(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェハの周縁部で膜を正常に成長させることができるめっき装置を提供する。【解決手段】めっき槽2内部に取り付けられた第１電極６と、めっき槽2の側壁5cにおいて、環状のフランジ7cを介してめっき槽2の内から外に向けて直径の小さい順に隣接する環状の第１、第２の開口部7a,7bと、第２の開口部7b内でフランジ7cの上に取り付けられるシールパッキン8と、シールパッキン8の上に、第２の開口部7bの内壁から離れて取り付けられる環状の第２の電極9と、第２の電極9に対向する位置に周縁を有するウェハ保持領域11xを有する第２の開口部7bよりも大きなウェハステージ11と、ウェハステージ11のウェハ保持領域11xの周囲の領域に形成され、シールパッキン8に一端が向けられる加圧用ホール11iと、ウェハステージ11を移動してめっき槽2の側壁5cに押し当てて前記第２の開口部7bを閉塞させる駆動部13とを有する。【選択図】図１
2012233224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき槽と、
前記めっき槽の内部に取り付けられた第１の電極と、
前記めっき槽の側壁において、環状のフランジを介して前記めっき槽の内側から外側に向けて直径の小さい順に隣接する環状の第１の開口部と環状の第２の開口部と、
前記第２の開口部内で前記フランジの上に取り付けられるシールパッキンと、
前記シールパッキンの上に、前記第２の開口部の内壁から離れて取り付けられる環状の第２の電極と、
前記第２の電極に対向する位置に周縁を有するウェハ保持領域を有し、前記第２の開口部よりも大きく形成されるウェハステージと、
前記ウェハステージのうち前記ウェハ保持領域の周囲の領域に形成され、前記シールパッキンに一端が向けられる加圧用ホールと、
前記ウェハステージを前記めっき槽の側壁に押し当てて前記第２の開口部を閉塞させる駆動部と、
前記第１の電極と前記第２の電極の間に電位差を生じさせる電圧源と、
を有するめっき装置。
【請求項２】
前記ウェハ保持領域の中に、ウェハ吸着用の吸気用ホールを有することを特徴とする請求項１に記載のめっき装置。
【請求項３】
前記ウェハステージのうち前記ウェハ保持領域の内側と外側のそれぞれに形成され、前記ウェハ保持領域の外周縁と前記加圧ホールを挟む環状の内側パッキン用溝と環状の外側パッキン用溝と、
前記内側パッキン用溝と前記外側パッキン用溝に嵌め込まれるパッキンと、
を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のめっき装置。
【請求項４】
前記内側パッキン用溝と前記外側パッキン用溝に囲まれる環状領域には、前記環状領域を外周に沿って複数に分割する複数の区画シール用溝が形成され、
前記環状領域のうち複数の前記区画シール用溝により区画される各領域のそれぞれには、前記加圧用ホールが形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のめっき装置。
【請求項５】
半導体ウェハの一方の面の全体に第１金属層を形成する工程と、
前記半導体ウェハの外周縁部で前記第１金属層を露出する環状の縁取り開口部と、前記縁取り開口部よりも内側で前記第１金属層の一部を露出するパターン開口部とを有するレジストパターンを前記第１金属層の上に形成する工程と、
前記半導体ウェハをウェハステージ上に取り付ける工程と、
めっき槽に形成されためっき開口部を前記ウェハステージにより閉塞して前記めっき開口部内に前記半導体ウェハを嵌め込むことにより、前記めっき開口部の内周に沿って形成されたフランジ上に取り付けられた環状のシールパッキンを前記レジストパターンの外周縁部に接触させ、さらに前記レジストパターンの前記縁取り開口部を通して前記第１金属層上に前記シールパッキン上の環状の第１電極を接続する工程と、
前記めっき槽内にめっき液を供給する工程と、
前記めっき開口部内で前記シールパッキン、前記第１電極、前記半導体ウェハ及びウェハステージにより囲まれた空間に大気圧よりも大きな気圧を加えて維持する工程と、
前記めっき槽内の前記めっき液中に配置した第２電極と前記第１電極の間に電位差を生じさせることにより、前記めっき液に含まれる金属に基づく第２金属膜を前記パターン開口部内の前記第１金属層の上に形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、めっき装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高集積化、微細化に伴って、バンプを介して半導体装置を接続する製品が多くなっている。バンプの形成方法として、主に電解めっき法が採用される。電解めっき法は、スパッタ法、気相成長法等に比べて製造設備が安価であり、成膜速度が速いという利点がある。
【０００３】
電解めっき装置として、例えば、ウェハを保持するウェハキャリアと、ウェハの裏面をウェハキャリアに吸着させる吸引部とを有する装置が知られている。この装置によれば、ウェハキャリアを回転させながらウェハの表面に電解液を供給することにより、ウェハの表面に膜を成長させている。
【０００４】
ウェハキャリアの周辺では電解液がウェハの裏側に回り込み易いので、その回り込みを防止するために、ウェハキャリアからウェハの周辺を通してガスを電解液中に吹き流す構造が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−５２８７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ウェハの周辺からガスを電解液中に吹き流す構造によれば、ウェハの外周領域に電解液が十分に供給されなくなり、ウェハの外周領域で膜が成長しにくくなるという問題が生じる。また、ウェハを回転させない構造を備えためっき装置も知られているが、ウェハの周縁部において膜が正常に形成されにくいといった問題は存在している。
【０００７】
本発明の目的は、ウェハの周縁部で膜を正常に成長させることができるめっき装置とこのメッキ装置により膜を成長するめっき装置と、めっき工程を含む半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの観点によれば、めっき槽と、前記めっき槽の内部に取り付けられた第１の電極と、前記めっき槽の側壁において、環状のフランジを介して前記めっき槽の内側から外側に向けて直径の小さい順に隣接する環状の第１の開口部と環状の第２の開口部と、前記第２の開口部内で前記フランジの上に取り付けられるシールパッキンと、前記シールパッキンの上に、前記第２の開口部の内壁から離れて取り付けられる環状の第２の電極と、前記第２の電極に対向する位置に周縁を有するウェハ保持領域を有し、前記第２の開口部よりも大きく形成されるウェハステージと、前記ウェハステージのうち前記ウェハ保持領域の周囲の領域に形成されて、前記シールパッキンに一端が向けられる加圧用ホールと、前記ウェハステージを前記めっき槽の側壁に押し当てて前記第２の開口部を閉塞させる駆動部と、前記第１の電極と前記第２の電極の間に電位差を生じさせる電圧源と、を有するめっき装置が提供される。
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解すべきである。
【発明の効果】
【０００９】
ウェハステージのウェハ保持領域に取り付けたウェハをめっき槽の第２の開口部内に嵌め込んだ状態で、第２の開口部、シールパッキン、ウェハ及びウェハステージにより囲まれる空間の気圧を調整することができる。これにより、第２の開口部の内側のフランジにウェハを押圧する力を従来よりも弱くしても、めっき槽内のめっき液がその空間に漏れることを防止でき、しかも、その空間内のガスがめっき液に入ることを防止できる。
従って、第１の開口部周囲の側壁の厚みを従来よりも薄くすることができるので、ウェハからめっき槽内に突出する側壁の厚みを抑え、側壁とウェハの段差を小さくしてその段差によるめっき液の滞留を防止できる。この結果、めっき法によりウェハの周縁部に形成される金属の厚みのバラツキを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）は、本実施形態に係るめっき装置の一例を示す側断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）に例示するメッキ装置の部分拡大断面図である。
【図２】図２は、実施形態に係るめっき装置に適用されるめっき槽の開口部の一例を示す正面図である。
【図３】図３は、実施形態に係るめっき装置に適用されるウェハステージの第１面の一例を示す平面図である。
【図４】図４（ａ）は、本実施形態に係るめっき装置におけるめっき状態の一例を示す側断面図、図１（ｂ）は、図４（ａ）に例示するメッキ装置の部分拡大断面図である。
【図５】図５は、本実施形態に係るめっき装置により膜が形成されるウェハの一例を示す平面図である。
【図６】図６は、比較例に係るめっき装置の一部を示す断面図である。
【図７】図７は、実施形態に係るめっき装置の他の例の部分拡大図である。
【図８Ａ】図８Ａ〜図８Ｃは、実施形態に係る半導体装置の製造工程の第１例の一部を示す断面図である。
【図８Ｄ】図８Ｄ〜図８Ｆは、実施形態に係る半導体装置の製造工程の第１例の一部を示す断面図である。
【図９Ａ】図９Ａ〜図９Ｃは、実施形態に係る半導体装置の製造工程の第２例の一部を示す断面図である。
【図９Ｄ】図９Ｄ〜図９Ｆは、実施形態に係る半導体装置の製造工程の第２例の一部を示す断面図である。
【図１０】図１０は、実施形態に係るめっき装置に使用されるウェハステージの第１面の他の例を示す平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、図を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
図１（ａ）は、本実施形態に係るめっき装置の一例を示す側断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の破線で囲まれた部分を拡大した断面図である。また、図２は、図１に示すめっき装置に形成される開口部の一例を示す正面図である。さらに、図３は、図１に示すめっき装置に装着されるウェハステージの一例を示す平面図である。
【００１２】
図１に示すめっき装置１は、チタンのような金属から形成されるめっき槽２と、塩化ビニルのような絶縁材から形成される円盤状のウェハステージ１１を有している。
【００１３】
めっき槽２の中には、外周壁よりも低く形成される仕切３により２つに仕切られた第１
の槽４と第２の槽５が設けられている。第１の槽４の底面に形成された第１の通液口４ａは、第１の液管２０を通してめっき液貯蓄槽２１に接続されている。また、第２の槽５の底面に形成された第２の通液口５ａは、第２の液菅２２、ポンプ２３を通してめっき液貯蓄槽２１に接続されている。
【００１４】
第２の槽５において、仕切３の壁にはアノード電極６が取り付けられている。アノード電極６に対向する第２の槽５の側壁は、後述するカソード電極９を支持するカソードホルダ５ｃとして機能する。カソードホルダ５ｃには、ウェハステージ１１の直径よりも小さい内径を有する円形の開口部７が形成されている。開口部７は、図２に例示するように、同じ中心軸を有する第１の開口部７ａと第２の開口部７ｂを有している。
【００１５】
第１の開口部７ａは、第２の開口部７ｂよりも第２の槽５の内側寄りに形成され、しかも第２の開口部７ｂに比べて小径に形成されている。これにより、第１の開口部７ａの周囲、即ち第１の開口部７ａと第２の開口部７ｂとの境界には、図１（ｂ）、図２に示すように、円環状の内側フランジ７ｃが形成されている。
【００１６】
第１の開口部７ａの内径は、第２の開口部７ｂ内に嵌め込まれるウェハ３０の直径よりも小さく形成されている。また、第２の開口部７ｂの内径は、ウェハステージ１１の直径よりも小さく形成される一方、ウェハ３０の直径よりも大きく形成されている。
【００１７】
また、第１の開口部７ａの内面は、例えば約１ｍｍの厚さを有している。また、第２の開口部７ｂの内面は、ウェハ３０と後述するシールパッキン８、カソード電極９のそれぞれの厚さの合計の厚さと同じか又はそれよりも僅かに薄く形成され、例えば約２ｍｍ〜４ｍｍの厚さを有している。ここで、第１、第２の開口部７ａ、７ｂの厚さは、１、第２の開口部７ａ、７ｂの中心軸に沿った方向の厚さである。
【００１８】
第２の開口部７ｂ内には、図１（ｂ）に例示するように、内側フランジ７ｃに重ねられる円環状のシールパッキン８が嵌め込まれている。シールパッキン８は、絶縁材、例えばシリコーンのような樹脂から例えば約１ｍｍの厚さに形成されている。
【００１９】
さらに、第２の開口部７ｂ内には、シールパッキン８上に重ねられて固定される円環状のカソード電極９が取り付けられている。カソード電極９の外径は、第２の開口部７ｂの内壁に接触しない大きさを有し、さらに、カソード電極９の内径は、ウェハ３０の直径よりも僅かに小さく、ウェハ３０の周縁部に接触可能な大きさを有している。カソード電極９は、例えば、チタンとプラチナの二層構造を有している。
【００２０】
ウェハステージ１１は、図１（ａ）、図３に示すように、カソードホルダ５ｃの第２の開口部７ｂより大きな直径を有する円盤状に形成されている。また、ウェハステージ１１の第１面は、カソードホルダ５ｃの第２の開口部７ｂを塞ぐ面であり、また、その第２面は、めっき槽２に対して進退可能に駆動するプランジャ１３に接続される面である。
【００２１】
図３に例示するように、ウェハステージ１１の第１の面には、同じ中心軸を有し且つ直径の異なる円環状の内側シール用溝１１ａと円環状の外側シール用溝１１ｂが形成されている。内側シール用溝１１ａの外周の直径は、ウェハ３０の直径よりも小さく、ウェハ３０の周縁部に重ねられる大きさに形成されている。また、外側シール用溝１１ｂは、図２に示す第２の開口部７ｂを囲む領域のカソードホルダ５ｃの外壁に当接する直径を有している。
【００２２】
ウェハステージ１１の第１の面において、内側シール用溝１１ａと外側シール用溝１１ｂの間の環状領域は、周方向に沿って複数に区画されて加圧領域１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ
として使用される。加圧領域１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ内は、ウェハ３０を保持するウェハ保持領域１１ｘの周縁部となっている。各加圧領域１１ｄ、１１ｅ、１１ｆの境界のそれぞれには区画シール用溝１１ｃが形成されている。区画シール用溝１１ｃは、内側シール用溝１１ａと外側シール用溝１１ｂに接続されている。図３では、環状シール領域を３つの加圧領域１１ｄ〜１１ｆに区画した例を示している。
【００２３】
第１の加圧領域１１ｄは、第２の開口部７ｂの上部に対応した位置に配置されている。また、第２、第３の加圧領域１１ｅ、１１ｆを区画する区画シール用溝１１ｃは、第２の開口部７ｂの下部に位置している。
【００２４】
そのような内側シール用溝１１ａ、外側シール用溝１１ｂ及び区画シール用溝１１ｃ内には、それらの溝１１ａ、１１ｂ、１１ｃから突出する厚さの環状シール１２が嵌め込まれている。環状シール１２は、シリコーンのような絶縁性弾性材から形成され、ウェハ３０の裏面からウェハステージ１１に押圧されることにより沈み込んでウェハステージ１１の第１の面からほぼ突出しない形状に変形する条件で形成されている。環状シール１２のうち区画シール用溝１１に位置する部分には、図３に示すように、突起１２ａが形成されている。突起１２ａは、ウェハステージ１１の開口部７をカソードホルダ５ｃで閉塞した状態で、ウェハ３０の周囲に形成される環状の空間を密閉状態で仕切るために使用される。
【００２５】
ウェハステージ１１において、内側と外側シール用溝１１ａ、１１ｂと区画シール用溝１１ｃにより囲まれる第１〜第３の加圧領域１１ｄ〜１１ｆのそれぞれには、ウェハステージ１１を厚み方向に貫通する第１〜第３の加圧用ホール１１ｇ〜１１ｉが形成されている。加圧用ホール１１ｇ〜１１ｉは、ウェハ保持領域１１ｘの周囲に形成され、図４に例示するようにウェハステージ１１により第２の開口部７ｂを閉塞した状態で、ウェハ３０周囲のシールパッキン８に対向する位置に形成される。
【００２６】
第１〜第３の加圧用ホール１１ｇ〜１１ｉのそれぞれは、図１（ａ）に例示するように、ウェハステージ１１の第２面側から第１〜第３のガス管２５ａ〜２５ｃに接続され、さらに、第１〜第３のガス管２５ａ〜２５ｃを通して同じ加圧ポンプ２６に接続されている。第１〜第３のガス管２５ａ〜２５ｃのそれぞれの途中には圧力調整用バルブ２７ａ〜２７ｃが接続されている。
【００２７】
ウェハステージ１１の第１面において内側シール用溝１１ａに囲まれる吸気領域１１ｊには、同じ中心軸を有し且つ直径の異なる円環状の内側と外側の吸気用溝１１ｋ、１１ｍが形成されている。さらに、内側吸気用溝１１ｋと外側吸気用溝１１ｍのそれぞれの複数箇所には、ウェハステージ１１を厚さ方向に貫通する吸気用ホール１１ｎが形成されている。複数の吸気用ホール１１ｎにおけるウェハステージ１１の第２の面側には、図１（ａ）に例示するように、それぞれ吸気管２８の分岐管が接続されている。吸気管２８は、吸気ポンプ２９に接続されている。
【００２８】
次に、上記のようなめっき装置１を使用することにより、ウェハ３０としてシリコンウェハ３１を使用し、シリコンウェハ３１上に電解めっきにより金属層を形成する方法について説明する。
【００２９】
まず、図１（ａ）に例示するように、ウェハステージ１１の第１面にシリコンウェハ３１を載せ、シリコンウェハ３１の位置を調整することにより、シリコンウェハ３１の縁部を図３に示す環状シール領域１１ｄ、１１ｅ、１１ｆの内部に重ねる。これにより、シリコンウェハ３１の裏面にはその外周に沿って内側シール用溝１１ａ上の環状シール１２が接触するので、環状シール１２、シリコンウェハ３１及びウェハステージ１１の間には密
閉状態の空間が形成される。
【００３０】
ここで、シリコンウェハ３１の一面には金属層３２が形成され、さらに、金属層３２の上にはレジストパターン３３が形成されている。レジストパターン３３は、図４（ｂ）の拡大図に例示するように、パターン開口部３３ａを有するとともにシリコンウェハ３１の外周縁部で金属層３２を露出するための縁取り開口部３３ｂを有している。
【００３１】
続いて、吸気管２８を通して吸気ポンプ２９によりウェハステージ１１の吸気用ホール１１ｎを吸気する。これにより、環状シール１２の内側部分とウェハステージ１１とシリコンウェハ３１により閉じられる空間は減圧され、図１（ａ）に示すように、シリコンウェハ３１はウェハステージ１１に吸着される。
【００３２】
さらに、シリコンウェハ３１を吸着しているウェハステージ１１をプランジャ１３により移動させ、図４（ａ）に示すように、カソードホルダ５ｃの第２の開口部７ｂ内にシリコンウェハ３１を嵌め込む。この場合、シリコンウェハ３１は、第２の開口部７ｂの内面に接触させないように配置される。また、ウェハステージ１１上の環状シール１２の外側部分により第２の開口部７ｂを囲みながら環状シール１２をカソードホルダ５ｃの外面に押し当て、図４（ｂ）に示すように第２の開口部７ｂをシール１２及びウェハステージ１１により閉塞する。
【００３３】
これにより、シリコンウェハ３１上でレジストパターン３３の縁取り開口部３３ｂから露出した金属層３２は、図５に網掛け模様で示す領域で第２の開口部７ｂ内の環状のカソード電極９に押圧されつつ電気的に接続される。また、図４（ｂ）に例示するように、カソード電極９よりも内側のレジストパターン３３の周縁部はシールパッキン８により押圧される。さらに、第２の開口部７ｂの内周壁とシリコンウェハ３１の間の空間は、その後方のカソード電極９とシールパッキン８によってめっき槽２から気密分離される。
【００３４】
その空間は、前方のウェハステージ１１の第１の面とその上の環状のシール１２により密閉されるとともに、図３に示す環状シール１２の突起１２ａによって３つの領域に気密状態で仕切られる。
【００３５】
次に、ポンプ２３を使用してめっき液貯蓄槽２１からめっき液１８を汲み上げ、めっき槽３の第２の槽５に供給し続けると、第２の槽５内のめっき液１８は嵩が増して仕切板３を越えて第１の槽４に流れ込む。さらに、第１の槽４の底部の流出口４ａから第１の液管２０を通してめっき液１８をめっき液貯蓄槽２１に戻す。このように、めっき槽２内でめっき液１８を循環させる。さらに、アノード電極６がプラス、カソード電極９がマイナスとなる極性で、アノード電極６とカソード電極９に直流電圧電源１９から電圧を印加する。
【００３６】
そのような状態で、加圧ポンプ２６から第１〜第３のガス管２５ａ〜２５ｃを通して、大気圧よりも大きな一定の圧力のガス、例えば空気又は窒素を加圧用ホール１１ｇ〜１１ｉに加える。この場合、圧力調整バルブ２７ａ〜２７ｃの圧力調整により、第１〜第３のガス管２５ａ〜２５ｃを通して圧送されるガスはめっき槽２の中に漏れ出ない程度の圧力に調整される。即ち、図３に示す第１〜第３の加圧領域１１ｄ〜１１ｆに加えられる気圧は、シリコンウェハ３１の周囲の空間に加わる水圧に等しいかそれよりも僅かに小さい圧力に調整される。
【００３７】
ウェハステージ１１の第１〜第３の加圧領域１１ｄ〜１１ｆ内のそれぞれの加圧用ホール１１ｇ〜１１ｉに加えられる気圧は同じである必要はなく、めっき槽３内のめっき液１８の深さ、即ちめっき液１８の水圧に応じて変更される。即ち、めっき液１８のうちめっ
き槽２の浅い領域では深い領域に比べて水圧が低いので、最も上に位置する第１の加圧領域１１１ｄに加えられる圧力は、その下の第２、第３の加圧領域１１ｅ、１１ｆに加えられる圧力よりも小さく設定される。なお、シリコンウェハ３１の周囲において第１〜第３の加圧領域１１ｄ〜１１ｆに該当する空間のそれぞれは、環状パッキン１２の突起１２ａにより気密状態で仕切られる。
【００３８】
以上のようにシリコンウェハ３１の周囲の空間の圧力を調整することにより、それらの空間内にめっき液１８が漏れることが防止される。即ち、図６に例示するように加圧用ホール１１ｇ〜１１ｉを設けずにシリコンウェハ３１の周囲の空間の圧力を調整しない構造に比べて、上記のように空間内の圧力を調整すると、めっき液１８がその空間内に漏れることがなくなる。
【００３９】
以上のことから本実施形態によれば、めっき液１８がシリコンウェハ３１周囲の空間に漏れることを防止できるので、シールパッキン８、カソード電極９とシリコンウェハ３１の接触領域を従来よりも狭くすることができる。これにより、図３に示すようなシリコンウェハ３１の素子形成領域の面積を広くすることができ、その領域に複数区画して形成される半導体装置３５の個数を従来よりも増やすことができる。
【００４０】
また、シリコンウェハ３１周囲の空間の圧力の調整により、その空間内のガスがめっき液１８に漏れることを防止できるだけでなく、その空間内にめっき液１８が漏れることも防止できる。これにより、第１の開口部７ａの周囲の内部フランジ７ｃに内側と外側から加わる応力の差を小さくすることができるので、第１の開口部７ａの厚みを薄くしてシリコンウェハ３１の押圧力に対する強度を低くしてもよくなる。この結果、シリコンウェハ３１の外周と第１の開口部７ａの厚みにより形成される段差を低くすることができ、その段差によるめっき液１８の滞留を防止することができる。
【００４１】
これに対し、図６に示すように、シリコンウェハ３１周辺の空間の圧力を調整しない場合には、シリコンウェハ３１から内部フランジ７ｃへの押圧力を高くしてその空間へのめっき液の漏れを防止する必要がある。即ち、第１の開口部７ａの厚みを増してカソードホルダ５ｃの圧力耐性を高める必要が生じる。これによれば、シリコンウェハ３１の上面に対するカソードホルダ５ｃの段差が高くなるので、図６の一点鎖線で示すように、その段差においてめっき液の滞留が生じて、シリコンウェハ３１の周縁部にめっきされる金属がそれより内側の領域よりも薄くなる。
【００４２】
ところで、シリコンウェハ３１の表面からカソードホルダ５ｃの内面までの距離をさらに小さくするために、図７に示すように、シールパッキン８上のカソード電極９の取り付け位置を調整してシリコンウェハ３１の外周縁に接触させてもよい。この場合、シリコンウェハ３１の外周縁に至る領域まで金属層３２を広げることにより、カソード電極９と金属層３２の接続を確保する必要がある。
【００４３】
以上のような状態で、直流電圧電源１９からアノード電極６の電位に対してカソード電極９の電位をマイナスになるように、電圧を印可する。これにより、めっき液１８に含まれる金属は、レジストパターン３３の開口部３３ａを通して金属層３２の上に堆積し、図４（ｂ）に示すようなめっき金属層３４が形成される。
【００４４】
本実施形態に係るなめっき装置１を使用して金属膜を半導体ウェハ上にめっきする方法を以下に説明する。
図８Ａ〜図８Ｆは、シリコン（半導体）ウェハ３１の上に銅配線を形成する工程を示す断面図である。なお、図８Ａ〜図８Ｆでは、シリコンウェハ３１の上に形成される金属パッド、絶縁膜及び金属膜については断面で示される。
【００４５】
シリコンウェハ３１は、図５に示すように複数に区画され、それらの区画された領域には半導体装置３５が形成される。半導体装置３５として、ＭＯＳトランジスタ、配線等の半導体集積回路が形成される。
【００４６】
シリコンウェハ３１のうち配線等が形成される層の上には、図８Ａに示すように、アルミニウム製の金属パッド４１が形成されている。金属パッド４１は、シリコンウェハ３１内に形成された半導体集積回路（不図示）に電気的に接続されている。さらに、シリコンウェハ３１の上には、金属パッド４１上に開口部４２ａを有するカバー膜４２が形成されている。カバー膜４２として、例えばＣＶＤ法によりシリコン窒化膜が形成される。
【００４７】
また、カバー膜４２の上には例えばポリイミドからなる絶縁性の保護膜４３が形成されている。ポリイミドは、例えば感光剤を含み、シリコンウェハ３１上に塗布され、露光、現像により形成される開口部４３ａが形成されている。保護膜４３の開口部４３ａは、金属パッド４１の上においてカバー膜４２の開口部４２ａの縁を覆う大きさに形成されている。
【００４８】
そのような金属パッド４１、カバー膜４２及び保護膜４３が形成されているシリコンウェハ３１の上に、図８Ｂに例示するように、チタン層４４と銅シード層４５をスパッタ法により順に形成する。この場合、チタン層４４と銅シード層４５は、金属パッド４１及び保護膜４３を覆い、シリコンウェハ４１の周縁部に至る全面に形成される。
【００４９】
次に、図８Ｃに例示するように、銅シード層４５の上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像することにより、図４に示したレジストパターン３３に対応するレジストパターン４６を形成する。レジストパターン４６は、金属パッド４１を含む配線形成領域に配線用開口部４６ａを有し、さらに、図４（ｂ）に示すと同様に、シリコンウェハ３１の外周縁部の銅シード層４５を露出する環状の縁取りをしている。その後に、配線用開口部４６ａを通して銅シード層４５を洗浄する。
【００５０】
次に、上述したと同様な方法により、ウェハステージ１１の第１面上にシリコンウェハ３１を取り付ける。その後に、上述したと同様な方法により、ウェハステージ１１を移動してシリコンウェハ３１上のレジストパターン４６の周縁部をカソードホルダ５ｃの内側フランジ７ｃ上のシールパッキン８に押しつける。これと同時に、レジストパターン４６の縁取りから露出する銅シード層４５を環状のカソード電極９に接触させて電気的に接続する。
【００５１】
その後に、上記と同様な方法により、めっき槽２内にめっき液１８を供給する。めっき液１８として、例えば、硫酸銅を含む溶液を使用する。続いて、アノード電極６とカソード電極９に直流電圧源１９から電圧を印可してレジストパターン４６の配線用開口部４６ａから露出した銅シード層４５上に図８Ｄに示すように銅層４７をめっきする。この場合、上述したように、シリコンウェハ３１の周囲に形成される空間には、ウェハステージ１１の加圧ホール１１ｇ〜１１ｉを通して上記の条件でガス圧力が加えられる。これにより、その空間からめっき槽２内にガスが漏れ出ることが防止され、さらに、めっき液１８がシリコンウェハ３１の周囲の空間に漏れることが防止される。
【００５２】
ついで、めっき槽２内のめっき液１８をめっき液貯留槽２１に戻してめっき槽２内を空にする。さらに、ウェハステージ３１の吸気ホール１１ｎを通してシリコンウェハ３１をウェハステージ１１に吸引した状態にする。その後に、プランジャ１３の駆動により、ウェハステージ１１をめっき槽２から後退させる。そして、シリコンウェハ３１の吸引を解いてシリコンウェハ３１をウェハステージ１１から取り出す。
【００５３】
次に、図８Ｅに例示するように、シリコンウェハ３１を洗浄した後に、溶剤を使用してレジストパターン４６を除去する。さらに、図８Ｆに例示するように、銅シード層４５とチタン層４４をウェットエッチングすることにより保護膜４３を露出させる。銅シード層４５のエッチング液として例えば塩化第二鉄溶液を含む溶液を使用し、チタン層４４のエッチング液として例えばフッ酸等の還元性の酸を含む溶液を使用する。
【００５４】
銅シード層４５のエッチング時には、配線領域に形成された銅層４７が僅かに薄くなるが、残された銅シード層４５と銅層４７の合計の厚さは、めっきされた銅層４７の初期の厚さとほぼ等しくなる。残された銅層４７とその下の銅シード層４５は銅配線として使用される。
【００５５】
次に、上記のめっき装置１を使用してはんだ（半田）バンプを形成する工程の一例を以下に説明する。
図９Ａ〜図９Ｆは、半導体ウェハの上に半田バンプを形成する工程を示す断面図である。
半田バンプが形成されるウェハ３０として、上記と同様にシリコンウェハ３１を使用する。シリコンウェハ３１は、図５に示すように複数に区画され、それらの区画された領域には半導体装置３５が形成される。半導体装置３５として、ＭＯＳトランジスタ、配線等の半導体集積回路（不図示）がシリコンウェハ３１の中とその上に形成されている。
【００５６】
シリコンウェハ３１の最上面には、図９Ａに示すように、半導体集積回路に接続されるアルミニウム製の金属パッド５１が形成されている。さらに、シリコンウェハ３１の上には金属パッド５１の上に開口部５２ａを有するカバー膜５２が形成されている。カバー膜５２として、例えばシリコン窒化膜がＣＶＤ法により形成される。
【００５７】
また、カバー膜５２の上には例えばポリイミドからなる絶縁性の保護膜５３が形成されている。ポリイミドは、例えば感光剤を含み、シリコンウェハ上に塗布された後に、露光、現像により開口部５３ａが形成される。保護膜５３の開口部５３ａは、金属パッド５１の上においてカバー膜５２の開口部５２ａの縁を覆う大きさに形成される。
【００５８】
そのような金属パッド５１、カバー膜５２及び保護膜５３が形成されているシリコンウェハ３１の上に、チタン層５４と銅シード層５５をスパッタ法により順に形成する。この場合、チタン層５４と銅シード層５５は、保護膜５３及び金属パッド５１を覆い、図４（ｂ）に示したと同様にシリコンウェハ３１の周縁に至る全面に形成される。
【００５９】
次に、図８Ｂに例示するように、銅シード層５５の上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像することによりレジストパターン５６を形成する。レジストパターン５６は、金属パッド５１の上にバンプ形成用開口部５６ａを有し、さらに、図４（ｂ）に示したと同様に、シリコンウェハ３１の外周縁部で銅シード層５５を露出する環状の縁取りを有している。縁取りは、シリコンウェハ３１の周縁部において、上記したカソード電極９に銅シード層５５を接触させる形状を有している。
【００６０】
レジストパターン５６の開口部５６ａ及び縁取りから露出した銅シード層５５を洗浄した後に、上記のウェハステージ１１の第１面上にシリコンウェハ３１を取り付ける。シリコンウェハ３１は、上述したと同様な方法により、ウェハステージ１１に取り付けられる。その後に、上述したと同様な方法により、ウェハステージ１１を移動してシリコンウェハ３１のレジストパターン５６の外周縁部をカソードホルダ５ｃの内側フランジ７ｃ上のシールパッキン８に押しつける。これと同時に、シリコンウェハ３１の外周部の銅シード層５５を環状のカソード電極９に接続する。
【００６１】
次に、図９Ｃに示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、上記と同様な方法により、めっき槽２内にめっき液１８を供給して、直流電圧源１９からアノード電極６とカソード電極９の間に電圧を印可してレジストパターン５６の開口部５６ａから露出した銅シード層５５上にニッケル層５７をめっきする。ニッケル層５７を形成するためのめっき液１８として、例えば、硫酸ニッケル又はスルファミン酸ニッケルのいずれかを含む溶液を使用する。
【００６２】
次に、めっき槽３内のめっき液１８を変えて、ニッケル層５７の上にＳｎＡｇはんだ層５８をめっきする。ＳｎＡｇはんだ層５８を形成するためのめっき液１８として、例えば、メタンスルホン酸銀、メタンスルホン酸錫を含む溶液を使用する。なお、ニッケル層５７のめっきとＳｎＡｇはんだ層５８のめっきは、上記と同じ構造を有する別々のめっき装置を使用してもよい。
【００６３】
それらのめっきの際には、上述したように、第２の開口部７ｂ内においてシリコンウェハ３１の周囲に形成される空間には、ウェハステージ１１の加圧ホール１１ｇ〜１１ｉを通して上記と同様な条件でガス圧力が加わる。これにより、その空間からめっき液１８内にガスが漏れ出ることが防止され、さらにめっき液１８がシリコンウェハ３１の周囲の空間に漏れることが防止される。
【００６４】
ＳｎＡｇはんだ層５８を形成した後に、直流電圧源１９の出力をオフにし、めっき槽２内のめっき液１８をめっき液貯留槽２１に戻して中を空にする。その後に、ウェハステージ１１の吸気ホール１１ｎを通してシリコンウェハ３１をウェハステージ１１に吸引した状態にし、さらに、ウェハステージ１１をめっき槽２から後退させる。その後に、シリコンウェハ３１の吸引を解くことによりシリコンウェハ３１をウェハステージ１１から取り外す。
【００６５】
次に、図９Ｄに例示するように、シリコンウェハ１１を洗浄した後に、溶剤を使用してレジストパターン５６を除去する。さらに、図９Ｅに例示するように、ＳｎＡｇはんだ層５８をマスクに使用し、銅シード層５５とチタン層５４を順にウェットエッチングすることにより保護膜を露出させる。
【００６６】
次に、金属パッド５１の上方に残されたＳｎＡｇはんだ層５８を不活性ガス雰囲気中で例えば約２３０℃の温度で加熱し、リフローすることにより露出面を略球形にする。略球形のＳａＡｇはんだ層５８はバンプとして使用される。
【００６７】
上述のように、シリコンウェハ３１に半導体装置を形成する工程で、上記のめっき装置１を使用して配線４７、はんだ層５８を形成すると、図５に示したようにシリコンウェハ３１とシールパッキン８、カソード電極９の接触面積を減らすことができる。これにより、シリコンウェハ３１における半導体装置３５を形成する領域が広がり、半導体装置３５を形成する数を増やすことができる。
【００６８】
しかも、第２の開口部７ｂ内におけるシリコンウェハ３１周囲の空間の圧力を調整している。これにより、カソードホルダ５ｃの内側フランジ７ｃに加わる圧力を従来よりも弱くしても、空間内のガスのめっき液１８への漏れや、めっき液１８の空間への漏れを防止することができる。
【００６９】
さらに、押圧力が抑制される第１の開口部７ａの周囲のカソードホルダ５ｃを薄くすることができ、シリコンウェハ３１周縁部近傍でのめっき液１８の滞留が解消される。この結果、シリコンウェハ３１へのめっき金属の膜厚分布の均一性が良好になる。
【００７０】
ところで、図１０に例示するように、上記のウェハステージ１１の一面において、内側パッキン用溝１１ａと外側パッキン用溝１１ｂの間の領域を区画シール用溝１１ｃにより４以上の領域１１ｏ〜１１ｔに区画してもよい。この場合、区画された領域１１ｏ〜１１ｔ内のそれぞれには加圧用ホール１１ｕが形成されている。
【００７１】
ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈し、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解する。
【００７２】
次に、本発明の実施形態について特徴を付記する。
（付記１）めっき槽と、前記めっき槽の内部に取り付けられた第１の電極と、前記めっき槽の側壁において、環状のフランジを介して前記めっき槽の内側から外側に向けて直径の小さい順に隣接する環状の第１の開口部と環状の第２の開口部と、前記第２の開口部内で前記フランジの上に取り付けられるシールパッキンと、前記シールパッキンの上に、前記第２の開口部の内壁から離れて取り付けられる環状の第２の電極と、前記第２の電極に対向する位置に周縁を有するウェハ保持領域を有し、前記第２の開口部よりも大きく形成されるウェハステージと、前記ウェハステージのうち前記ウェハ保持領域の周囲の領域に形成され、前記シールパッキンに一端が向けられる加圧用ホールと、前記ウェハステージを移動して前記めっき槽の側壁に押し当てて前記第２の開口部を閉塞させる駆動部と、前記第１の電極と前記第２の電極の間に電位差を生じさせる電圧源と、を有するめっき装置。（付記２）前記ウェハ保持領域の中に、ウェハ吸着用の吸気用ホールを有することを特徴とする付記１に記載のめっき装置。
（付記３）前記吸気用ホールは、ガス管を介して吸気ポンプに接続されることを特徴とする付記２に記載のめっき装置。
（付記４）前記ウェハステージのうち前記ウェハ保持領域の内側と外側のそれぞれに形成され、前記ウェハ保持領域の外周縁と前記加圧ホールを挟む環状の内側パッキン用溝と環状の外側パッキン用溝と、前記内側パッキン用溝と前記外側パッキン用溝に嵌め込まれるパッキンと、を有することを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１つに記載のめっき装置。
（付記５）前記内側パッキン用溝と前記外側パッキン用溝に囲まれる環状領域には、前記環状領域を前記内側パッキン用溝の外周に沿って複数に分割する複数の区画シール用溝が形成され、前記環状領域のうち複数の前記区画シール用溝により区画される各領域のそれぞれには、前記加圧用ホールが形成されていることを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１つに記載のめっき装置。
（付記６）前記加圧用ホールにはガス管及び加圧調整器を介して加圧ポンプに接続されていることを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１つに記載のめっき装置。
（付記７）半導体ウェハの一方の面の全体に第１金属層を形成する工程と、前記半導体ウェハの外周縁部で前記第１金属層を露出する環状の縁取り開口部と、前記縁取り開口部よりも内側で前記第１金属層の一部を露出するパターン開口部とを有するレジストパターンを前記第１金属層の上に形成する工程と、前記半導体ウェハをウェハステージ上に取り付ける工程と、めっき槽に形成されためっき開口部を前記ウェハステージにより閉塞して前記めっき開口部内に前記半導体ウェハを嵌め込むことにより、前記めっき開口部の内周に沿って形成されたフランジ上に取り付けられた環状のシールパッキンを前記レジストパターンの外周縁部に接触させ、さらに前記レジストパターンの前記縁取り開口部を通して前記第１金属層上に前記シールパッキン上の環状の第１電極を接続する工程と、前記めっき槽内にめっき液を供給する工程と、前記めっき開口部内で前記シールパッキン、前記第１
電極、前記半導体ウェハ及びウェハステージにより囲まれた空間に大気圧よりも大きな気圧を加えて維持する工程と、前記めっき槽内の前記めっき液中に配置した第２電極と前記第１電極の間に電位差を生じさせることにより、前記めっき液に含まれる金属に基づく第２金属膜を前記パターン開口部内の前記第１金属層の上に形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記８）前記第２金属層を形成した後に、前記めっき槽から前記めっき液を排出する工程と、前記半導体ウェハを前記ウェハステージから取り外す工程と、前記半導体ウェハ上の第２金属層をマスクにして前記第１金属層をエッチングする工程と、を有することを特徴とする付記７に記載の半導体装置の製造方法。
（付記９）前記気圧は、前記めっき液の前記空間への漏れを抑制し、さらに前記空間内のガスの前記めっき液への漏れを抑制する大きさであることを特徴とする付記７に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００７３】
１  めっき装置
２  めっき槽
３  仕切り
４  第１の槽
５  第２の槽
６  アノード電極
７  開口部
７ａ  第１の開口部
７ｂ  第２の開口部
７ｃ  内側フランジ
８  シールパッキン
９  カソード電極
１１  ウェハステージ
１１ａ  内側パッキン用溝
１１ｂ  外側パッキン用溝
１１ｃ  区画シール用溝
１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ  加圧領域
１１ｇ、１１ｈ、１１ｉ  加圧用ホール
１１ｎ  吸気用ホール
１２  環状シール
１３  プランジャ
２５ａ〜２５ｃ  ガス管
２６  加圧ポンプ
２７  圧力調整バルブ
２８  吸気管
２９  ポンプ
３０  ウェハ
３１  シリコンウェハ
３２  金属層
３３  レジストパターン
３３ａ  パターン開口部
３３ｂ  縁取り開口部
３４  めっき金属層
【図１】
2012233224.tif 000003
【図２】
2012233224.tif 000004
【図３】
2012233224.tif 000005
【図４】
2012233224.tif 000006
【図５】
2012233224.tif 000007
【図６】
2012233224.tif 000008
【図７】
2012233224.tif 000009
【図８Ａ】
2012233224.tif 000010
【図８Ｄ】
2012233224.tif 000011
【図９Ａ】
2012233224.tif 000012
【図９Ｄ】
2012233224.tif 000013
【図１０】
2012233224.tif 000014