(57)【要約】めっき対象面全面に、より均一な膜厚のめっきを施すことができるカップ式めっき装置を提供する。めっき槽の開口端に設けられためっき対象物の載置部と、めっき槽内にめっき液を供給する手段と、めっき槽に形成されためっき液の流出口とを備えていると共に、当該流出口から流出しためっき液が流入する空洞部と、空洞部内のめっき液の放出口と、当該放出口から排出されためっき液の回収槽とを備えており、めっき槽内にめっき液を供給しながらめっき対象物にめっき処理を行うカップ式のめっき装置において、放出口の形状および／または開口面積を変更可能にした。空洞部の下流側に形成される放出口の形状および／または開口面積を調節できれば、これを調節することで、めっき対象面におけるめっきムラやめっきのバラツキの発生を抑制できる。
2004033763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき液が貯溜されるめっき槽と、めっき槽の開口端に設けられるめっき対象物の載置部と、めっき槽内にめっき液を供給する手段と、めっき槽の内周面に形成されためっき液の流出口とを備えていると共に、当該流出口からめっき槽外に流出しためっき液が流入する空洞部と、空洞部内のめっき液の放出口と、当該放出口から排出されためっき液の回収槽とを備えており、前記めっき液を供給する手段によってめっき槽内にめっき液を供給しながら載置部に載置されためっき対象物にめっき処理を行うカップ式のめっき装置であって、
放出口の形状および／または開口面積の変更が可能な構造であるカップ式のめっき装置。
【請求項２】
空洞部は、めっき槽を取り囲むように形成されており、当該空洞部のめっき液流れ方向下流側に、めっき槽を取り囲むように複数の放出口が形成されている請求項１に記載のカップ式のめっき装置。
【請求項３】
放出口は長穴形状である請求項１または請求項２に記載のカップ式のめっき装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、金属や半導体用ウェハーなどにめっき処理を施すめっき装置に関し、特にいわゆるカップ式のめっき装置に関する。
【背景技術】  めっき装置の一種に、ウェハーなどのめっきに用いられるカップ式のめっき装置１００がある。図６に示されるように、カップ式のめっき装置１００は、めっき槽１０１と、めっき槽１０１の上端開口に備わるウェハー載置部１０６を備える。めっき槽内には、電解めっき用の一方の電極であるアノード（陽極）１０５が設置されている。また、載置部１０６には、他方の電極であるカソード（陰極）やシールパッキン１０７などが取り付けられている。つまり、載置部にウェハーＷを載せてウェハーＷのめっき対象面Ｗｓをめっき槽内のめっき液に接触させ、この状態で両電極間に通電すると、めっき対象面Ｗｓにめっき処理が施される。
また、このカップ式めっき装置は、めっき槽１０１の底部に接続されためっき液の供給管１０２と、めっき槽１０１の側壁１０３の上端開口寄りに形成された流出口１０４を有する。したがって、供給管１０２からフレッシュなめっき液を連続的に供給しながらめっき処理を行うことができる。供給されためっき液はめっき対象面に向けて上昇流で流れ、その後めっき槽の外周側に放射状に広がるように流れる（特開２００２−１７３７９４号公報参照）。
このように、めっき液を連続して供給しつつめっき処理を行うと、めっき処理をより迅速に行うことができる等の利点がある。
ところが、めっき液を連続供給しながらめっき処理を行うと、めっき液の流動に起因するめっきムラが生ずることがある。特に、めっき槽の側壁に近いウェハーのめっき対象面の外周部において、めっき膜厚が中央部よりも厚くなるなどのめっきムラやバラツキが生じやすい。
本発明は、以上のような背景の下になされたものであり、めっき対象面全面に、より均一な膜厚のめっきを施すことができるカップ式めっき装置を提供することを課題とする。
【発明の開示】
上記課題を解決するため、本発明の発明者は、流出口付近のめっき液の流れを改善する方法について鋭意検討を重ねた。その結果、めっき槽の流出口から流出しためっき液が貯溜される空洞部のめっき液出口である放出口の形状や開口面積を調節することで、めっき対象物のめっき対象面の全面に、より均一な膜厚のめっきを施すことができることを見出し、次のような発明に想到するに至った。
本発明は、めっき液が貯溜されるめっき槽と、めっき槽の開口端に設けられるめっき対象物の載置部と、めっき槽内にめっき液を供給する手段と、めっき槽の内周面に形成されためっき液の流出口とを備えていると共に、当該流出口からめっき槽外に流出しためっき液が流入する空洞部と、空洞部内のめっき液の放出口と、当該放出口から排出されためっき液の回収槽とを備えており、前記めっき液を供給する手段によってめっき槽内にめっき液を供給しながら載置部に載置されためっき対象物にめっき処理を行うカップ式のめっき装置であって、放出口の形状および／または開口面積の変更が可能な構造であることを特徴とする。
電解めっき処理を行う場合は、めっき対象物を載置部に載せて、めっき対象物のめっき対象面をめっき槽内のめっき液に接触させる。この状態で、電解めっき装置の両電極間に通電し、めっき液を供給する手段を用いてめっき槽内にめっき液を連続供給しながらめっき処理を行う。このようにすると、めっき液の供給量に応じた量のめっき液が流出口からめっき槽外の空洞部に流出する。空洞部に流れ込んだめっき液は、空洞部内に一旦貯溜された後、空洞部の放出口から回収槽へと排出される。
このようなカップ式のめっき装置において、空洞部の下流側に形成される放出口の形状および／または開口面積を調節すると、めっき対象面におけるめっきムラやめっきのバラツキの発生が抑制される。
この理由は、明確でないが、次のように考えられる。めっき液Ｌが流れ込んだ状態の空洞部１６（図５参照）では、例えば放出口３１からめっき液Ｌが排出されて空洞部１６内のめっき液Ｌの液面Ｌｓが下がると、めっき液Ｌの上側に存在する空間Ｅ内の圧力が低下する（負圧が生ずる）。そして、空間Ｅ内の圧力が下がると、空洞部１６（めっき槽外）の空間Ｅ内とめっき槽１０内の圧力差が広がることとなり、めっき槽１０から空洞部１６内に流出口１１を介してめっき液Ｌが流出しやすくなる。その結果、空洞部１６ではめっき液Ｌの流入量が増えて、めっき液面Ｌｓの低下が抑制される。空洞部１６内のめっき液Ｌの液面高さは、このような流出口１１からのめっき液の流入量と放出口からの排出量とのバランスで定まっていると考えられる。そして、このようなめっき装置において、放出口の形状や開口面積を変更・調節すると、めっき槽の流出口におけるめっき液の流出のしやすさが調節されると共に、めっき槽内の流出口に隣接する領域、すなわちめっき槽内の外周寄りの領域におけるめっき液の流れの状態が変化すると考えられる。この領域はめっき対象面の外周部に隣接する領域であり、当該領域におけるめっき液の流れの状態を変化させることができれば、めっき対象面の外周部におけるめっき状態を調節でき、めっき対象面の外周部におけるめっき膜厚が中央部よりも厚くなるなどのめっきムラやバラツキを防止できる。このようなことから、空洞部の放出口の形状および／または開口面積を調節すると、めっき対象面全面により均一な膜厚のめっきを施すことができると考えられる。
放出口の形状および／または開口面積を変更する構造としては、種々のものが考えられる。例えば、空洞部の内壁の所定位置に穴を形成し、当該穴に所定の大きさの放出口が形成されたホールピースを着脱自在に装着する構造を挙げることができる。このような構造であれば、必要に応じて、所望の形状、あるいは所望の開口面積の放出口を備えるホールピースを装着することで、放出口の形状および／または開口面積を容易かつ迅速に変更、調節あるいは設定できる。
空洞部は、めっき槽を取り囲むように形成されているものが好ましい。そうであれば、流出口をめっき槽の外周面に全周に亘って形成でき、めっき槽内の外周領域のいずれの位置からも、流出口を介してめっき槽外にめっき液を排出できるからである。また、このような構造にすると、めっき槽内の外周領域におけるめっき液の流れがよりスムーズかつ均等になり、めっき対象面の外周部におけるめっき膜厚にムラやバラツキの発生がより確実に防止される。
そして、空洞部のめっき液流れ方向下流側に、めっき槽を取り囲むように、複数の放出口を形成するのが好ましい。例えば、円筒形のめっき槽を取り囲むように空洞部を形成した場合、めっき液流れ方向下流側とは、空洞部の下端部など、めっき槽の底部寄りの位置のことである。このような位置に放出口を形成する場合、総開口面積が同じであっても、放出口の数を複数にし、分散させた状態で形成した方が、めっき膜厚のムラやバラツキの発生がより確実に防止される。そして、放出口を複数設ける場合、同じ形状の放出口を等間隔で設けた方が、さらに確実にめっき膜厚のムラやバラツキの発生が防止され好ましい。
また、放出口は長穴形状であるのが好ましい。めっき槽を取り囲むように空洞部を形成する場合は、長穴形状の放出口を、その長手方向がめっき槽の周方向に沿うように配置する。このようにすると、めっき対象面全面に、より均一な膜厚のめっきが施される。
【図面の簡単な説明】  図１は、本実施形態のカップ式のめっき装置の断面構造を示す正面断面図である。図２は、載置部の要部構造を示す断面図である。図３は、放出口を有するプレートを示す平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ面を示す断面図である。図５は、空洞部内のめっき液の状態を示す説明図である。図６は、従来のカップ式めっき装置を示す断面図である。
発明の実施形態
以下、本発明に係るカップ式のめっき装置の好適な実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図１に示されるように、カップ式のめっき装置１は、めっき液が貯溜されるめっき槽１０を有する。めっき槽１０の上端の円形の開口には、ウェハーＷなどのめっき対象物が載せられる載置部２０が設けられている。図２に示されるように、載置部２０は、開口縁に沿って延在する環形状の載置台２１と、載置台２１の上に設置されたシールパッキン２２と、シールパッキン２２の上に設置された一方の電極であるカソード２３（Ａｕ製）とを有する。また、カソード２３の外周部の上側にはパッキン２４を介してトップリング２５が押し当てられている。シールパッキン２２およびカソード２３はこのトップリング２５と載置台２１とによってめっき槽１０に固定される。なお、電解めっき用の他方の電極であるアノード２６は、めっき槽１０内の底部に設置されている。両電極２３，２６に通電する銅線および電源の図示は省略した。そして、符号「２７」は、基板Ｗを載置部２０に押しつけてめっき槽１０に固定するための押さえ部材である。
めっき槽１０の底面１０ａの中央位置には、めっき液の供給管２８が接続されている。供給管２８には配管２９を介してポンプＰからタンクＴ内のめっき液が送られるようになっており、供給管２８からめっき槽１０内に連続してめっき液を供給できる。そして、めっき槽１０の側壁の上端開口に隣接する位置には、めっき液の流出口１１が設けられており、めっき槽１０内のめっき液をめっき槽外に流出させることができる。また、めっき槽１０内には、供給管２８の上方に位置するように、アノード２６から供給された金属イオン（または電流）の流れや供給管２８から供給されたメッキ液の流れを整流する作用を有するダンパ（整流手段）１２が設置されている。当該ダンパ１２は円形の板材に多数の円形の貫通孔を形成したものであり、本実施形態のめっき槽１０内にはこのダンパ１２が２つ積層される状態で設置されている。
図１に示されるように、めっき槽１０の外側には、めっき槽１０を取り囲む円筒形状のアウタカバー１５が設置されている。そして、めっき槽１０とアウタカバー１５との間には、めっき液の流通路として用いられる空洞部１６が形成されている。この空洞部１６は、水平断面形状が環形状であり、上端を載置部２０によって塞がれている。また、空洞部１６は上端寄りの位置において、流出口１１を介してめっき槽１０内に連通している。つまり、流出口から流出しためっき液は空洞部１６に流入する。また、空洞部１６の下端（めっき槽の底部寄りに位置）には、放出口３１を複数備えた環状のプレート３０が取り付けられている。したがって、空洞部１６に流入しためっき液は、放出口３１からめっき槽１０の下方に排出される。このように、空洞部１６は、流出口１１および放出口３１のみによって外部と繋がった構造である。
図３に示されるように、プレート３０には、同形状の放出口３１が４つ等間隔で形成されている。これら４つの放出口３１は、プレート３０を空洞部１６の下部に取り付けた状態では、めっき槽１０を取り囲むように配置される。各放出口３１は、より詳細には図４に示されるように、プレート３０に形成された通孔３０ａにゴム製のホールピース３２を取り付けることで構成されている。ホールピース３２は、環形状をしており、環の外周にはその全周に亘る溝部３２ａが形成されている。この溝部３２ａは、ホールピース３２をプレート３０に装着したときに、通孔３０ａの開口縁を咥え込む部分であり、これによりホールピース３２を通孔３０ａに装着したときに脱落が防止される。なお、ホールピース３２の内周縁の輪郭すなわち放出口３１の形状や開口面積は、通孔３０ａの大きさを超えない範囲で任意に定めることができる。本実施形態では、図示されるように、円弧状に延びる長穴（放出口３１）を備えるホールピース３２を用いた。
空洞部１６の下方位置には、放出口３１から排出されためっき液を収容する回収槽４０が設置されている。この回収槽４０にはホース４１が接続されている。このホース４１は、回収槽４０によって集められためっき液をめっき液の循環装置Ｒに送るものである。
次に、本実施形態のカップ式のめっき装置を用いて行うめっき処理について、順を追って説明する。
まず、めっき対象物であるウェハー等の基板Ｗをめっき装置１に設置する。具体的には、基板Ｗのめっき対象面Ｗｓを下側（めっき槽１０内）に向けた状態で、基板Ｗの外周部を載置部２０の上に載置する。めっき対象面Ｗｓの外周部には、良好な通電状態を確保するための金（Ａｕ）製の箔膜であるシード（不図示）が形成されており、基板Ｗを載置部２０に載置すると、基板Ｗのシードがカソード２３に接触する。また、カソード２３の内側に位置するシールパッキン２２の環状の凸部２２ａがめっき対象面Ｗｓの外周部に接触する。この後、基板Ｗを押さえ部材２７で載置部２０に押しつけて、シールパッキン２２の凸部２２ａおよびカソード２３に確実に接触させた状態で、めっき槽１０に固定する。
そして、基板Ｗを載置部２０上に載置し、固定すると、基板Ｗのめっき対象面Ｗｓがめっき槽１０内に満たされためっき液に接触する。先に説明したように、めっき対象面Ｗｓの外周部は全周に亘ってシールパッキン２２の凸部２２ａに接触しており、基板Ｗと載置部２０との間からめっき液が漏れることはない。この状態でカソード２３とめっき槽１０内のアノード２６との間で通電させることにより、基板Ｗのめっき対象面Ｗｓにめっき処理を施しめっき膜を形成する。
また、カップ式のめっき装置１では、通常、めっき槽１０内にめっき液を供給しながらめっき対象面にめっき処理を施している。以下、めっき処理中のめっき液の流れを説明する。
まず、めっき液は、めっき槽１０の底面１０ａに設けられた供給管２８からめっき槽１０内に供給される。めっき処理時、めっき槽１０内はめっき液で満たされており、供給管２８からめっき槽１０内に供給されためっき液は、めっき槽１０内の中央領域に上昇流を形成しつつめっき対象面Ｗｓに向けて流れる。そして、ある程度上昇すると、めっき槽１０の外周側に向けて放射状に広がるように流れる。
めっき槽１０内にめっき液を供給すると、供給されためっき液量に応じた量のめっき液が流出口１１から空洞部１６に流出する。空洞部１６に流れ込んだめっき液は、一旦空洞部１６に溜められて空洞部１６の下端の放出口３１から回収槽４０へと排出される。回収槽４０に収容されためっき液は、回収槽４０に接続されるホース４１を介して循環装置Ｒに送られる。循環装置Ｒに送られためっき液は、ここで濾過および成分調整されて再利用できる状態にされ、その後めっき液のタンクＴに送られて再利用される。
ところで、このめっき装置では、空洞部１６の下端のプレート３０に装着しているホールピース３２の交換によって、空洞部１６の放出口３１の形状や開口面積の変更・調節が可能であり、しかも変更・調節が容易である。そして、放出口３１の形状や開口面積を変更・調節することで流出口１１におけるめっき液の流出のしやすさを調節でき、めっき対象面の外周領域におけるめっき状態を調節できる。
ここで、本実施形態のめっき装置を用いて、ウェハーにめっき処理を行った実験について説明する。このめっき実験では、ウェハーにめっきを行い、その後めっきの膜厚（膜厚のバラツキ）を測定した。
第１実施形態：この実施形態では、空洞部１６の下端に図３に示されるようなプレート３０を取り付けた。つまり、放出口３１の形状は長穴形状であった。なお、めっき対象であるウェハーは直径が２００ｍｍであり、めっき対象面の直径が１９０ｍｍであった。そして、めっき液は硫酸銅溶液（液温を２０℃）であり、このめっき液を供給管からめっき槽内に毎分１５リットル連続供給した。また、通電時のめっき対象面における理論電流密度は１Ａ／ｄｍ２であった。
比較例１：本比較例は、放出口の形状および／または開口面積の条件が第１実施形態と異なる。具体的には、円形の放出口を有するプレートを空洞部下端に取り付けた。なお、放出口の総開口面積は第１実施形態と同じであった。また、これ以外の条件は第１実施形態と同じであり、その説明を省略した。実験結果を次の表１に示す。
【表１】
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表１に示されるように、膜厚のバラツキの状態を表す標準偏差（σ）は、放出口の形状が長穴形状である第１実施形態の方が０．２μｍと、放出口が円形である比較例１の場合（σが０．３μｍ）より小さかった。この結果、長穴形状の放出口を用いた方がめっき膜厚のムラやバラツキの発生が抑制され、ウェハーのめっき対象面全面に、より均一な膜厚のめっきを施すことができることが解った。この結果、放出口の形状や開口面積を変更可能な構造にしておけば、実際に放出口の形状や開口面積を変えてめっき処理を行ってみることにより、最も良好なムラやバラツキが少ないめっきが得られる状態に設定できることが解った。
なお、放出口の形状および／または開口面積を変更する構造は、本実施形態の構造以外にも種々考えられる。例えば、本実施形態のめっき装置はプレート３０の交換が可能な構造であるので、ホールピースを交換する構造ではなくプレートを交換する構造でもよい。この場合は、放出口の形状および／または開口面積が異なるプレートを複数種類用意しておき、条件に応じてプレートを交換して放出口の形状および／または開口面積を調節する。また、上記実験ではウェハーに銅めっきを施しているが、めっき対象物はウェハーに限られず、例えば、ステンレス鋼板などの導電性の金属一般に広く適用できる。また、めっき金属も銅に限られず、ニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）など種々の金属のめっきが可能である。
【産業上の利用可能性】  本発明に係るカップ式のめっき装置によれば、ウェハーなどのめっき対象物のめっき対象面に銅などの金属をめっきする場合に、より均一な膜厚のめっきを施すことができる。
【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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【国際調査報告】
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