯ４：０．４ｍｏｌ／Ｌ
Ｃｌ：６０ｐｐｍ
高分子界面活性剤：数百ｐｐｍ
硫黄系飽和有機化合物：数ｐｐｍ
その他の添加剤：数ｐｐｍ
ここで、高分子界面活性剤としては、ポリエチレングリコール（分子量約３０００）やポリプロピレングリコール（分子量１０００）が挙げられ、硫黄系飽和有機化合物として、ＳＰＳやＭＰＳ等が挙げられる。また、その他の添加剤としては、Ｎ系の高分子ポリマーポリジアルキルアミノエチルアクリレート４級塩、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピリジン４級塩、ポリビニルアミジン、ポリアリルアミンやポリアミンスルホンサン等が挙げられる。
【００４２】
また、この時、導電体層１５２とアノード９８との間に高い電流値の電圧を印加することで、めっき速度を高めることができる。この電流値は、一般的には、１０〜５０ｍＡ／ｃｍ２であるが、２０〜５０ｍＡ／ｃｍ２であることが好ましく、４０〜５０ｍＡ／ｃｍ２であることが更に好ましい。
【００４３】
次に、この実施の形態の電解めっき装置１２を備えた基板処理装置の操作について説明する。
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電解めっき装置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、前記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、飛散防止カップ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、高抵抗構造体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、この状態で飛散防止カップ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、高抵抗構造体１１０に含まれるめっき液の交換と泡抜きを行う。なお、飛散防止カップ４０の上昇が完了すると、フレーム側面の基板搬出入口は飛散防止カップ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】
飛散防止カップ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を電極部３８に向かって下降させる。この時、高抵抗構造体１１０を基板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とする。電極ヘッド２８の下降が完了した時点で、めっき液室１００内を加圧して、めっき液室１００内のめっき液で基板Ｗと高抵抗構造体１１０との間をめっき液で満たし、しかる後、送液ポンプ１２８を駆動して、基板Ｗと高抵抗構造体１１０との間に、流速が、例えば０．５〜１０ｍ／ｓｅｃのめっき液の基板Ｗの全面に亘って一様な高速流れを形成し、同時にめっき電源１１４の陽極をカソード８８に、陰極をアノード９８にそれぞれ接続し、例えば１０〜５０ｍＡ／ｃｍ２の電流を流して、めっき処理を行う。
【００４９】
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、同時に基板保持部３６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、電極部３８のカソード８８が汚染されることが防止される。
【００５０】
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及び電極部３８を回転させて水洗を実施する。この時、電極部３８に直接供給した純水、又は基板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８８も基板と同時に洗浄することができる。
【００５１】
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及び電極部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及び電極部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、飛散防止カップ４０も下降させる。
【００５２】
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。
【００５３】
なお、上記の例では、高抵抗構造体を備えた例を示しているが、高抵抗構造体を有していない電解めっき装置にも適用できることは勿論である。
また、図１４に示すように、例えば矩形状の基板Ｗにあっては、この基板Ｗの全面に亘って、一方向に向かって、互いに平行で一様なめっき液の高速流れを形成するようにしてもよい。
【００５４】
図１５は、本発明の他の実施の形態における電解めっき装置を示す。この電解めっき装置の前記図１乃至図１２（主に図１１）に示す実施の形態の電解めっき装置と異なる点は、めっき液循環ライン１２６の内部にめっき液タンク１６（図１参照）を設置し、更にめっき液タンク１６を挟んだ上流側と下流側に送液ポンプ１２８ａ，１２８ｂをそれぞれ設置している点にある。これによって、送液ポンプ１２８ａ，１２８ｂの駆動に伴って、めっき液タンク１６内のめっき液は、基板Ｗと高抵抗構造体１１０とが対面する領域に供給され、この基板Ｗと高抵抗構造体１１０との間を、例えば０．５〜１０ｍ／ｓｅｃの流速で、基板Ｗの全面に亘って一様に高速で流れて、再びめっき液タンク１６に戻されるようになっている。
【００５５】
更に、この例では、前述のようにして循環させて使用されるめっき液中の溶存気体を除去する脱気装置が備えられている。すなわち、めっき液タンク１６には、循環ポンプ１４１の駆動に伴ってめっき液タンク１６内のめっき液を循環させる補助循環系路１４４が付設され、この補助循環系路１４４内に脱気装置１４６が設置されている。このように、脱気装置１４６で脱気した後のめっき液を循環させてめっき処理に使用することで、めっき液中の溶存気体がめっき液の注入に伴って気泡となってめっき液中に混入し、めっき液中に残ってしまうことを防止することができる。
【００５６】
ここで、図１６に示すように、複数のめっき液注入部１２２と複数のめっき液吸引部１２４を備え、これらのめっき液注入部１２２とめっき液吸引部１２４を、基板Ｗを挟んで互いに対向する位置に配置して、めっき液注入部１２２から同時に噴出されるめっき液が基板Ｗの表面に沿って一方向に向かって平行に一様に高速で流れて、めっき液吸引部１２４から吸引されて循環するようにしても良い。
【００５７】
図１７は、本発明の更に他の実施の形態における電解めっき装置を示す。この例は、表面を下向きにして基板Ｗを保持する、いわゆるフェースダウン方式を採用した電解めっき装置に適用したもので、この電解めっき装置は、表面（被めっき面）を下向きにして基板Ｗを該基板の周縁部を水密的にシールして保持するとともに、この基板Ｗに接触して給電するカソード３００を有する基板保持部３０８と、内部にめっき液を保持するめっき液室３０４を形成した上方に開放しためっき槽３０６を有している。
【００５８】
めっき槽３０６の内部には、前述と同様な構成の高抵抗構造体３１０と、内部に上下に貫通する多数の通孔３１２ａを有するアノード３１２がめっき液室３０４内に保持されるめっき液に浸漬されるように配置されている。更に、このめっき槽３０６には、めっき液室３０４内にめっき液を供給するめっき液供給管３１４と、めっき液室３０４内のめっき液を排出するめっき液排出管３１６がそれぞれ接続されている。また、高抵抗構造体３１０の上部内周面には、ここを電気的にシールドする、例えばゴム製のシールドリング３２４が装着されている。
【００５９】
更に、基板保持部３０８の側方に位置して、めっき位置において、基板保持部３０８で保持した基板Ｗと高抵抗構造体３１０との間に該高抵抗構造体３１０の側方からめっき液を注入するめっき液注入部３１８と、基板Ｗと高抵抗構造体３１０との間に注入されためっき液を吸引するめっき液吸引部３３０が基板Ｗを挟んだ両側に設けられている。この例にあっては、めっき液室３０４内にめっき液を供給して該めっき液をその液面が高抵抗構造体３１０の上面と一致するように保持させておき、この状態で基板保持部３０８を下降させて、この基板保持部３０８で保持した基板Ｗと高抵抗構造体３１０の上面（めっき液室３０４内に保持されためっき液の液面）との間に、めっき液注入部３１８からめっき液を注入しつつ、この注入されためっき液をめっき液吸引部３３０から吸引して排出し、これによって、高抵抗構造体３１０と基板Ｗとの間に、例えば流速が０．５〜１０ｍ／ｓｅｃの基板Ｗの全面に亘って一様なめっき液の高速流れを形成するようになっている。
【００６０】
図１８は、本発明の更に他の実施の形態における電解めっき装置を示す。この例の図１５に示す例と異なる点は、高抵抗構造体を使用することなく、めっき液室３０４の上部に該上部の周縁部を一体に覆う中空円板状の遮蔽板３２０を配置した点にある。この例にあっては、めっき液室３０４内にめっき液を供給して該めっき液をその液面が遮蔽板３２０の上面がなす平面と一致するように保持させておき、この状態で基板保持部３０８を下降させて、この基板保持部３０８で保持した基板Ｗとめっき液の液面との間にめっき液注入部３１８からめっき液を注入しこの基板Ｗとめっき液の液面との間に注入しためっき液をめっき液吸引部３３０で吸引し循環させることで、基板Ｗの表面（下面）にめっきを施すようになっている。
【００６１】
図１９は、本発明の更に他の実施の形態における電解めっき装置を示す。この例は、図１７に示す実施の形態における遮蔽板３２０の代わりに、円板状のメッシュ３２２をめっき液室３０４の上部に配置したものであり、その他の構成は、図１８に示すものと同様である。
【００６２】
図２０は、本発明の更に他の実施の形態における電解めっき装置を示す。この例は、いわゆるフェースダウン方式を採用し、更にめっき槽３０６内に、内部に貫通孔のないむくの一枚板からなるアノード４１４を設置して、このアノード４１４と基板Ｗとの間に供給されるめっき液のみを使用してめっき処理を行うようにした例を示す。つまりこの例は、基板Ｗを保持した基板保持部３０８を所定の位置まで下降させ、この基板保持部３０８で保持した基板Ｗとアノード４１４との間にめっき液注入部３１８からめっき液を注入しこの基板Ｗとアノード４１４との間に注入しためっき液をめっき液吸引部３３０で吸引し循環させることで、基板Ｗの表面（下面）にめっきを施すようになっている。
【実施例】
【００６３】
開口径が４０μｍでアスペスト比が１．５のビアホール（配線用凹部）を形成し、その全表面に導電体層としての銅シード層を形成したＣＳＰ基板を用意した。そして、この基板の表面に、図２乃至図１２に示す電解めっき装置を使用し、下記の組成のめっき液を用いて、下記のめっき条件で銅めっきを施し、これによって、導電体層の表面に銅めっき膜を成膜して、ビアホールの内部への銅の埋込みを行った。
めっき液組成
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ：２００（ｇ／Ｌ）
Ｈ２ＳＯ４：１０（ｇ／Ｌ）
Ｃｌ：６０ｐｐｍ
ＰＥＧ（分子量約３０００）：２００ｐｐｍ
ＳＰＳ：５ｐｐｍ
ポリエチレンイミン：１ｐｐｍ
めっき条件
めっき液の流速：１ｍ／ｓ
めっき電流：１５ｍＡ／ｃｍ２
めっき時間：３時間
この結果、ビアホールの内部は、ボイドのない銅で埋め込まれていたことが確認された。
以上、述べたように、本方法の適応はバンプの形成、配線など広範囲にわたる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態の電解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２】図１に示す電解めっき装置の平面図である。
【図３】図１に示す電解めっき装置の基板保持部及び電極部の拡大断面図である。
【図４】図１に示す電解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５】図１に示す電解めっき装置の基板保持部の平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】図５のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】図１に示す電解めっき装置の電極部の平面図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１０】図１に示す電解めっき装置の電極アーム部の平面図である。
【図１１】図１に示す電解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１２】図１１に示すめっき時における基板表面に沿っためっき液の流れの一例を示す図である。
【図１３】図１１に示すめっき時における成膜状態の一例を拡大して示す概要図である。
【図１４】図１１に示すめっき時における基板表面に沿っためっき液の流れの他の例を示す図である。
【図１５】本発明の他の実施の形態おける電解めっき装置の要部をめっき液循環系とともに示す図である。
【図１６】図１５に示す電解めっき装置におけるめっき処理時の基板、シール材、めっき液注入部及びめっき液吸引部の位置関係を示す図である。
【図１７】本発明の更に他の実施の形態における電解めっき装置の要部の概要を示す図である。
【図１８】本発明の更に他の実施の形態における電解めっき装置の要部の概要を示す図である。
【図１９】本発明の更に他の実施の形態における電解めっき装置の要部の概要を示す図である。
【図２０】本発明の更に他の実施の形態における電解めっき装置の要部の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  ロード・アンロード部
１２  電解めっき装置
１６  めっき液タンク
１８  めっき液供給設備
２０  基板処理部
２２  めっき液トレー
２８  電極ヘッド
３０  電極アーム部
３６，３０８  基板保持部
３８  電極部
４０  飛散防止カップ
６８  基板ステージ
７０  支持腕
７６  チャック爪
８８，３００  カソード
９０  シール材
９４  電極ホルダ
９８，３１２，４１４  アノード
１１０，３１０  高抵抗構造体
１１４  電源
１２０  めっき液流形成部
１２２，３１８  めっき液注入部
１２４，３３０  めっき液吸引部
１２６  めっき液循環ライン
１２８  送液ポンプ
１３０  フィルタ
１３２  流量調節バルブ
１５０  配線用凹部
１５２  導電体層
１５４  めっき膜
３０６  めっき槽
３１４  めっき液供給管
３１６  めっき液排出管
３２０  遮蔽板
３２２  メッシュ
【図１】
2005146334.tif 000003
【図２】
2005146334.tif 000004
【図３】
2005146334.tif 000005
【図４】
2005146334.tif 000006
【図５】
2005146334.tif 000007
【図６】
2005146334.tif 000008
【図７】
2005146334.tif 000009
【図８】
2005146334.tif 000010
【図９】
2005146334.tif 000011
【図１０】
2005146334.tif 000012
【図１１】
2005146334.tif 000013
【図１２】
2005146334.tif 000014
【図１３】
2005146334.tif 000015
【図１４】
2005146334.tif 000016
【図１５】
2005146334.tif 000017
【図１６】
2005146334.tif 000018
【図１７】
2005146334.tif 000019
【図１８】
2005146334.tif 000020
【図１９】
2005146334.tif 000021
【図２０】
2005146334.tif 000022