(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状のアノードと、
前記アノードを保持するアノード保持部を有するアノード側部材と基板を保持する基板保持部を有する基板側部材とが開閉自在に結合され、アノード側部材と基板側部材との間に液密なめっき室を構成するめっき処理槽を有し、
前記アノードの前記基板保持部で保持した基板と対向する表面を保水性材料からなる保護部材で被覆したことを特徴とする基板のめっき装置。
【請求項２】
前記アノードは、リンを含む銅で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板のめっき装置。
【請求項３】
前記保水性材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、テフロン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン及びこれらの誘導体の少なくとも１つの材料からなる織布、不織布またはスポンジ状の構造体であることを特徴とする請求項１に記載の基板のめっき装置。
【請求項４】
前記保護部材の厚さは、０．５〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の基板のめっき装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板めっき装置に係り、特に半導体基板に形成された微細配線パターン（窪み）に銅（Ｃｕ）等の金属を充填する等の用途の基板のめっき装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板上に配線回路を形成するための材料としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金が一般に用いられているが、集積度の向上に伴い、より伝導率の高い材料を配線材料に採用することが要求されている。このため、基板をめっき液中に浸漬させて電解又は無電解めっきを行って、基板に形成された配線パターンに銅またはその合金を充填する方法が提案されている。
【０００３】
めっき液として硫酸銅めっき液を使用する電解銅めっきにおいては、銅が析出する基板（陰極）に対峙するアノード（陽極）材料として、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅が一般に使用されている。これは、アノードには、めっき液中での溶解が均一で不動態化しにくく、溶解に際してスライム生成がないことが求められてからである。つまり、アノードの溶解が不均一であると、不均化反応（２Ｃｕ＋→Ｃｕ２＋＋Ｃｕ）と結晶粒界に沿った優先的溶解に伴う結晶粒脱落によりスライムが生成されて、めっきのざらつきの原因となる。またアノード結晶組織中にＣｕ２Ｏが含まれると不均化反応によるスライム生成が速められ、粒界に集積して硫酸に溶解し、電解の優先的溶解を促進するためにスライム生成が助長される。そこで、リンを含有させた銅でアノードを作成し、アノード作成時にリンと銅とを合金化させることによる酸化防止と酸化物還元作用でスライム発生が抑制される。
【０００４】
このように、アノードをリンを含む銅で構成すると、電解銅めっきが進むにつれて、アノードの表面にブラックフィルムと呼ばれる黒膜が形成される。これは、リンやＣｌを含むＣｕ＋錯体で、ＣｕＣｌ２・Ｃｕ２Ｏ・Ｃｕ３Ｐ等で構成されるものである。このブラックフィルムは、アノード溶解時にＣｕ＋と化合して一価の銅酸化物が形成される結果生じるもので、ブラックフィルムの形成により銅の不均化反応が抑制される。従って、ブラックフィルムをアノード表面に安定して形成することは、めっきを安定化させる上で重要である。このため、
▲１▼  アノード表面のめっき液の流速変動を回避して一定流速に維持し、せん断力に伴うブラックフィルム剥離を抑制する、
▲２▼  アノードを大気に曝露しないことでブラックフィルムの乾燥や酸化を防止する、
などの措置が採られている。
【０００５】
図５は、この種の電解銅めっき装置の従来の一般的な構成を示すもので、このめっき装置には、カップ状のめっき処理槽１００が備えられ、このめっき処理槽１００の下端にめっき液供給配管１０２が接続され、上端は外槽１０４で囲繞されている。めっき処理槽１００の上端開口部には、基板Ｗをそのめっき面を下向きにして保持する基板保持具１０６が配置され、めっき処理槽１００の内部には、めっき液１０８の流路１１０を有するアノード１１２が基板保持具１０６で保持された基板Ｗと対峙するように配置されている。これにより、めっき液１０８を下側から基板Ｗのめっき面に向かって流してめっきを行い、めっき処理後のめっき液１０８をめっき処理槽１００の上端からオーバーフローさせて外槽１０４に流出させるようになっている。
【０００６】
このめっき装置によれば、アノード１１２は、めっき処理槽１００内に流入するめっき液１０８中に常時浸漬されているので大気に曝露されることなく、まためっき液１０８の流入量を制御することでアノード１１２の表面に沿って流れるめっき液の流速を一定に維持することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術は、基板のめっき面を下に向けるフェイスダウン方式を採用しためっき装置においては有効であるが、基板のめっき面を上に向けたフェイスアップ方式のめっき装置や、基板を垂直あるいは斜め置きにする方式のめっき装置に適用することはできない。つまり、このようなめっき装置においては、基板を出し入れする際にめっき処理槽内のめっき液をめっき処理槽から一旦外部に排出する必要があり、この排出時にアノードの表面に沿っためっき液の急速な流れが生じてアノード表面のブラックフィルムが剥離しやすく、まためっき液が排出されるとアノード及びブラックフィルムが大気に曝露されてブラックフィルムの乾燥や酸化が進行してしまう。
【０００８】
本発明は上記に鑑みて為されたもので、比較的簡単な構成で、アノードの全面にわたってブラックフィルムを安定に維持し、基板の全面に安定的にめっきを行えるようにした基板のめっき装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、平板状のアノードと、前記アノードを保持するアノード保持部を有するアノード側部材と基板を保持する基板保持部を有する基板側部材とが開閉自在に結合され、アノード側部材と基板側部材との間に液密なめっき室を構成するめっき処理槽を有し、前記アノードの前記基板保持部で保持した基板と対向する表面を保水性材料からなる保護部材で被覆したことを特徴とする基板のめっき装置である。
【００１０】
これにより、例えめっき処理槽内のめっき液を排出しても、アノードの表面は、保水性材料で構成された保護部材に保持されためっき液で湿潤しているので、ブラックフィルムが安定に維持されて空気酸化も進行しない。また、ブラックフィルムの接着力が弱くなっても、めっき液中への遊離が保護部材で抑制され、その結果、基板のめっきを安定して行うことができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記アノードは、リンを含む銅で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板のめっき装置である。これにより、めっきの品質低下の原因となるスライムの発生が抑制される。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記保水性材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、テフロン（登録商標）、ポリビニルアルコール、ポリウレタン及びこれらの誘導体の少なくとも１つの材料からなる織布、不織布またはスポンジ状の構造体であることを特徴とする請求項１に記載の基板のめっき装置である。これにより、保水性と通水性を有し、高濃度の硫酸を含む酸性めっき液に対して耐久性があり、しかも硫酸溶液中での不純物の溶出がめっき性能に悪影響を及ぼさないような保護部材が構成される。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記保護部材の厚さは、０．５〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の基板のめっき装置である。これにより、アノードの乾燥を充分に防止でき、また、保護部材自身の自重による変形を防止するための強度が確保される。
【００１５】
【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説明する。この実施の形態の基板めっき装置は、半導体基板の表面に電解銅めっきを施して、銅層からなる配線が形成された半導体装置を得るのに使用される。このめっき工程を図１を参照して説明する。
【００１６】
半導体基板Ｗには、図１（ａ）に示すように、半導体素子が形成された半導体基板１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる絶縁膜２が堆積され、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４が形成され、その上にＴｉＮ等からなるバリア層５が形成されている。
【００１７】
そして、図１（ｂ）に示すように、前記半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基板１のコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜２上に銅層６を堆積させる。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅層６を除去して、コンタクトホール３および配線用の溝４に充填させた銅層６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように銅層６からなる配線が形成される。
【００１８】
図２及び図３は、半導体基板Ｗに電解銅めっき処理を施すめっき装置を示すもので、このめっき装置は、中央にアノード２８を保持するアノード保持部を有するアノード側部材１０と、中央に基板保持部を有する基板側部材１２とが開閉自在に結合されためっき処理槽１４を備えている。アノード側部材１０と基板側部材１２の間の水密性を確保するためのパッキン（図示せず）が装着されており、これによって液密なめっき室１８が構成され、内部にめっき液１６を保持可能になっている。めっき液１６は、その組成に硫酸銅と硫酸を含む硫酸銅めっき液である。
【００１９】
めっき処理槽１４にめっき液ポートを介してめっき液１６を循環させるめっき液循環タンク２０が配置されている。このめっき液循環タンク２０には、めっき液供給ポンプ２２を内部に設置しためっき液供給配管２４と循環配管２６の一端がそれぞれ接続され、このめっき液供給配管２４の他端はアノード側部材１０の下部のポートに、循環配管２６の他端はアノード側部材１０の上部のポートにそれぞれ接続されている。
【００２０】
アノード２８は、溶解の際のスライムの生成を防止するために、例えば含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅で構成され、その内側表面は、保護部材３０で被覆されている。この保護部材３０は、保水性と透過性を有し、高濃度の硫酸を含む酸性めっき液に対して耐久性があり、しかも硫酸溶液中での不純物の溶出がめっき性能（成膜速度、比抵抗、パターン埋込み性）に悪影響を及ぼさないような、例えばポリプロピレン製の繊維からなる織布で構成されている。保護部材３０は、図３に示すように、例えばエポキシ系接着剤３２で所定のピッチでアノード２８の表面に点付けされている。また、その厚さは、０．５〜５０ｍｍに設定されて、アノード２８の乾燥に伴うブラックフィルムの乾燥及び酸化を抑制し、保護部材３０自身の自重による変形を防止した強度が確保されるようになっている。
【００２１】
なお、保護部材３０の材料としては、ポリプロピレンの他にポリエチレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、テフロン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン及びこれらの誘導体が挙げられ、また織布の代わりに不織布またはスポンジ状の構造体であっても良い。
【００２２】
また、図４（ａ）に示すように、アノード２８に所定のピッチで保持ピン３４を突設し、この保持ピン３４を介してアノード２８の表面に保護部材３０を取り付けたり、図４（ｂ）に示すように、保護部材３０を袋状に形成して、この保護部材３０でアノード２８を囲い込んだり、更には糸を使用して縫い付けるようにしても良い。
【００２３】
次に、この実施の形態のめっき装置によるめっき工程について説明する。
先ず、基板側部材１２を開き、この裏面側に基板Ｗを保持した後、これを閉じる。この状態で、めっき液供給ポンプ２２を駆動させて、めっき液１６をめっき室１８から循環配管２６を通じて循環させて、基板Ｗにめっきを施す。この時、アノード２８の表面にはブラックフィルムが形成される。そして、めっき終了後、めっき室１８内のめっき液１６をめっき液循環タンク２０に戻して基板側部材１２を開く。この状態で、搬送ロボット等を介してめっき終了後の基板Ｗを基板側部材１２から受け取って次工程に搬送する。
【００２４】
ここで、アノード２８の表面は、めっき処理中においてはめっき液１６中に浸漬され、基板側部材１２を開いた時でも、保護部材３０に保持されためっき液１６で湿潤しているので、ブラックフィルムの空気酸化は進行しない。また、例えブラックフィルムのアノード２８への接着力が弱くなっても、アノード２８の表面が保護部材３０で覆われているので、ブラックフィルムがめっき液１６中へ遊離することが抑制できる。その結果、ブラックフィルムがアノード２８に保持され、不均化反応が防止されて基板Ｗのめっきが安定して行われる。
【００２５】
なお、この実施の形態では、基板を縦に保持する竪型のめっき装置を採用しており、これにより、基板の微細窪み内の気泡を抜け易くしてめっきの均一性を高め、また、めっき処理槽の設備内の占有面積も小さい。もちろん、この発明を、基板のめっき面を上向き（フェイスアップ）、あるいは斜め置きしためっき装置に適用してもよい。また、図５に示すめっき面を下向きにしためっき装置に適用してもよい。図５に示すめっき装置においても、保護部材３０によってブラックフィルムが保護される。
【００２６】
【実施例】
図２に示すめっき装置において、ポリプロピレン製の織布（繊維径５０μｍ、メッシュ５００／インチ）で保護部材３０を構成し、この保護部材３０を基板Ｗに対峙するアノード２８の全表面に２０ｍｍのピッチでエポキシ系接着剤で点付けしたもの（実施例）と、このような保護部材を有さないもの（比較例）によりめっき性能を比較した。この結果、実施例においては、ざらつきやシミの発生は認められなかったが、比較例においては、多数のざらつきと多数の縞状のうす白いシミの発生が認められた。
【００２７】
これらのめっきを施した基板に化学機械研磨（ＣＰＵ）処理を施した後に電気特性を調べたところ、実施例の基板の電気特性は良好であったが、比較例の基板では、微細配線に欠陥が多く、電気的なオープンやショートが認められた。これは、めっき面のざらつきやシミにより、めっき膜の厚みや特性が異なってしまい、研磨速度が基板面内で不均一であったことが原因と考えられる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アノードの全面にわたってブラックフィルムを安定に維持し、従って、基板の全面にわたって基板の銅めっきを安定して行うことができる。従って、製品歩留まりが向上し、ＬＳＩ製造コストの大幅な低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基板めっき装置方法によってめっきを行う工程の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の基板めっき装置を示す概要図である。
【図３】図２の一部を拡大して示す一部拡大図である。
【図４】保護部材のアノードへのそれぞれ異なる取付け例を示す図である。
【図５】従来のめっき装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１０    アノード側部材
１２    基板側部材
１４    めっき処理槽
１６    めっき液
１８    めっき室
２０    めっき液循環タンク
２２    めっき液供給ポンプ
２４    めっき液供給配管
２６    循環配管
２８    アノード
３０    保護部材
３２    エポキシ系接着剤
３４    保持ピン
Ｗ    基板
【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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