(57)【要約】【課題】めっき液の使用量を極力少なく抑えつつ、めっき液の各成分の濃度を長時間に亘って一定に保って、基板の表面により均一な膜厚のめっき膜を安定して形成できるようにする。【解決手段】カソードとした基板Ｗの表面と不溶解性アノード９８との間にめっき液を満たして該表面に電解めっきを行うめっきセル１２と、めっき液をめっきセル１２に供給し回収して循環させるめっき液循環系１３６と、めっき液に含まれる成分をめっき液よりも高い濃度で含む補給液を、めっき液循環系１３６内を循環するめっき液に補給してめっき液の成分の濃度を一定範囲内に維持するめっき液成分補給系１３８を有する。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードとした基板の表面と不溶解性アノードとの間にめっき液を満たして該表面に電解めっきを行うめっきセルと、
めっき液を前記めっきセルに供給し回収して循環させるめっき液循環系と、
めっき液に含まれる成分をめっき液よりも高い濃度で含む補給液を、前記めっき液循環系内を循環するめっき液に補給してめっき液の成分の濃度を一定範囲内に維持するめっき液成分補給系を有することを特徴とするめっき装置。
【請求項２】
前記めっき液循環系から所定量のめっき液を排出するめっき液排出系を更に有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】
前記めっき液循環系は、前記めっきセルでめっきに使用されためっき液を回収するめっき液緩衝槽、前記めっき液緩衝槽に接続され前記補給液をめっき液中に補給するめっき液調整槽、及び前記めっき液調整槽に接続され該めっき液調整槽で調整されためっき液を溜めて前記めっきセルに供給するめっき液供給槽を有す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】
前記めっき液成分補給系でめっき液に補給される補給液に含まれる成分は、反応促進剤、反応抑制剤及び平滑化剤の少なくとも一つを含む有機添加剤、金属イオン、支持電解質及びハロゲンイオンであ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】
前記補給液の補給量は、電解めっきに要した電気量の積算値から求められることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項６】
前記補給液は、めっき液中の１つ成分をめっき液よりも高い濃度で有し、補給液タンクからめっき液中に補給され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】
前記めっきセルは、前記不溶解性アノードと前記カソードとなる基板との間に配置された高抵抗構造体を有す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】
前記補給液の補給量は、前記めっきセルでめっきを施すために通電した電流の電流密度と通電時間から決定される消耗係数を用いて求められることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項９】
前記めっきセルは、前記不溶解性アノードと前記カソードとなる基板との間に配置された高抵抗構造体によってアノード室とカソード側領域に区分され、前記補給液の補給量は、前記アノード室と前記カソード側領域で個別に求められて合計され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】
前記電流密度と通電時間から決定される消耗係数を用いて求められる補給液に含まれるめっき液の成分は、反応促進剤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】
前記めっき液調整槽は、該めっき液調整槽内のめっき液の液面を計測する液面センサを有することを特徴とする請求項３乃至１０のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項１２】
前記めっきセルに供給するめっき液をサンプリングして、めっき液中の各成分の濃度を分析するめっき液分析装置を更に有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項１３】
めっき液に含まれる成分をめっき液よりも高い濃度で含む補給液をめっき液に補給して、めっきに使用されるめっき液の成分の濃度を一定範囲内に維持することを特徴とするめっき液の管理方法。
【請求項１４】
めっきセルでめっきに使用されためっき液をめっき液緩衝槽内に回収し、
前記めっき液緩衝槽内のめっき液をめっき液調整槽内に送液し、該めっき液調整槽でめっき液に含まれる成分をめっき液よりも高い濃度で含む補給液をめっき液に補給してめっき液の成分の濃度を一定範囲内に維持し、
前記めっき液調整槽内のめっき液をめっき液供給槽に送液し、
前記めっき液供給槽内のめっき液を前記めっきセルに供給することを特徴とするめっき液の管理方法。
【請求項１５】
前記補給液の補給量を、電解めっきに要した電気量の積算値から求めることを特徴とする請求項１３または１４記載のめっき液の管理方法。
【請求項１６】
前記補給液の補給量を、前記めっきセルでめっきを施すために通電した電流の電流密度と通電時間から決定される消耗係数を用いて求めることを特徴とする請求項１３または１４記載のめっき液の管理方法。
【請求項１７】
前記めっきセルは、前記不溶解性アノードと前記カソードとなる基板との間に配置された高抵抗構造体によってアノード室とカソード側領域に区分され、前記補給液の補給量を、前記アノード室と前記カソード側領域で個別に求めて合計することを特徴とする請求項１６記載のめっき液の管理方法。
【請求項１８】
前記電流密度と通電時間から決定される消耗係数を用いて求められる補給液に含まれるめっき液の成分は、反応促進剤であることを特徴とする請求項１６または１７記載のめっき液の管理方法。
【請求項１９】
めっきする金属が銅で、硫酸銅濃度が２００ｇ／Ｌ〜飽和濃度の硫酸銅水溶液を、銅イオン濃度が２０〜６０ｇ／Ｌのめっき液に補給して、めっき液中の銅イオン濃度を一定範囲に維持することを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれかに記載のめっき液の管理方法。
【請求項２０】
めっき液中に支持電解質としての硫酸が含まれ、濃度が２０〜９８ｗｔ％の硫酸を、硫酸濃度が１０〜１００ｇ／Ｌのめっき液に補給して、めっき液中の硫酸濃度を一定範囲に維持することを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれかに記載のめっき液の管理方法。
【請求項２１】
めっき液にハロゲンイオンとしての塩素が含まれ、濃度が１〜３６ｗｔ％の塩酸を、塩素濃度が３０〜９０ｍｇ／Ｌのめっき液中に補給して、めっき液中の塩素濃度を一定範囲に維持することを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれかに記載のめっき液の管理方法。
【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液の管理方法に係り、特に半導体ウェ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該めっき装置に使用されるめっき液の成分を管理するのに好適なめっき液の管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体チップの高速化、高集積化に伴い、半導体ウェハ等の基板の表面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）が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内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、めっきが一般的である。
【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材膜等の絶縁層２を堆積し、この絶縁層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をスパッタリングやＣＶＤ等によって形成する。
【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、絶縁層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、絶縁層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の表面と絶縁層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、絶縁層２の内部に銅膜６からなる配線が形成される。
【０００５】
このようなめっき処理において、その成分として、目的金属である銅の塩、支持電解質、添加剤を基板の表面に留める等の役割を果たす塩素等のハロゲンイオン及び水の他に、めっき反応を促進する反応促進剤（アクセレレータ）、めっき反応を抑制する反応抑制剤（サプレッサ）及びめっき膜の表面を平滑化する平滑化剤（レベラ）の３つの有機添加剤を含むめっき液が一般に用いられる。
【０００６】
近年の半導体装置におけるプリント配線やＬＳＩ配線は、用いられるチップサイズの縮小化に伴い、より微細化する傾向にある。この様な微細構造体への電解めっきでは、めっき膜の細溝への埋込み特性を向上させることが必要となる。そのためには、この種のめっきを行うめっき装置において、めっき液中に含まれるめっき液成分（金属イオン、支持電解質、ハロゲンイオン、各種添加剤）の濃度を、めっき作業時を含め、長期間に渡って一定に保つことが要求される。
【０００７】
電解めっき装置では、アノードとしてめっき液中に含有される金属イオンと同じ金属イオンが生成される金属が一般に用いられる。例えば、硫酸銅と硫酸を主成分とし、液中に銅イオンを含有するめっき液を使用する電解めっき装置では、銅中にリンを少量含む含リン銅がアノードとして使用される。このようなアノードを使用した電解めっき装置で電解めっきを行うと、アノード中の金属、例えば銅がめっき液中に溶け出し、アノードは減少しながら形状を変化させる。そして、アノードの形状が変化すると、カソード側に形成されるめっき膜の膜厚のばらつきが大きくなる。このため、アノードを定期的に交換する必要が生じる。更に、含リン銅をアノードとした場合、アノードの表面にブラックフィルムと呼ばれる黒色のスラッジが形成され、このブラックフィルムがカソード側に成膜されるめっき膜に悪影響を与えて、基板に形成した配線用凹部内に形成される配線等に欠陥が生じる原因となる。
【０００８】
このため、アノードとして、例えばチタンの表面に酸化イリジウムなどをコーティングした不溶解性のものを用い、不溶解性アノードとカソードとなる基板の表面との間にめっき液を満たしつつ通電して、該表面にめっき処理を行うようにした電解めっき装置が開発されている。不溶解性アノードは、含リン銅アノードのように表面にブラックフィルムと呼ばれる黒色のスラッジが形成されることがなく、まためっき処理に伴ってアノードが溶解することがないため、アノードの交換が不要となって、アノードの保守・管理に手間がかからないといった利点を有する。
【０００９】
近年、電気化学的な手法（ＣＶＳ：Cyclic  Voltammetry  Stripping）により、めっき液中に含まれる添加剤の濃度を自動的に分析する自動分析手段が構築されている。つまり、めっき液中の添加剤の濃度を自動分析手段を用いて分析し、得られた結果をもとに、不足した添加剤をめっき液中に補充することにより、めっき液中の添加剤の濃度を一定に保つようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
表面（被めっき面）を上向きにして基板を保持する、いわゆるフェースアップ方式を採用した電解めっき装置にあっては、一回のめっき処理に使用されるめっき液の量が一般に少ない。このため、めっき液の使用方法として、一回のめっき処理毎にめっき液を捨てる、いわゆるワンパス式（使い捨て）が採用されている。しかし、ワンパス式では、めっき液の使用量が多くなってランニングコストが高くなってしまう。
【００１１】
このため、めっき液を回収しながら循環させて再使用する、いわゆる循環式を採用することが考えられる。この循環式を採用しためっき液の循環・回収システムにあっては、一般に、めっき処理に使用されためっき液を回収し循環させる循環槽が備えられ、循環槽内に回収されためっき液から一定量のめっき液を基板の表面（被めっき面）に供給してめっき処理を行い、めっき処理後にめっき面上に残っためっき液を循環槽に回収するように構成されている。
【００１２】
基板の表面に良好なめっき膜を安定して形成するためには、めっき液中に含まれるめっき液の各成分の濃度を、めっき作業時を含め長期間に渡って一定に保つことが要求される。不溶解性アノードを用いためっき装置においては、めっきの進行に伴う銅等の金属の消費、添加剤の分解及び水素イオンの生成などにより、めっき液成分の濃度が徐々に変化することが知られている。したがって、めっき処理後のめっき液を循環槽に回収して再使用すると、循環槽内に回収しためっき液成分の濃度が徐々に変化する。このため、めっき液の各成分の濃度を、めっき作業時を含め長期間に渡って一定に保つためには、めっき液の各成分を適時めっき液に補充することが必要となる。
【００１３】
不溶解性アノードを用いためっき装置では、目的の金属イオンの補充は、粉末状の金属塩を循環槽内に投入するか、または別槽で金属片を溶解させて補充するといった方法が一般に採用されている。しかし、粉末状の金属塩をめっき液中に補充すると、めっき液中に微粒子が増加し、この増加した微粒子がめっき処理後の基板の表面に欠陥を生じさせる原因となることが懸念される。一方、別槽で金属片を溶解させて補充する方法では、装置構成が複雑になり、装置コストが上昇してしまう。
【００１４】
また、めっき液中の添加剤の濃度を自動分析手段を用いて分析し、得られた結果をもとに不足した添加剤をめっき液に補充して、めっき液中の添加剤の濃度を一定に保つようにすると、自動分析手段は、一般に測定に多くの時間を要するため、所定の時間間隔で添加剤をめっき液に補充することになり、しかも、厚膜のめっき膜をめっきする時には多量の、薄膜のめっき膜をめっきする時には少量のように、めっき条件によって異なる量の添加剤を補充する必要がある。このため、めっき液に添加剤を補充する前後におけるめっき液中の添加剤濃度の変動が大きく、かつめっき条件によって、この変動の幅が大きく変化してしまう。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、めっき液の使用量を極力少なく抑えつつ、めっき液の各成分の濃度を長時間に亘って一定に保って、基板の表面により均一な膜厚のめっき膜を安定して形成できるようにしためっき装置及び該めっき装置に使用されるめっき液の管理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】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、カソードとした基板の表面と不溶解性アノードとの間にめっき液を満たして該表面に電解めっきを行うめっきセルと、めっき液を前記めっきセルに供給し回収して循環させるめっき液循環系と、めっき液に含まれる成分をめっき液よりも高い濃度で含む補給液を、前記めっき液循環系内を循環するめっき液に補給してめっき液の成分の濃度を一定範囲内に維持するめっき液成分補給系を有することを特徴とするめっき装置である。
【００１７】
めっき液を回収しながら循環させて再使用することで、めっき液の使用量を極力少なく抑え、また不溶解性アノードを使用することで、アノードの交換を不要となして、アノードの保守・管理を容易となすことができる。しかも、不溶解性アノードを使用し、かつめっき液を循環させて再使用することに伴って変化するめっき液成分の濃度を、めっき液に含まれる成分をめっき液よりも高い濃度で含む補給液をめっき液に補給して一定範囲内に維持することで、めっき液成分の補給に伴ってめっき液中の微粒子が増加したり、装置が複雑化したりすることを防止することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、前記めっき液循環系から所定量のめっき液を排出するめっき液排出系を更に有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。
めっき液循環系から所定量のめっき液を排出することで、例えばめっき液の各成分の濃度を一定範囲に維持するのに必要な補給液の液量を確保できるように、めっき液循環系内のめっき液の液量を調整することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、前記めっき液循環系は、前記めっきセルでめっきに使用されためっき液を回収するめっき液緩衝槽、前記めっき液緩衝槽に接続され前記補給液をめっき液中に補給するめっき液調整槽、及び前記めっき液調整槽に接続され該めっき液調整槽で調整されためっき液を溜めて前記めっきセルに供給するめっき液供給槽を有す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。
【００２０】
めっきに使用されためっき液をめっき液緩衝槽内に一旦回収した後、めっき液調整槽内に送り、めっき液調整槽でめっき液に補給液を補給してめっき液の各成分の濃度を調整し、しかる後、各成分の濃度を調整しためっき液をめっき液供給槽に溜めてからめっきセルに供給してめっきを行うことで、各成分の濃度をより一定しためっき液をめっきセルに供給することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、前記めっき液成分補給系でめっき液に補給される補給液に含まれる成分は、反応促進剤、反応抑制剤及び平滑化剤の少なくとも一つを含む有機添加剤、金属イオン、支持電解質及びハロゲンイオンであ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。
【００２２】
例えば、銅の埋込みに使用されるめっき液の成分には、金属（銅）イオン、支持電解質及びハロゲンイオンの他に、反応促進剤（アクセレレータ）、反応抑制剤（サプレッサ）及び平滑化剤（レベラ）の３つの有機添加物が一般に含まれており、不溶解性アノードを使用しためっきの進行に伴って、これらの成分のめっき液中における濃度が徐々に変化する。したがって、これらの各成分をめっき液よりも高い濃度で含む補給液をめっき液に補給することで、めっき液中の各成分の濃度を一定範囲に維持することができる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、前記補給液の補給量は、電解めっきに要した電気量の積算値から求められることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のめっき装置である。
めっき液を循環させて使用する電解めっきにおいて、めっき処理によって変化するめっき液中の各成分の量（消費量）は、一般にめっき処理時の電気量によって決まる。このため、電解めっきに要した電気量の積算値からめっき液の各成分の補給量を算出することができる。更に、自動分析手段の分析時間よりも短い時間間隔で、めっき液中の添加剤の補給量を算出して補給することで、例えば添加剤補給時におけるめっき液中の添加剤濃度の変動を小さく抑えることができる。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、前記補給液は、めっき液中の１つ成分をめっき液よりも高い濃度で有し、補給液タンクからめっき液中に補給され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。
例えば、めっき液中の金属イオン、支持電解質、ハロゲンイオン、反応促進剤、反応抑制剤及び平滑化剤の６つの成分の濃度を一定範囲に維持する場合、これらの各成分のみを有する補給液を補給液タンクに個別に貯蔵してめっき液に補給することで、これらの各成分におけるめっき液中の濃度を個別に管理することができる。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、前記めっきセルは、前記不溶解性アノードと前記カソードとなる基板との間に配置される高抵抗構造体を有す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。
不溶解性アノードと前記カソードとなる基板との間に高抵抗構造体を配置し、この高抵抗構造体にめっき液自身の抵抗よりも高い抵抗を持たせることで、基板の表面（被めっき面）に形成された、例えばシード層等の抵抗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。
【００２６】
請求項８に記載の発明は、前記補給液の補給量は、前記めっきセルでめっきを施すために通電した電流の電流密度と通電時間から決定される消耗係数を用いて求められることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のめっき装置である。
めっき液中に含まれる添加剤にあっては、その消費量がめっき時に通電した電流の電流密度及び通電時間の相違によって異なり、このため、積算電気量のみで補給量を算出した場合に、補給量と実際の消費量との間にずれが生じるものがある。このような添加剤に対しては、めっきを施すために通電した電流の電流密度と通電時間から決定される消耗係数を用いることで、その消費量をより正確に求めることができる。
【００２７】
請求項９に記載の発明は、前記めっきセルは、前記不溶解性アノードと前記カソードとなる基板との間に配置された高抵抗構造体によってアノード室とカソード側領域に区分され、前記補給液の補給量は、前記アノード室と前記カソード側領域で個別に求められて合計されることを特徴とする請求項８記載のめっき装置である。
消費量が電流密度の大小に影響を受けるめっき液中の添加剤は、めっきセルをアノード室とカソード側領域に区分した場合に、アノード室とカソード側領域で異なった状態で消費される。このため、アノード室とカソード側領域で消費される消費量を個別に求めて合計することで、添加剤の消費量より正確に求めることができる。
【００２８】
請求項１０に記載の発明は、前記電流密度と通電時間から決定される消耗係数を用いて求められる補給液に含まれるめっき液の成分は、反応促進剤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。
これにより、めっき液中に含まれ、消費量が電流密度の大小に影響を受ける反応促進剤の濃度をより厳密に管理し、均一かつ均質な銅めっき等を行って、信頼性の高い銅配線等を得ることができる。
【００２９】
請求項１１に記載の発明は、前記めっき液調整槽は、該めっき液調整槽内のめっき液の液面を計測する液面センサを有することを特徴とする請求項３乃至１０のいずれかに記載のめっき装置である。
これにより、めっき液調整槽内に溜められためっき液の液面を液面センサで計測して、めっき液調整槽に溜められるめっき液の液量を一定範囲に維持することができる。
【００３０】
請求項１２に記載の発明は、前記めっきセルに供給するめっき液をサンプリングして、めっき液中の各成分の濃度を分析するめっき液分析装置を更に有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のめっき装置である。
これにより、めっき液を所定の時間間隔でサンプリングしてめっき液中の各成分の濃度をめっき液分析装置で分析し、不足する成分をめっき液に補給することで、めっき条件の時間的変化などにより、めっき液の各成分の消費量のバランスが崩れた場合等に対応することができる。
【００３１】
請求項１３に記載の発明は、めっき液に含まれる成分をめっき液よりも高い濃度で含む補給液をめっき液に補給して、めっきに使用されるめっき液の成分の濃度を一定範囲内に維持することを特徴とするめっき液の管理方法である。
【００３２】
請求項１４に記載の発明は、めっきセルでめっきに使用されためっき液をめっき液緩衝槽内に回収し、前記めっき液緩衝槽内のめっき液をめっき液調整槽内に送液し、該めっき液調整槽でめっき液に含まれる成分をめっき液よりも高い濃度で含む補給液をめっき液に補給してめっき液の成分の濃度を一定範囲内に維持し、前記めっき液調整槽内のめっき液をめっき液供給槽に送液し、前記めっき液供給槽内のめっき液を前記めっきセルに供給することを特徴とするめっき液の管理方法である。
【００３３】
請求項１５に記載の発明は、前記補給液の補給量を、電解めっきに要した電気量の積算値から求めることを特徴とする請求項１３または１４記載のめっき液の管理方法である。
請求項１６に記載の発明は、前記補給液の補給量を、前記めっきセルでめっきを施すために通電した電流の電流密度と通電時間から決定される消耗係数を用いて求めることを特徴とする請求項１３または１４記載のめっき液の管理方法である。
【００３４】
請求項１７に記載の発明は、前記めっきセルは、前記不溶解性アノードと前記カソードとなる基板との間に配置された高抵抗構造体によってアノード室とカソード側領域に区分され、前記補給液の補給量を、前記アノード室と前記カソード側領域で個別に求めて合計することを特徴とする請求項１６記載のめっき液の管理方法である。
請求項１８に記載の発明は、前記電流密度と通電時間から決定される消耗係数を用いて求められる補給液に含まれるめっき液の成分は、反応促進剤であることを特徴とする請求項１６または１７記載のめっき液の管理方法である。
【００３５】
請求項１９に記載の発明は、めっきする金属が銅で、硫酸銅濃度が２００ｇ／Ｌ〜飽和濃度の硫酸銅水溶液を、銅イオン濃度が２０〜６０ｇ／Ｌのめっき液に補給して、めっき液中の銅イオン濃度を一定範囲に維持することを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれかに記載のめっき液の管理方法である。
【００３６】
請求項２０に記載の発明は、めっき液中に支持電解質としての硫酸が含まれ、濃度が２０〜９８ｗｔ％の硫酸を、硫酸濃度が１０〜１００ｇ／Ｌのめっき液に補給して、めっき液中の硫酸濃度を一定範囲に維持することを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれかに記載のめっき液の管理方法である。
【００３７】
請求項２１に記載の発明は、めっき液にハロゲンイオンとしての塩素が含まれ、濃度が１〜３６ｗｔ％の塩酸を、塩素濃度が３０〜９０ｍｇ／Ｌのめっき液中に補給して、めっき液中の塩素濃度を一定範囲に維持することを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれかに記載のめっき液の管理方法である。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、めっき液を回収し循環させて再使用するシステムを構築してめっき液の使用量を減少させ、しかも、交換が不要で、保守・管理の容易な不溶解性アノードを使用し、めっき液中の微粒子が増大したり、装置として複雑化したりすることを防止しつつ、めっき液の各成分の濃度を長期に亘って一定に保って、めっき液のめっき特性を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。この実施の形態は、半導体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。
【００４０】
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、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基のめっきセル１２と、ロード・アンロード部１０とめっきセル１２との間で基板Ｗの受渡しを行う搬送ロボット１４と、めっき液調整槽１６を有し、めっきセル１２にめっき液を供給するめっき液供給設備１８が備えられている。
【００４１】
めっきセル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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、めっきセル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とカソード電極８８が当接する。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。
【００４４】
めっき液トレー２２は、めっき処理を実施していない時に、電極ヘッド２８をめっき液トレー２２内に位置させ、電極ヘッド２８内のめっき液の一部を置換させるためのもので、高抵抗構造体１１０が収容できる大きさに設定されている。また、めっき液の液面を計測するフォトセンサがめっき液トレー２２に取付けられている。
【００４５】
電極アーム部３０は、この例では、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、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。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。
【００４６】
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る。また、めっき液回収ノズル６６は、めっき液回収管１３０に設置したポンプ１３４（図１３参照）に接続され、このポンプ１３４の駆動に伴って、基板上のめっき液はめっき液回収ノズル６６から吸引される。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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電極８８と、このカソード電極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。
【００５０】
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電極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電極８８を汚染することを防止する。
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。
【００５１】
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、多孔質体からなる高抵抗構造体１１０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、めっきセル１２は、高抵抗構造体１１０によって、電極ホルダ９４の内部のアノード室１００とカソード側領域１０１に区画されている。
【００５２】
高抵抗構造体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ている。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以下で、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、高抵抗構造体１１０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。
【００５３】
このように高抵抗構造体１１０をアノード室１００とカソード側領域１０１の間に配置し、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、シード層７（図１参照）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。
【００５４】
アノード室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を有する不溶解性アノード９８が配置されている。そして、電極ホルダ９４には、アノード室１００内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、廃液槽１６０に繋がるめっき液排出管１０６に接続されている。更に、電極ホルダ９４の周壁内部には、不溶解性アノード９８及び高抵抗構造体１１０の側方に位置して上下に貫通するめっき液供給口１０４が設けられ、このめっき液供給口１０４は、めっき液調整槽１６から延びるめっき液供給管１０２に接続されている。
【００５５】
このめっき液供給口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と高抵抗構造体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、不溶解性アノード９８及び高抵抗構造体１１０の側方から、基板Ｗと高抵抗構造体１１０との間のカソード側領域１０１にめっき液を供給するためのもので、シール材９０と高抵抗構造体１１０に挟まれたカソード側領域１０１で下端のノズル部が開口するようになっている。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。
【００５６】
めっき液供給口１０４から供給されためっき液は、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と高抵抗構造体１１０との間のカソード側領域１０１の空気が外方に押し出されて外部に排出され、基板Ｗとシール材９０で区画されたカソード側領域１０１がめっき液供給口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で区画されたカソード側領域１０１にめっき液が溜められる。
【００５７】
不溶解性アノード９８は、白金、チタン等の不溶解性金属あるいはこれらの金属に酸化イリジウムをコーティングした材料で構成されている。このように、不溶解性アノード９８を使用することで、不溶解性アノード９８の表面にブラックフィルムと呼ばれる黒色のスラッジが形成されることを防止し、しかもめっき処理に伴って不溶解性アノード９８が溶解することをなくして、アノードの交換を不要となすことができる。めっき液の流通のしやすさ等から、不溶解性アノード９８は、網状であってもよい。
【００５８】
めっき液供給設備１８には、図１３に示すように、めっき液調整槽１６からから延び、めっき液供給口１０４（図１２参照）に接続されためっき液供給管１０２と、めっき液調整槽１６からから延び、めっき液回収ノズル６６（図５参照）に接続されためっき液回収管１３０が備えられ、これらのめっき液供給管１０２及びめっき液回収管１３０の途中には、ポンプ１３２，１３４が設置されている。これによって、めっき液循環系１３６が構成されている。つまり、めっき液供給管１０２に設置したポンプ１３２を駆動して、めっき液調整槽１６内の一定量のめっき液を基板保持部３６で保持した基板Ｗの表面（被めっき面）のシール材９０で区画された領域に供給する。そして、めっき終了後に、めっき液回収管１３０に設置したポンプ１３４を駆動し、めっき液回収ノズル６６で基板Ｗの表面に残っためっき液を吸引してめっき液調整槽１６内に回収し再使用するようにしている。
【００５９】
めっき液供給設備１８には、めっき液に含まれる各成分をめっき液よりも高い濃度で含む補給液を、めっき液調整槽１６内でめっき液中に補給して、めっき液中のこれらの各成分の濃度を一定範囲内に維持するめっき液成分補給系１３８が備えられている。つまり、この例では、めっき液として、その成分に、濃度が２０〜６０ｇ／Ｌの銅イオン、濃度が１０〜１００ｇ／Ｌの支持電解質としての硫酸、及び濃度が３０〜９０ｍｇ／Ｌのハロゲンイオンとしての塩素の他に、反応促進剤（アクセレレータ）、反応抑制剤（サプレッサ）及び平滑化剤（レベラ）の３つの有機添加物を有するものを使用している。
【００６０】
そして、硫酸銅の濃度が２００ｇ／Ｌ〜飽和濃度の硫酸銅水溶液を貯蔵した補給液タンク１４０、濃度が２０〜９８ｗｔ％の硫酸を貯蔵した補給液タンク１４２、濃度が１〜３６ｗｔ％の塩酸を貯蔵した補給液タンク１４４、市販濃度の反応促進剤溶液を貯蔵した補給液タンク１４６、市販濃度の反応抑制剤溶液を貯蔵した補給液タンク１４８及び市販濃度の平滑化剤溶液を貯蔵した補給液タンク１５０が備えられている。そして、これらの各補給液タンク１４０〜１５０からめっき液調整槽１６内のめっき液に各補給液を、更には純水補給管１５２を通して純水（ＤＩＷ）を補給することで、めっき液調整槽１６内に回収されためっき液の各成分の濃度を一定範囲内に維持して再使用するようにしている。めっき液調整槽１６には、この内部に溜められためっき液の液面を計測する液面センサ１５４が備えられている。
【００６１】
なお、補給する硫酸銅水溶液の硫酸銅の濃度は、２５０〜３００ｇ／Ｌの範囲が好ましく、補給する硫酸の濃度は、５０〜９８ｗｔ％の範囲が補給量を少なくする上で好ましく、また補給する塩素の濃度は、５〜２０ｗｔ％の範囲が取扱上好ましい。
この例では、めっき液成分として、反応促進剤（アクセレレータ）、反応抑制剤（サプレッサ）及び平滑化剤（レベラ）の３つの有機添加物を有するめっき液を使用した例を示しているが、これらの有機添加剤の内、少なくとも１つを成分に含むめっき液を使用し、このめっき液に含まれる成分を補給液で補給するようにしてもよい。
【００６２】
更に、めっき液供給設備１８には、めっき液循環系１３６内を循環するめっき液を廃液槽１６０に排出するめっき液排出系１６２が設けられている。つまり、めっき液回収管１３０には分割形の３方弁１６４が設置され、この３方弁１６４で分割された廃液管１６６が廃液槽１６０に接続されている。
これによって、めっき終了後にめっき液回収管１３０に設置したポンプ１３４を駆動し、めっき液回収ノズル６６で基板Ｗの表面（被めっき面）に残っためっき液を吸引してめっき液調整槽１６内に回収する時に、廃液管１６６を通して、一部のめっき液が廃液槽１６０に排出される。
【００６３】
図１４に示すように、めっき液排出口１０３（図１２参照）に接続されためっき液排出管１０６は廃液槽１６０に接続され、このめっき液排出管１０６には、ポンプ１７０が設置されている。これにより、めっき液トレー２２内のめっき液中に電極ヘッド２８の高抵抗構造体１１０を浸漬させた状態で、めっき液供給管１０２に設置したポンプ１３２を駆動することで、めっき液調整槽１６内のめっき液をめっき液トレー２２内に供給し、同時にめっき液排出管１０６に設置したポンプ１７０を駆動して、アノード室１００内のめっき液を引き抜く。これにより、高抵抗構造体１１０に含浸されるめっき液の新たなめっき液との置換及び古くなっためっき液の廃棄を行う。
【００６４】
めっきを行うに際して、カソード電極８８はめっき電源１１４のカソードに、不溶解性アノード９８はめっき電源１１４のアノードにそれぞれ電気的に接続される。なお、めっき電源１１４として、流れる電流の向きを任意に変更できるようにしたものを使用し、これによって、めっき装置がめっき膜をエッチングするエッチング機能を有するようにしてもよい。
【００６５】
次に、この実施の形態のめっき装置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めっきセル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。
【００６６】
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。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。
【００６７】
一方、電極アーム部３０の電極ヘッド２８は、この時点では、図１４に示すように、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がめっき液トレー２２内のめっき液に浸漬されている。この状態で、めっき液トレー２２内へのめっき液の供給と、アノード室１００内のめっき液の引抜きを行って、高抵抗構造体１１０に含浸されるめっき液の置換を行う。
【００６８】
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Ｗの表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の表面のプレコート液を振り切って乾燥させる。
【００６９】
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、カソード電極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。
【００７０】
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、この位置に到達した後に、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、高抵抗構造体１１０が基板Ｗの表面に接触することなく、例えば０．１ｍｍ〜３ｍｍ程度に近接した時に電極ヘッド２８を停止させる。次に、めっき液供給管１０２から所定量のめっき液を供給して、図１３に示すように、基板Ｗと高抵抗構造体１１０との間のシール材９０で囲まれたカソード側領域１０１をめっき液で満たす。
【００７１】
そして、カソード電極８８をめっき電源１１４のカソードに、不溶解性アノード９８をめっき電源１１４のアノードにそれぞれ接続し、めっきに要する電気量を積算しながら、基板Ｗの表面（シード層７の表面）にめっきを行う。めっき処理が完了すると、めっき電源１１４をカソード電極８８及び不溶解性アノード９８から切離し、電極アーム部３０を上昇させた後、旋回させて、電極ヘッド２８をめっき液トレー２２の上方へ戻し、通常位置へ下降させる。
【００７２】
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、めっき液回収管１３０に設置したポンプ１３４を駆動して、めっき液回収ノズル６６から基板Ｗ上のめっき液の大部分をめっき液調整槽１６内へ回収し、一部は、廃液槽１６０内に廃棄する。このめっき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、カソード部３８のカソード電極８８が汚染されることが防止される。
【００７３】
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及びカソード電極８８も基板と同時に洗浄することができる。
【００７４】
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及びカソード電極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。
【００７５】
以上で、１枚の基板に対する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。
【００７６】
以上のように、不溶解性アノード９８を用い、めっき液を回収しながら循環させて再使用すると、めっき液調整槽１６内に回収されためっき液中の各成分の濃度が徐々に変化する。そこで、この例では、複数枚の基板を処理し、めっきに要した電気量の積算値が所定の値、例えば５０Ａｈに達した時に、めっき液成分補給系１３８からめっき液に含まれる成分をめっき液よりも高い濃度で含む補給液をめっき液調整槽１６内に補給する。つまり、補給液タンク１４０から硫酸銅の濃度が２００ｇ／Ｌ〜飽和濃度の硫酸銅水溶液を、補給液タンク１４２から濃度が２０〜９８ｗｔ％の硫酸を、補給液タンク１４４から濃度が１〜３６ｗｔ％の塩酸を、補給液タンク１４６から市販濃度の反応促進剤溶液を、補給液タンク１４８から市販濃度の反応抑制剤溶液を、補給液タンク１５０から市販濃度の平滑化剤溶液をそれぞれめっき液調整槽１６内のめっき液に補給し、更に純水補給管１５２を通して純水（ＤＩＷ）をめっき液調整槽１６内のめっき液に補給する。これによって、めっき液調整槽１６内に回収されためっき液の各成分の濃度を一定範囲内に維持し、この成分の濃度を一定範囲に維持しためっき液を循環させて再使用する。
【００７７】
このように、めっき液循環系１３６を介して、めっき液を回収しながら循環させて再使用することでめっき液の使用量を極力少なく抑え、また交換が不要な不溶解性アノード９８を使用することで、アノードの保守・管理を容易となすことができる。しかも、不溶解性アノード９８を使用し、かつめっき液を循環させて再使用することに伴って変化するめっき液成分の濃度を、めっき液成分補給系１３８を介して、めっき液に含まれる成分をめっき液よりも高い濃度で含む補給液をめっき液に補給して一定範囲内に維持することで、めっき液成分の補給に伴ってめっき液中の微粒子が増加したり、装置が複雑化したりすることを防止することができる。
【００７８】
各補給液の補給量は、例えばめっきに要した電気量の積算値から求められる。めっき液を循環させて使用する電解めっきにおいて、めっき処理によって変化するめっき液中の各成分の量は、めっき処理時の電気量によって一般に決まる。このため、予め実験により求めた各成分の消費または増加量をもとに、電解めっきに要した電気量の積算値からめっき液の各成分の補給量を算出することができる。
【００７９】
このように、電気量の積算値からめっき液中の各成分の補給量を算出して補給することで、自動分析手段の分析時間よりも短い時間間隔で添加剤の補給を行うことができ、これによって、例えば添加剤補給時におけるめっき液中の添加剤濃度の変動を小さく抑えることができる。
【００８０】
めっき液調整槽１６には、この内部に溜められためっき液の液面を計測する液面センサ１５４が備えられており、補給液及び純水の補給に伴って、めっき液調整槽１６内のめっき液の液面が所定の位置に達した時に、補給液及び純水の補給を停止し、これによって、めっき液調整槽１６に一定量のめっき液が溜められるようにする。めっき液調整槽１６内にめっき液が回収される時、めっき液の一部は、めっき液排出系１６２を介して廃液槽１６０内に廃棄される。これにより、めっき液循環系１３６内に回収されて再使用されるめっき液の液量を調整して、めっき液調整槽１６内のめっき液中の各成分の濃度を一定範囲となすのに十分な量の補給液及び純水を補給することができる。
【００８１】
図１５及び図１６は、本発明の他の実施の形態のめっき装置の概要を示す。このめっき装置の前述のめっき装置と異なる点は、以下の通りである。つまり、めっき液循環系１３６は、めっき液調整槽１６の上流側に位置してめっき液緩衝槽２００を、下流側に位置してめっき液供給槽２０２を有している。めっき液回収ノズル６６から延びるめっき液回収管１３０は、めっき液緩衝槽２００に接続され、めっき液供給口１０４を通してめっき液をめっきセル１２に供給するめっき液供給管１０２は、めっき液供給槽２０２に接続されている。めっき液緩衝槽２００とめっき液調整槽１６は、内部にポンプ２０４を設置した連絡管２０６で結ばれ、めっき液調整槽１６とめっき液供給槽２０２は、内部にポンプ２０８を設置した連絡管２１０で結ばれている。更に、めっき液調整槽１６の底部には、内部にポンプ２１２を設置しためっき液引抜き管２１４の一端が接続され、このめっき液引抜き管２１４の他端は廃液槽１６０に接続されている。これにより、めっき液排出系１６２が構成されている。
【００８２】
また、図１６に示すように、めっき液トレー２２内のめっき液中に電極ヘッド２８の高抵抗構造体１１０を浸漬させた状態で、高抵抗構造体１１０に含浸されるめっき液の新たなめっき液との置換及び古くなっためっき液の廃棄を行う時、三方弁２１５を介して、このめっき液を廃液槽１６０に導いて廃液するか、またはめっき液緩衝槽２００に導いて回収して再使用できるようになっている。
【００８３】
更にこの例では、めっき液供給槽２０２内のめっき液をサンプリングして各成分を分析し、分析後のサンプリング液をめっき液調整槽１６に戻すめっき液分析装置２１６が備えられている。また、純水は、純水タンク２１８に貯蔵されてめっき液調整槽１６内に補給される。めっき液緩衝槽２００には、この内部に溜められためっき液の液面を計測する液面センサ２２０が設置されている。
【００８４】
この例にあっては、めっきセル１２で１枚の基板を処理する毎にめっき液がめっき液緩衝槽２００内に回収され、めっき液緩衝槽２００内に所定量のめっき液が回収された時に、めっき液緩衝槽２００内のめっき液をめっき液調整槽１６に送る。めっき液調整槽１６では、めっき液排出系１６２を介して、送られためっき液の一部を排出する。このめっき液の排出と同時または排出後に、前述と同様に、めっき液成分補給系１３８からめっき液に含まれる成分をめっき液よりも高い濃度で含む補給液、つまり硫酸銅水溶液、硫酸、塩酸、反応促進剤溶液、反応抑制剤溶液、平滑化剤溶液及び純水（ＤＩＷ）をめっき液調整槽１６内のめっき液に補給する。これによって、めっき液調整槽１６内のめっき液の各成分の濃度が一定となるようにする。
【００８５】
そして、めっき液調整槽１６でめっき液の各成分の濃度を調整しためっき液をめっき液供給槽２０２に送り、このめっき液供給槽２０２から所定量のめっき液をめっきセル１２に送る。つまり、図１５に示すように、めっき液供給槽２０２から、所定量のめっき液を基板Ｗと不溶解性アノード９８との間のシール材９０で包囲された領域に送り、不溶解性アノード９８とカソード電極８８との間にめっき電源１１４から電圧を印加することで、基板Ｗの表面にめっきを行い、また図１６に示すように、めっき液供給槽２０２から、所定量のめっき液をめっき液トレー２２内に送りつつ、電極ヘッド２８のアノード室１００内のめっき液をめっき液排出管１０６から排出することで、高抵抗構造体１１０内に含浸されるめっき液の置換を行う。
【００８６】
このように、めっきに使用されためっき液をめっき液緩衝槽２００内に一旦回収した後、めっき液調整槽１６に送り、このめっき液調整槽１６でめっき液に補給液を補給してめっき液の成分の濃度を調整し、しかる後、成分の濃度を調整しためっき液をめっき液供給槽２０２に溜めてからめっきセル１２に供給してめっきを行うことで、めっきセル１２に供給されるめっき液の成分の濃度をより一定することができる。
【００８７】
更に、この例では、めっき液供給槽２０２内のめっき液を所定の時間間隔でサンプリングしてめっき液中の各成分の濃度をめっき液分析装置２１６で分析し、めっき液成分補給系１３８を介して、不足するめっき液成分をめっき液調整槽１６に補給するようにしている。このように、めっき液を所定の時間間隔でサンプリングしてめっき液中の各成分の濃度をめっき液分析装置２１６で分析し、不足するめっき液成分をめっき液に補給することで、めっき条件の時間的変化などにより、めっき液の各成分の消費量のバランスが崩れた場合等に対応することができる。
【００８８】
なお、図１７及び図１８に示すように、めっき液緩衝槽２００及びめっき液供給槽２０２を省略し、めっき液回収ノズル６６から延びるめっき液回収管１３０、及びめっき液供給口１０４を通してめっき液をめっきセル１２に供給するめっき液供給管１０２をめっき液調整槽１６にそれぞれ接続して、装置としての簡素化を図るようにしてもよい。
【００８９】
上記の実施の形態では、めっき液の各成分の消費量は、一般にめっき処理時の電気量によって決まるため、めっきに要した電気量の積算値からめっき液の各成分の補給量を算出して補給するようにしている。しかし、めっき液中に含まれる添加剤、例えば反応促進剤にあっては、その消費量がめっき時に通電した電流の電流密度及び通電時間の相違によって異なり、このため、積算電気量のみで補給量を算出した場合に、補給量と実際の消費量との間にずれが生じる。
【００９０】
つまり、図１５に示すように、電極ヘッド２８を基板Ｗの表面に近接させ、基板Ｗと高抵抗構造体１１０との間のシール材９０で囲まれたカソード側領域１０１をめっき液で満たした後、カソード電極８８をめっき電源１１４のカソードに、不溶解性アノード９８をめっき電源１１４のアノードにそれぞれ接続し、電流密度及び通電時間を変化させて基板の表面にめっきを施した時の、基板Ｗと高抵抗構造体１１０との間のシール材９０で囲まれたカソード側領域１０１のめっき液に含まれる反応促進剤の消費率（消費係数）は、図１９に示すようになる。
【００９１】
このように、消費量がめっき時に通電した電流の電流密度及び通電時間の相違によって異なる、例えばめっき液に含まれる反応促進剤に対しては、図１９に示す、めっきを施すために通電した電流の電流密度と通電時間から決定される消耗係数（消費率）を予め求めておき、実際にめっきを行った時に通電した電流の電流密度及び通電時間から反応促進剤の消費量を求めることで、反応促進剤の消費量をより正確に求めることができる。
【００９２】
そして、このようにして、反応促進剤の消費量をより正確に求め、めっき液成分補給系１３８の補給液タンク１４６から、この消費量に見合った量に相当する反応促進剤溶液をめっき液調整槽１６内のめっき液に補給することで、めっき液中に含まれ、消費量が電流密度の大小に影響を受ける反応促進剤の濃度をより厳密に管理し、均一かつ均質な銅めっき等を行って、信頼性の高い銅配線等を得ることができる。
【００９３】
ここで、図１６に示すように、アノード室１００内のめっき液の一部を回収して再使用する場合、アノード室１００内において、めっき液中の添加剤、例えば反応促進剤が消費されためっき液がめっき液緩衝槽２００に戻される。このアノード室１００内での反応促進剤等の消費の状態は、カソード側領域１０１での反応促進剤等の消費の状態と異なる。このため、この時には、電流密度及び通電時間を変化させて基板の表面にめっきを施した時の、アノード室１１０内のめっき液に含まれる反応促進剤等の消費率（消費係数）を予め求めておき、この消費係数からアノード室内でのめっき液に含まれる反応促進剤等のめっきによる消費量を求め、この消費量を、前述のようにして求めた、カソード側領域１０１での反応促進剤等のめっきによる消費量に加えることで、添加剤の消費量をより正確に求めることができる。
【００９４】
（実施例１）
ＰＶＤ法により、バリア層及び銅シード層を表面に成膜した３００ｍｍシリコンウェハを用意し、図２乃至図１４に示すめっき装置を使用して、シリコンウェハの表面に、膜厚が１μｍの銅めっき膜を連続して成膜した。この時に使用しためっき液の組成及びめっき条件は下記の通りである。そして、めっきに用いた電気量を積算し、積算電気量が５０Ａｈに達する毎に、めっき液に下記の補給液（濃度調整液）を補給して、めっき液調整槽内のめっき液の各成分の濃度が初期濃度となるようにした。各補給液の補給量は、予め実験的に求めた各成分の消耗または増加量をもとに算出した。
【００９５】
めっき液の組成
・硫酸銅５水和物：２００ｇ／Ｌ
・硫  酸    ：８０ｇ／Ｌ
・塩  素    ：５０ｍｇ／Ｌ
・有機添加剤（反応促進剤，反応抑制剤，平滑化剤）：所定量
【００９６】
めっき条件
・めっき液量：５０±５Ｌ
・電極ヘッド内のめっき液の置換量：１０ｍｌ／回
・めっき液吐出量：１００ｍｌ／回
・めっき液回収量：９０ｍｌ／回
【００９７】
補給液（濃度調整液）
・硫酸銅５水和物水溶液：銅イオン濃度７３ｇ／Ｌ
・９６ｗｔ％硫酸
・１０ｗｔ％塩酸
・有機添加剤（反応促進剤，反応抑制剤，平滑化剤）：市販濃度
【００９８】
（比較例１）
めっき液に補給液を補給することなく、他は実施例１と同様にして、シリコンウェハの表面にめっき膜を連続して成膜した。
（比較例２）
実施例１と同様にして、シリコンウェハの表面にめっき膜を連続して成膜した。ただし、めっき後にシリコンウェハ上に残っためっき液をめっき液調整用タンクに回収することなく排出させた。
実施例１および比較例１〜２により、連続して電解めっきを行った際のめっき液の各成分の濃度変化とめっき液排出量の結果を表１に示す。
【００９９】
【表１】
2007051362.tif 000003
【０１００】
この表１から、実施例１では、めっき液の各成分の濃度は、いずれも所定の濃度範囲内に維持されており、めっき液の排出量も少ないことが判る。これに対して、比較例１ではめっき液の各成分の濃度が大きく変化し、まためっき液の各成分の濃度は処理枚数の増加に伴い減少または増加し続け、めっき性能が維持できない。また、比較例２ではめっき液中の各成分の濃度は所定の濃度範囲には一定量に保たれるが、めっき液排出量が多く経済的でない。
【０１０１】
（実施例２）
ＰＶＤ法により、バリア層及び銅シード層を表面に成膜した３００ｍｍシリコンウェハを用意し、図１５及び図１６に示すめっき装置を使用して、シリコンウェハの表面に、膜厚が１μｍの銅めっき膜を連続して成膜した。この時に使用しためっき液の組成は、実施例１と同様で、めっき条件は下記の通りである。そして、電気量の積算値をもとにして、予め実験により求めためっき液の各成分の消耗または増加量をもとに、めっき液調整槽において、めっき液の各成分の濃度が所定濃度になるように計算して、補給液（濃度調整液）をめっき液に補給した。この補給液は、実施例１と同様である。
【０１０２】
めっき条件
・めっき液量：５０±５Ｌ
・電極ヘッド内のめっき液の置換量：２０ｍｌ／回
・めっき液吐出量：１００ｍｌ／回
図２０（ａ）及び（ｂ）にめっき液供給槽内の各めっき液成分の濃度を示す。めっき液供給槽内の各めっき液成分の濃度は一定であり、従ってめっきセルに供給されるめっき液の濃度は常に一定であることが判る。
【０１０３】
（実施例３）
図１７及び図１８に示すめっき装置を用い、その他は実施例１と同様にして、ウェハの表面にめっきを行った。図２１（ａ）及び（ｂ）にめっき液調製槽内における各めっき液成分の濃度を示す。めっき液調製槽内の各めっき液成分の濃度は変化しており、めっきセルに供給されるめっき液の各成分の濃度は変化しているものの、この濃度を一定範囲内に維持できることが判る。
【０１０４】
（実施例４）
硫酸銅溶液（Ｃｕ：４０ｇ／Ｌ、Ｈ２ＳＯ４：８０ｇ／Ｌ、Ｃｌ―：５０ｐｐｍ）に添加剤（反応抑制剤：６ｍｌ／Ｌ、反応促進剤：１０ｍｌ／Ｌ、平滑化剤：２ｍｌ／Ｌ）を添加しためっき液を用いてめっきを行った。電流密度４０ｍＡ／ｃｍ２で１時間めっきした後、電流密度を２０ｍＡ／ｃｍ２として更に１時間めっきした。２０分おきに電流密度および通電時間から決定される消耗係数を用いて反応促進剤の消費量を求め、この消費量を見合った量の反応促進剤をめっき液に添加した。この時のめっき液中における反応促進剤の濃度変化を図２２に示す。図２２より、めっき液中の反応促進剤は、一定の濃度を保つことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】めっき処理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に示すめっき装置のめっきセルを示す平面図である。
【図４】図２に示すめっき装置のめっきセルの基板保持部及び電極部の拡大断面図である。
【図５】図２に示すめっき装置のめっきセルのプレコート・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めっきセル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めっきセルの電極部の平面図である。
【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めっきセル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めっきセルの電極ヘッド及び基板保持部を概略的に示す電解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めっき処理時における概要を示す図である。
【図１４】図２に示すめっき装置の電極ヘッド内のめっき液置換時における概要を示す図である。
【図１５】本発明の他の実施の形態のめっき装置のめっき処理時における概要を示す図である。
【図１６】本発明の他の実施の形態のめっき装置の電極ヘッド内のめっき液置換時における概要を示す図である。
【図１７】本発明の更に他の実施の形態のめっき装置のめっき処理時における概要を示す図である。
【図１８】本発明の更に他の実施の形態のめっき装置の電極ヘッド内のめっき液置換時における概要を示す図である。
【図１９】電流密度と通電時間の変化に伴う反応促進剤の消費率（消費係数）の一例を示すグラフである。
【図２０】実施例２におけるウェハ処理枚数とめっき液成分の濃度との関係を示すグラフである。
【図２１】実施例３におけるウェハ処理枚数とめっき液成分の濃度との関係を示すグラフである。
【図２２】実施例４におけるウェハ処理枚数とめっき液中の反応促進剤の濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０６】
１０  ロード・アンロード部
１２  めっきセル
１４  搬送ロボット
１６  めっき液調整槽
１８  めっき液供給設備
２０  基板処理部
２２  めっき液トレー
２６  揺動アーム
２８  電極ヘッド
３０  電極アーム部
３２  プレコート・回収アーム
３６  基板保持部
３８  カソード部
６４  プレコートノズル
６６  めっき液回収ノズル
６８  基板ステージ
８８  カソード電極
９０  シール材
９４  電極ホルダ
９８  不溶解性アノード
１００  アノード室
１０１  カソード側領域
１０２  めっき液供給管
１０３  めっき液排出口
１０４  めっき液供給口
１０６  めっき液排出管
１１０  高抵抗構造体
１１２  シールドリング
１１４  めっき電源
１３０  めっき液回収管
１３６  めっき液循環系
１３８  めっき液成分補給系
１４０，１４２，１４４，１４６，１４８，１５０  補給液タンク
１５２  純水補給管
１５４，２２０  液面センサ
１６０  廃液槽
１６２  めっき液排出系
１６６  廃液管
２００  めっき液緩衝槽
２０２  めっき液供給槽
２１６  めっき液分析装置
２１８  純水タンク
【図１】
2007051362.tif 000004
【図２】
2007051362.tif 000005
【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】
2007051362.tif 000010
【図８】
2007051362.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2007051362.tif 000013
【図１１】
2007051362.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
2007051362.tif 000016
【図１４】
2007051362.tif 000017
【図１５】
2007051362.tif 000018
【図１６】
2007051362.tif 000019
【図１７】
2007051362.tif 000020
【図１８】
2007051362.tif 000021
【図１９】
2007051362.tif 000022
【図２０】
2007051362.tif 000023
【図２１】
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【図２２】
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