(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と少なくとも前記半導体基板に形成された導電層を有する被処理基板と、メッキ液を含む第１の含浸体と、電解液を含み、第１の含浸体に位置合わせして一体化された第２の含浸体とを用意し、
陽極と電気的に接続された第１の含浸体を前記導電層に対向させると共に、陰極と電気的に接続された第２の含浸体を前記導電層の第１の含浸体が対向する領域とは異なる領域に対向させ、前記導電層の少なくとも一部にメッキ層を形成するために、第１の含浸体の少なくとも一部及び第２の含浸体の少なくとも一部を前記導電層に接触させた状態で、第１の含浸体及び第２の含浸体を前記導電層に対して相対的に移動させることを特徴とするメッキ方法。
【請求項２】
半導体基板と少なくとも前記半導体基板に形成された導電層を有する被処理基板と、メッキ液を含む第１の含浸体及び電解液を含む第２の含浸体が設けられたメッキヘッドとを用意し、
第１の含浸体に陽極電位を与えると共に、第２の含浸体に陰極電位を与えた状態で、第１及び第２の含浸体を前記導電層に対向させ、前記導電層の少なくとも一部にメッキ層を形成するために、第１の含浸体の少なくとも一部及び第２の含浸体の少なくとも一部を前記導電層の異なる領域に接触させた状態で、前記メッキヘッドを前記導電層に対して相対的に移動させることを特徴とするメッキ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解メッキ技術に係わり、特に半導体装置に対して行うメッキ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩの配線抵抗の低減や信頼性の向上を目的として、配線材料として銅が注目を集めている。この銅配線の形成方法としては、ＣＶＤ法、スパッタ・リフロー法、メッキ法等がある。
【０００３】
中でもメッキ法は、簡便で安価なプロセスで、高い埋め込み特性を有し、高い性能の配線を得ることができる。
【０００４】
ところが、現在市販されているメッキ装置は半導体装置の製造工程に十分配慮した装置であるとは言い難い。従来の装置は、基本的にメッキ工業より踏襲された“メッキ浴”方式を用いたものである。これはメッキ溶液を満たしたメッキ浴槽やカップに半導体基板を浸してメッキを行うものである。
【０００５】
このような古典的なメッキ方法は、半導体装置の製造工程を特に配慮した進歩を遂げていないために、半導体装置の製造工程に用いるには以下に示すような深刻な問題点が挙げられる。
【０００６】
(1) 一般的なメッキ工業から較べると極めて薄い、ナノメータ級の絶対膜厚の精密制御や基板面内での高い均一性の確保が困難。
【０００７】
(2) 微細なパターン上への極めて低い欠陥密度を要求される半導体プロセスにおいて、気泡やゴミなどの影響を受けやすい。
【０００８】
(3) 陰極からの電圧・電流の印加を行うに際し、パターン形成された領域の外側である基板周辺近傍部からのみ可能であった（パターン形成された基板の内部に電極を接触させると傷やゴミなどの発生により製品の歩留まりが低下する）。
【０００９】
このことは、半導体プロセスのウェハサイズが年々大口径化する状況から考えて非常に不都合、即ち電解メッキ液の導電体層をウェハ表面に厚く形成しないと基板周辺の陰極電位供給部から基板中心までの抵抗が高くなり、中心部でのメッキ電流が確保できない（導電体層の厚さはプロセスの制約上厚くすることはできない）。
【００１０】
(4)半導体基板に形成される規則的パターンに応じて局所的メッキを行うことが困難である。また、メッキ後の工程（例えばＣＭＰ）の特性に応じて、半導体基板（ウェハ）面内での積極的な膜厚コントロール（例えば外周で厚い）が困難である。また、基板への汚染などの理由で基板表面にメッキ液を付着させたくない場合、裏面の保護に特殊なシールを用いるなどの工夫が必要である。
【００１１】
(5) 凹凸パターンへの膜形成において、凸部への膜形成を抑制できない。半導体プロセス中、最も典型的なメッキ金属膜の適用例は、ダマシン配線形成用の金属膜形成である。ダマシンプロセスでは配線用の溝部や孔部に、メッキ金属を埋め込み溝孔外に形成された金属膜をＣＭＰなどで除去する。従って後工程のＣＭＰ等への負荷低減を考えて溝・孔部以外の部分へのメッキ膜形成は極力抑える必要がある。以上のような半導体プロセス固有の要求や問題点が、メッキ法の運用を阻んでいるのが現状である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、従来のメッキ浴方式を踏襲したメッキ方法及び装置ではメッキ膜の膜厚の精密制御や均一性を確保することが困難であったり、気泡やゴミなどの影響を受けやすく、また、半導体基板に形成される規則的パターンに応じて局所的メッキを行うことが困難であるという問題があった。さらには、ダマシンプロセスに適した溝や孔への優先的なメッキ膜形成が困難であった。
【００１３】
本発明の目的は、メッキ膜厚の精密制御性が容易で、気泡やゴミなどの影響を受けにくいメッキ方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、局所的なメッキを行い得るメッキ方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。
【００１５】
即ち、本発明の一態様に係わるメッキ方法は、半導体基板と少なくとも前記半導体基板に形成された導電層を有する被処理基板と、メッキ液を含む第１の含浸体と、電解液を含み、第１の含浸体に位置合わせして一体化された第２の含浸体とを用意し、陽極と電気的に接続された第１の含浸体を前記導電層に対向させると共に、陰極と電気的に接続された第２の含浸体を前記導電層の第１の含浸体が対向する領域とは異なる領域に対向させ、前記導電層の少なくとも一部にメッキ層を形成するために、第１の含浸体の少なくとも一部及び第２の含浸体の少なくとも一部を前記導電層に接触させた状態で、第１の含浸体及び第２の含浸体を前記導電層に対して相対的に移動させることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の別の一態様に係わるメッキ方法は、半導体基板と少なくとも前記半導体基板に形成された導電層を有する被処理基板と、メッキ液を含む第１の含浸体及び電解液を含む第２の含浸体が設けられたメッキヘッドとを用意し、第１の含浸体に陽極電位を与えると共に、第２の含浸体に陰極電位を与えた状態で、第１及び第２の含浸体を前記導電層に対向させ、前記導電層の少なくとも一部にメッキ層を形成するために、第１の含浸体の少なくとも一部及び第２の含浸体の少なくとも一部を前記導電層の異なる領域に接触させた状態で、前記メッキヘッドを前記導電層に対して相対的に移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
陽極が接続されると共にメッキ液を含む含浸体を用いたメッキは、メッキ浴方式と異なり、含浸体の滞在時間，印加電流値，陽極のパターン，含浸体内に設けられた中間電極又は絶縁体のパターン又は含浸体のメッキ液の供給分布を制御することによって、形成されるメッキ膜の成長速度を制御することができる。そのため、メッキ膜厚の制御が容易となる。
【００１８】
また、被処理基板の大きさより小さい含浸体の形状を用いることによって、被処理基板の表面に選択的にメッキ液を供給することができる。そのため、局所的なメッキ膜の形成を行うことができる。また、陽極のある部位にしかメッキ膜が成長しないので、消耗のパターンの陽極を用いることによっても、局所的なメッキ膜の形成を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の含浸とは、液体以外の固体、或いは固体液体混合物、さらに気体の混合物などの含浸体がメッキ液を保持する状態をいう。メッキ液は、単独で容器中に存在する場合に較べて空間的移動にある程度の制約を受ける。含浸体が被処理基板に接触することによりメッキ液は被処理基板への作用を及ぼす。なお、含浸体の一部は被処理基板に接触していない場合もあり得るが、この場合でも含浸体と被処理基板の接触部分の近傍でメッキ液が被処理基板に供給される状態（例えば表面張力で）があり得る。このような状態は、実施したい技術の目的に応じて容認してもよく、また一方で実施技術の目的から不都合なら避けることも可能である。
【００２０】
以下の実施形態で用いる銅メッキの標準条件を以下に記す
温  度  ：２５℃
電流密度：５ｍＡ／ｃｍ2 
成長速度：〜１００ｎｍ／ｍｉｎ
アノード（陽極）材：含燐銅
ウェハ：Ｓｉ基板上に３０ｎｍのＴａ膜及び１００ｎｍのＣｕ膜をスパッタ法で順次堆積したもの
ここに示したプロセス条件は、発明の実施形態を説明する上での便宜上の標準条件でメッキ金属はもちろんのこと各パラメータは、本発明の主旨を逸脱しない範囲で有れば適宜変更しても良い。
【００２１】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００２２】
［第１実施形態］
本実施形態では、本願発明のメッキ方法についての原理を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図である。メッキが行われる被処理基板１００は、Ｓｉ基板（半導体基板）１０１上の凹凸パターンを有する絶縁膜（構造体）１０２の表面に導電体層１０３が形成されたものを用いている。なお、導電体層１０３は、膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜と膜厚１００ｎｍのＣｕ膜との積層膜である。そして、導電体層１０３の最外周部に対して均等に８個の針状の陰極接点１２０を設けている。
【００２３】
そして、導電体層１０３の表面に、メッキヘッド１１０が載置されている。メッキヘッド１１０は、導電体層１０３上に直接載置され、メッキ液を含む含浸パッド（含浸体）１１１と、含浸パッド１１１上に設置され電源１１３に接続された含燐銅からなる陽極１１２とから構成されている。なお、含浸パッド１１１はＰＶＡ（ポリビニルアルコール）から形成されている。なお、含浸パッド１１１の径は、被処理基板１００の径より大きくても小さくても、また、等しくても良い。
【００２４】
なお、含浸パッド１１１は、ＰＶＡ以外にも、多孔質弗素樹脂，ポリプロピレンなどを繊維状に編む又は漉いて紙状に加工したもの、或いはゲル化シリコン酸化物や寒天質などの不定形物などでもよい。多孔質或いは空隙の大きさは一律に規定されるものではなく、液体の粘度、含浸体と液体の間で発生する濡れ性・表面張力などに応じて変化する。含浸体パッド、基本的には、液体が保持できて、その液体が空間的な移動の制約を受ける（例えば受け皿が無い状態で液体の大半が流出してしまうことがない）状態を達成し得るものであればよい。
【００２５】
次に、実際のメッキ工程について説明する。先ず、図示されないメッキ液槽に満たされた２５℃のメッキ液中に含浸パッド１１１を浸して、含浸パッド１１１にメッキ液を含ませる。メッキ液の組成は硫酸銅・五水和物（ＣｕＳＯ4 ・５Ｈ2 Ｏ）：２５０ｇ／リットル，硫酸（Ｈ2 ＳＯ4 ）：１８０ｇ／リットル，塩酸（ＨＣｌ）：６０mg／リットルであり、さらにメッキ液のペーハー、メッキ液の安定性、陽極の保護、形成膜の表面平滑化、形成膜の結晶粒制御等様々な目的でポリマー、錯体形成物などの添加物が添加されている。
【００２６】
含浸パッド１１１を導電体層１０３に密着させることによって、含浸パッド１１１から導電体層１０３の表面にメッキ液を供給する。そして、電源１１３から陽極１１２へ電流密度５ｍＡ／ｃｍ2 の電流を供給する。陽極１１２に電流を供給すると、陰極接点１２０に電気的に接続する導電体層１０３の表面に銅メッキ薄膜が形成される。なお、銅メッキ薄膜の平均成長速度は、〜１００ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００２７】
図１に示したように、凹部１０４には、含浸パッド１１１からしみ出たメッキ液１１４が溜まっている。このため、凹部１０４へのメッキ供給量は、凸部１０５の表面に較べて多い。空間移動の自由度を有するメッキ液の供給量が多いため凹部１０４内の導電体層１０３の表面でのメッキ膜の成長速度は、凸部１０５の導電体層の表面よりも速い。凸部１０５表面よりも凹部１０４の成長速度が速い。そのため、図２に示すように、最終的に形成されるメッキ膜１０６の凹凸は、絶縁膜の凹凸パターンに較べてなだらかなものとなる。従って、後の化学的機械研磨法（ＣＭＰ）等を用いた平坦化工程で、ディッシングの発生が抑制され、平坦化が容易となる。
【００２８】
また、図３（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１０１上のＣｕ膜１０７上に載置されたメッキ液を含む含浸パッド１１１上に、Ｓｉ基板１０１のエッジから離れた位置にエッジを有する陽極１１２を設置して銅メッキ膜の形成を行った。形成された銅メッキ膜の膜厚分布は、図３（ｂ）に示すように、陽極１１２のエッジから離れるに従い膜厚が減少しているのが分かる。従って、陽極を所望のパターンとすることによって、メッキ膜を選択的に形成することができる。
【００２９】
図４に示すような従来のメッキ浴槽方式（いわゆるカップ式）のメッキ装置でも銅メッキ薄膜の形成を行った。この装置は、メッキ液が連続的に供給されてメッキ液が溢れているメッキ浴槽２０１中に含燐銅からなる陽極２０２が配置されている。そして、被メッキ面である導電体層１０３を下方に向けた被処理基板１００が鉤状の複数の陰極接点２０３で保持され、導電体層１０３と陰極接点２０３とが電気的に接続している。そして、被処理基板１００を下方に降ろすことによって、導電体層１０３をメッキ液に接触させて、導電体層１０３の表面に銅メッキ膜を形成するというものである。
【００３０】
含浸法で形成された銅メッキ薄膜は、従来のカップ式で形成された銅メッキ膜と同等の膜厚（１０分間で１μｍ）及び比抵抗（１．９５μΩ／ｃｍ）が得られた。また、被処理基板と含浸パッドとが接触していない部分には、膜形成が生じず、被処理基板の外周部、ベベル及び裏面に汚染が生じなかった。
【００３１】
次に、含浸法とカップ式、それぞれの方法による銅メッキ膜の比較を行った結果を説明する。含浸法は、図５に示すような構成で行った。図５（ａ）は装置及び被処理基板の概略構成を示す平面図、図５（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’部の断面図である。被処理基板１００上に、メッキヘッド３１０が載置されている。メッキヘッド３１０は、被処理基板上に直接載置されたメッキ液を含む含浸パッド３１１と、この含浸パッド上に設置された陽極３１２とから構成されている。
【００３２】
なお、電流密度は５ｍＡ／ｃｍ2 ，メッキ時間は５分間，メッキ液はＣｕＳＯ4 をベースに塩酸混ぜたもの，Ｃｕの含有率０．９mol/Liter で行った。なお、含浸法の場合、陽極３１２と導電体層１０３との間を１．７ｍｍに調節し、メッキヘッド３１０を静止した場合と揺動させた場合の二つの場合を行った。それぞれの銅メッキ膜の膜厚，バラツキ及び比抵抗を表１に示す。
【表１】
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【００３３】
銅メッキ膜の膜厚は、揺動させた場合の膜厚が他のものより高くなっているが、これは銅メッキ膜の最外周部の薄く形成されている部位が測定されていないためであり、全体の膜厚の平均値は他の方法と同様であると思われる。
【００３４】
また、含浸法によって形成されたメッキ膜の膜厚バラツキは、カップ式で形成されたものに較べ改善され、特にヘッドを静止させて形成された膜では約６割程度改善されている。また、含浸法で形成されたメッキ膜の比抵抗もカップ式に較べて改善されている。
【００３５】
［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図である。図６（ａ）は被処理基板を含むメッキ装置の概略構成を示す平面図、図６（ｂ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’部の断面図である。
【００３６】
被処理基板１００上にメッキヘッド４１０が載置されている。メッキヘッド４１０は、被処理基板上に直接載置された含浸パッド（含浸体）４１１と、この含浸パッド４１１上に設置され、電源４４１に接続された陽極４１２とから構成されている。含燐銅の塊からなる陽極４１２には、直径０．５ｍｍの貫通孔４１３が設けられており、メッキ液タンク４４３中のメッキ液をポンプ４４２によって貫通孔４１３から含浸パッド４１１に適宜供給する。また、メッキ時に様々な原因で発生する気泡を脱気するためにも、陽極４１２に貫通孔４１３を設けることは有効である。なお、陽極４１２を銅線のメッシュで構成することでも、陽極材に孔を設けるのと同様な効果が得られる。メッシュは、例えば０．２ｍｍの銅線を網状に編むことによって形成される。或いは、多孔質な金属材料や多孔質カーボンへの白金付与などにより形成された陽極を用いても良い。
【００３７】
被処理基板１００上のチップパターン４４０領域の外側部分に８本の針状の陰極接点４２０が立てられ、被処理基板１００の導電体層１０３と陰極接点４２０とが電気的に接続されている。
【００３８】
なお、被処理基板１００はＸＹステージ４４４上に設置されており、メッキ膜の形成の際、ＸＹステージ制御部４４５によってＸＹステージ４４４の移動を制御することによって、被処理基板１００の導電体層１０３の表面に対して含浸パッド４１１を走査させる。なお、１００ｍｍ／ｓの走査速度で、導電体層１０３上を繰り返し走査させる。なお、ＸＹステージ制御部４４５は電源４４１に接続されており、チップパターン４４０領域上にメッキヘッドが存在する時にのみメッキ電流の供給を行い、チップパターン４４０領域以外にメッキ膜が形成されないようにする。また、走査の最中、陽極４１２に設けられた貫通孔４１３からメッキ液を適宜供給して、含浸パッド４１１に対してメッキ液を補充することによって、含浸パッド４１１中のメッキ液が枯渇しないようにする。貫通孔４１３の一部をメッキ液循環用のストレーナとして用いればさらにメッキ液の循環による新鮮なメッキ液供給が可能となる。
【００３９】
一筆書きのようにメッキ膜形成領域を走査する場合は、電流を流したまま含浸体を摺動させても良い。
【００４０】
本装置を用いて銅メッキ膜の形成を行うと、図７に示すように、含浸パッド４１１とＳｉ基板との相対運動によって、凸部１０５上に形成される銅メッキ膜４０６が含浸パッド４１１によって擦られる。そのため、凸部１０５上にはメッキ液添加剤による薄膜形成がほとんど起こらず凹部１０４のみで添加剤の影響が見られる。添加剤として、ジスルフィド〔HSO3-R-S=S-R-SO3H〕などの可溶性銅錯体形成物質（一般にキャリアなどと呼ばれている）を添加すると添加剤の存在する表面でのメッキ膜形成速度が加速されるため、結果として溝や孔などの凹部での膜形成が優先的に起きる。前述した第１実施形態でも凸部と凹部とで成長速度差が生じていたが、本実施形態ではさらにこの差が広がる。
【００４１】
そのため、本装置で形成される銅メッキ膜４０６は、図８（ａ）に示すように、非常になだらかなものとなり、前述したカップ式で形成された銅メッキ膜４０７（図８（ｂ））に較べて、膜の平坦化が容易となる。
【００４２】
なお、凸部での銅メッキ膜の成長速度は、含浸パッドに対して加えられる圧力に応じて変化する。銅メッキ膜の成長速度の圧力依存性を図９に示す。図９に示すように、圧力が小さい状態では、凹部と凸部での銅メッキ膜の成長速度に差はほとんどなく、圧力を大きくするに従って凸部での成長速度が遅くなっている。
【００４３】
また、本装置を用いて形成された銅メッキ膜は、ほぼチップパターン面のみに形成される。チップ以外の部分に膜形成が生じないので、洗浄などに有効である。例えば、被処理基板の端部に銅メッキ膜が形成されないので、次工程での装置汚染を回避しやすい。
【００４４】
また、メッキ液中の気泡やゴミなどによって生じるメッキ膜の欠陥、所謂メッキ欠けが激減した。これは、陽極に設けられた孔から気泡が抜けるため、また更には含浸パッドが被処理基板上を動くために気泡やゴミも一カ所に留まらないためである。
【００４５】
［第３実施形態］
図１０は、本発明の第３実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図である。また、図１１は、図１０のメッキ装置の概略構成を示すブロック図である。
【００４６】
本実施形態のメッキヘッド５１０の含浸体は、無端環状に接続した帯状の含浸布５１１で構成されている。帯状の含浸布５１１の内周部には陽極５１２及び２個のローラー５１３が設けられ、無端環状の含浸布５１１は台形形状になっている。陽極５１２は、それぞれ切り替え器６５１1 〜６５１n を介して電源５４１1 〜５４１n に接続された複数個の陽極５１２1 〜５１２n から構成されている。この実施形態では、陽極の材料として白金を用いた。白金は、銅メッキ中不溶解であることから寿命が長いという特長がある。ただしメッキ電流とともにメッキ液中の銅イオンは、欠乏していく。
【００４７】
各陽極５１２1 〜５１２n には、切り替え器６５１を介してキャパシタンスメータ６５２1 〜６５２n 及び抵抗メータ６５３1 〜６５３n が接続されている。キャパシタンスメータ６５２及び抵抗メータ６５３により陽極５１２と被処理基板１００間の静電容量及び抵抗を測定することによって間隔制御部６５４は、陽極５１２と被処理基板１００表面の距離間隔を求め、測定結果に基づいてプッシャ５１４を制御して被処理基板１００と陽極５１２との距離を制御する。複数の部位での距離計測を行ない間隔調整することで、本発明で重要な、陽極と被処理基板の平行度や、極間距離の絶対値を管理可能である。
【００４８】
また、各電源５４１にはメッキ条件制御部６５５が接続され、メッキ条件制御部６５５は、被処理基板の位置に応じてそれぞれの陽極５１２に供給するメッキ電流値を制御して、メッキ膜厚が均一になるようにする。また、メッキ条件制御部６５５には、キャパシタンスメータ６５２及び抵抗メータ６５３が接続され、それぞれのメータ６５２，６５３の測定結果に応じて、それぞれの陽極５１２に供給するメッキ電流値を制御する。
【００４９】
また、台形形状の含浸布５１１の上にｐＨセンサからなるメッキ液組成センサ５５１が設けられており、含浸布５１１に含まれるメッキ液のｐＨを測定することによって液の組成を求める。また、メッキ液組成センサ５５１は、ｐＨセンサ以外に電流計を用い、含浸布５１１に含まれるメッキ液の伝導度などを測定することによって、メッキ液の組成を求めても良い。また、溶液の光吸収を利用した光学センサを用いる方法もある。
【００５０】
メッキ液組成センサ５５１の測定結果に応じて、組成制御部６５０は、メッキ液タンク６５６及び硫酸銅・五水和物タンク６５７にそれぞれ接続されたポンプ６５８を制御することによって、メッキ液供給ノズルアレイ５５２及び硫酸銅・五水和物供給ノズルアレイ５５３から含浸布５１１に対して供給されるメッキ液及び硫酸銅・五水和物の量を制御し、含浸布５１１に含まれるメッキ液の組成を調整する。また、適宜メッキ液供給ノズルアレイ５５２から含浸布５１１に対してメッキ液が供給される。先に述べたように、本実施形態に於いては、陽極に白金電極を用いたのでメッキ液中の銅イオンはメッキの進行と共に欠乏する。薄いシート状含浸体を用いる場合は特に顕著である。従って、この様な液組成調整機構は、メッキ条件の安定性向上の観点からきわめて有効である。また、本実施形態のように無端環状に接続した帯状の薄い含浸布を用いる場合、メッキ面以外でのメッキ液組成の調整が容易である。
【００５１】
被処理基板１００の導電体層１０３に電気的に接続する陰極接点５２０は、図１２に示すように、被処理基板１００上の最外周部に寝かせた状態で設置され、樹脂５２１で固定されている。陰極接点５２０が樹脂で固定されていることによって、メッキヘッド５１０の陰極接点５２０上に乗っかっても含浸布５１１と陰極接点５２０が直接接続せず、また陰極接点５２０が導電体層１０３から外れることがない。
【００５２】
なお、本装置を用いて均一な膜厚にメッキ膜を形成するためには、メッキを行う有効被処理基板面積が被処理基板の移動と共に変化することに注意しなければならない。面積の変化に応じて陽極に供給するメッキ電流を制御する。
【００５３】
例えば図１３（ａ）に示すように、被処理基板１００の直径が２００ｍｍ，被処理基板１００と含浸布５１１とが走査方向に平行な方向に接触する幅が１０ｍｍの場合について考える。この場合陽極に供給するメッキ電流の条件としては、図１３（ｂ）に示すように、等速で往復する被処理基板の位置から予め得られている最適電流値を用いても良いし、キャパシタンスや抵抗値から面積を計算して逐次同一電流密度でのメッキが行えるようにしても良い。また、被処理基板の移動速度を変化させて、全てのメッキ面で同一の電荷を与えるように制御することも可能である。
【００５４】
図１４は、被処理基板上に定電圧状態で形成されたメッキ膜の均一性を示す特性図である。陰極接点は、図１４（ａ）のＮＮＥ，ＥＮＥ，ＥＳＥ，ＳＳＥ，ＳＳＷ，ＷＳＷ，ＷＮＷ，ＮＮＷの８点に設けられている。また、被処理基板の直径は２００ｍｍ、メッキ電流２０ｍＡ／ｃｍ2 ，メッキ液中のＣｕＳＯ4 濃度は７５ｇ／ｌである。
【００５５】
図１４（ｂ）は、隣接する陰極接点の中間点を結ぶ線分、つまり図１４（ａ）中で実線で表された線分でのメッキ膜の均一性を示す図である。また、図１４（ｃ）は、陰極接点を結ぶ線分、つまり図１４（ｂ）の点線で表された線分でのメッキ膜の均一性を示す図である。
【００５６】
図１４（ｂ），（ｃ）から分かるように、陰極接点からの位置に応じて、メッキ膜にはバラツキがある。そこで、図示されていない位置センサ検出結果に応じて、電源制御部は、陽極に印加する電圧を変化させて被処理基板面内のメッキ膜厚が均一になるように制御する。この制御は、予め定電圧で被処理基板上にメッキ膜を形成した後、面内のメッキ膜厚分布を測定し、測定結果から膜厚が均一になるような電圧分布を求めることによって行う。
【００５７】
なお、本実施形態では、被処理基板面内で均一な膜厚の膜成長を行ったが、後工程の都合から被処理基板周辺の膜厚のみ薄くしたり逆に厚くしたいという要求が生じる場合もある。これらの場合も、各陽極に印加する電流・電圧や被処理基板の移動速度を適宜変化させることで所望の膜厚分布を得ることが出来る。
【００５８】
また、本装置と類似機構を持つ洗浄や電界エッチング、ＣＭＰ用のヘッドを設けて、並列処理が可能な装置とすることも可能である。
【００５９】
さらにはヘッドの前方に膜厚モニタとして例えば電磁誘導による渦電流を用いたメッキ膜厚計を設置し、一端メッキヘッドを往路にて被処理基板面の膜厚を測定して、復路で測定結果を基にメッキ電流や被処理基板移動速度、その他のメッキ条件を制御して成膜を行うことで、最終的な仕上がり膜厚を精密に管理することが可能となる。
【００６０】
［第４実施形態］
本実施形態では、被処理基板である被処理基板より小さな含浸ヘッドを用いたメッキ方法について説明する。
【００６１】
図１５は、本発明の第４実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図である。直径２００ｍｍの被処理基板１００に対して、被処理基板より小さな２０ｍｍ径のメッキヘッド１０１０を用いてメッキを行う。
【００６２】
含浸パッド１０１１と陽極１０１２とから構成されるメッキヘッド１０１０には、図示されていない上下左右前後などの運動が可能な移動機構と、移動位置をモニタする位置センサ１０４１が設置されている。ヘッド１０１０の周辺には、電磁誘導によるメッキ膜厚のモニタ用センサ１０４２も設置されている。
【００６３】
陰極接点１０２０は、被処理基板１００の周辺以外にはプロセス途上のＬＳＩチップがあるため、接触傷を避けるため、最外周部（周辺１ｍｍほど）に白金接点で６カ所設置してある。被処理基板１００には、メッキ膜を形成するための導電体層として膜厚１００ｎｍの銅膜が予めスパッタ法によって堆積されている。
【００６４】
含浸パッド１０１１へのメッキ液の供給（或いは使い古したメッキ液と新しいメッキ液とを交換）は、移動機構によってメッキヘッド１０１０をメッキ液溜め１０４３中に移動させ、メッキ液溜め１０４３の底に押しつけるように上下左右揺動させることが有効である。
【００６５】
前述したように、被処理基板１００の外周部に陰極接点を設けた場合、導電体層の膜厚が薄く抵抗成分が大きいため、定電圧でメッキを行うと被処理基板面内でメッキ速度が異なってしまう（実験結果では中心付近で３０％程度薄くなる）。この傾向は、導電体層の材料が高抵抗若しくは薄膜になるほど顕著になる。
【００６６】
一方、メッキ電流を一定にすると電圧が変動することからメッキ膜の品質（結晶性、埋め込み特性、平坦度等）が被処理基板面内でばらつく原因となる。そこで、陽極とメッキ膜表面の距離を制御して電流を制御しつつ定電圧にてメッキを施す。メッキ膜厚を膜厚センサ１０４２で測定し、目標膜厚になるまでメッキヘッド１０１０を繰り返し移動してメッキを繰り返す。これにより、陰極接点１０２０からの距離によらず定電圧メッキで所望の膜厚（対象面が受ける総電荷で決まる）を形成することができる。
【００６７】
被処理基板に凹凸パターンを有する場合にメッキ液の循環を促進させる目的で、含浸パッドを超音波発振子などを用いて上下左右に揺動させることも有効である。
【００６８】
なお、所望膜厚になるまで上述したメッキヘッドで繰り返しメッキを行うのではなくて、膜厚分布に応じてヘッドの含浸パッドよりも小さい、ペン状の含浸パッドの先端部を選択的に導電体層に対して接触させつつ移動させることで選択メッキを行っても良い。
【００６９】
［第５実施形態］
本実施形態では、陽極と陰極との距離を常に一定にし、メッキ膜厚の均一化を容易にする構造装置構成を提案する。
【００７０】
図１６は、本発明の第５実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図である。本実施形態のメッキヘッド１１１０は、メッキ液を含む円柱状のメッキ液用含浸パッド１１１１上に、パッド１１１１と同じ径の陽極１１１２が設置されている。メッキ液用含浸パッド１１１１及び陽極１１１２の外周部に、絶縁性の分離層１１１３が設けられている。分離層１１１３の外周部に、メッキ液用含浸パッド１１１１とほぼ同じ厚さであり、パッド１１１１と同じ材料からなり電解液を含む電解液用含浸パッド１１１４が設けられ、電解液用含浸パッド１１１４上に同じ内径及び外形のドーナツ状の陰極１１１５が設置されている。電解液用含浸パッド１１１４及び陰極１１１５の外周部に、撥水性の外輪層１１１６が設けられている。
【００７１】
なお、電解液用含浸パッド１１１４に含ませる電解液としては、１０％塩酸水溶液を用いる。塩酸は、メッキされる銅膜を侵すことがないので、銅メッキ膜を形成する場合には、好ましい。なお、電解液としては、塩酸に限らず、メッキ膜を侵さないようなもので有れば任意のものが使用可能である。
【００７２】
本装置の構成によれば、陰極は電解液用含浸パッド１１１４に含まされた電解液を介して被処理基板に電気的に接続するので、陰極１１１５と陽極１１１２とがメッキ液，被処理基板表面の導電体層及び電解液を介して電気的に接続するので、表面にメッキ液用含浸パッド１１１１が存在する被処理基板の上にメッキ膜が形成される。
【００７３】
本装置によれば、陽極及び陰極は常に一定距離を保ったまま移動するので、均一な膜形成を行うことができる。なお、メッキ液用含浸パッド及び陽極と、電解液用含浸パッド及び陰極とを入れ替えて、電解液用含浸パッド及び陰極を円柱状にし、メッキ液用含浸パッド及び陽極をドーナッツ状にしても同様な効果が得られる。
【００７４】
［第６実施形態］
本実施形態では、上述した含浸法を用いて、半導体チップ等にバンプを形成する技術について説明する。
【００７５】
半導体チップにバンプ処理を行う方法として、フォトレジストなどをマスクにしてメッキ浴中で例えば基板の電界メッキを行う方法や、基板にボールを圧着する方法がある。一般的にバンプで用いられるメッキ膜厚は、ＬＳＩの薄膜プロセスの１００倍程度、即ち１００μｍオーダーである。従って、含浸布の厚み（通常数μｍから数十ｍｍ）に対して膜成長は無視できない規模である。また、含浸ヘッドの先端へのメッキ液の十分な供給という観点からも、上述した実施形態とは異なる配慮が必要である。
【００７６】
本実施形態では、含浸メッキを用いた簡便で高精度のバンプメッキ技術について説明する。本実施形態のポイントは、微細な含浸布の先端（先端部のみ尖らせても良い）で厚膜の形成を行うことである。
【００７７】
図１７は、本発明の第６実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図である。
【００７８】
含浸ヘッド１２１０は、ＤＣパルス電源１２４０に接続された凸状の陽極１２１２を覆うように、含浸材（含浸体）１２１１が設けられている。また、含浸材１２１１の先端付近には、メッキ液供給用微細ノズル１２１３の排出口とメッキ液排出用微細ストレーナ１２１４の吸い込み口が設けてある。メッキ液供給用微細ノズル１２１３から含浸材１２１１の先端部に供給されたメッキ液は、メッキ液排出用微細ストレーナ１２１４で吸い出されるので、含浸材１２１１の先端部でのメッキ液の組成（金属イオン濃度や添加剤濃度）が常に一定となる。なお、メッキ液供給用微細ノズル１２１３とメッキ液排出用微細ストレーナ１２１４とを均一に配置すると、メッキ液供給用微細ノズル１２１３から排出されたメッキ液が即座にメッキ液排出用微細ストレーナ１２１４で吸い込まれてしまい、含浸材１２１１の先端部への十分なメッキ液の供給が成されなくなってしまう。そのため、メッキ液供給用微細ノズル１２１３とメッキ液排出用微細ストレーナ１２１４の配置に偏りを持たせて、含浸材１２１１の先端部へメッキ液が十分供給されるようにすることが好ましい。
【００７９】
なお、バンプを形成する際、図示されない移動機構によって、メッキ膜１２５０の成長と共に、含浸ヘッド１２１０を後退させる。なお、含浸ヘッド１２１０の移動速度を変化させることや水平方向の運動を与えることによって、様々な形状のバンプを形成することができる。例えば、円錐状のバンプ１２４１（図１８（ａ））、半球状のバンプ１２４２（図１８（ｂ））、円柱状のバンプ１２４３（図１８（ｃ）），複数の球を重ね合わせた形状のバンプ１２４４（図１８（ｄ））を形成することができる。
【００８０】
［第７実施形態］
本実施形態では、被処理基板上のパターンやチップ内のパターンに対応したメッキ膜厚分布を意図的に形成するメッキ装置について説明する。
【００８１】
図１９は、本発明の第７実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図である。なお、図１９においては、含浸ヘッドのみを示し、被処理基板，陰極接点及びメッキ浴槽等の図示を省略している。
【００８２】
このメッキヘッド１３１０の含浸パッド１３１１の表面には、チップ内のパターンに対応した凹凸が形成されている。そして、含浸パッド１３１１上に陽極１３１２が接続配置されている。
【００８３】
例えば、ＤＲＡＭとロジックの混載型のシステムＬＳＩでは、同一チップ内でありながらＤＲＡＭ部分とロジック部分ではパターンの密度やサイズが大幅に異なるために、ＣＭＰなどの後工程に最適な形成膜厚が異なる。そこで、例えばＤＲＡＭ部及びロジック部の一方を凹部、他方を凸部にして、パッドの表面に凹凸を設ける。また、含浸パッド１３１１の凸部及び側面を熱処理や気孔への充填材処理などの改質することによって、その表面からメッキ液がしみ出さないようにすることも可能である。また、凹凸を数ミクロン単位の微細なドット状にしてその密度分布をＤＲＡＭ部分とロジック部分で変えることも出来る。
【００８４】
なお、パターン密度やパターン形状、サイズ、高低差などによって生じる凹凸に対して、本実施形態の技術を適用することができる。
【００８５】
なお、このような含浸パッドの形成方法について図２０を用いて説明する。
【００８６】
先ず、図２０（ａ）に示すように、直方体状の含浸パッド１３１１と加熱した金型１３４０とを用意する。次いで、図２０（ｂ）に示すように、金型１３４０に含浸パッド１３１１を押しつけ、パッド１３１１を変形させると共に、金型１３４０に接触するパッド１３１１の表面を解かして、液体がシミでないように改質する。
【００８７】
次いで、図２０（ｃ）に示すように、パッド１３１１を金型１３４０から取り外す。そして、図２０（ｄ）に示すように、含浸パッド１３１１の下部を除去することによって、液体がパッドからしみ出る領域を形成する。
【００８８】
また、図２１に示すように、パッド１３４１表面の一部の領域に加熱した金型１３４２の凸部を押し当て（図２１（ａ））、パッド１３４１の表面の一部を改質しても良い（図２１（ｂ））。このような形成方法によって形成されたパッドは、メッキ液の被処理基板への供給が金型を押し当てた場所と押し当てない場所で異なるため図１９に示したパッドと同様な効果を持つ。
【００８９】
なお、図２２に示すように、含浸パッド１３５１内に被処理基板の凹凸に対応した複数の陽極１３５２を配置し、それぞれの陽極１３５２に印加する電位を変えることによっても、面内のメッキ膜厚を変化させることができる。
【００９０】
また、図２３に示すように、含浸パッド１３６１の表面に一様に陽極１３６２を設けると共に、パッド１３６１内に中間電極１３６３を設けることによって、被処理基板の凹凸に応じた電界を印加できるようにしても、面内のメッキ膜厚を変化させることができる。中間電極１３６３に印加する電位によってその近傍のメッキ条件例えばイオン濃度・電界分布などが変化するためである。同様に、中間電極１３６３の代わりに絶縁体を用いることもできる。
【００９１】
［第８実施形態］
本実施形態では含浸ヘッドに複数の含浸パッドを設け、それぞれの含浸パッドに異なる役割を持たせた装置について説明する。
【００９２】
図２４は、本発明の第８実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図である。
【００９３】
本装置は、４つの含浸布Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを、撥水剤や空隙、非含浸体料からなる分離領域１４１２を介して接続した無端環状の含浸ベルト１４１１が設けられている。それぞれの含浸布Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、各々別々の液体を含ませ、それぞれ別個の機能を有するようにしている。被処理基板１００への作用は、含浸ベルトを回転させて任意の含浸布を被処理基板１００に対して接触させることによっておこなう。
【００９４】
それぞれの含浸布Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに課せられる機能としては、電解メッキ、無電解メッキ、電解エッチング、物理スクラッチ、化学処理、化学的機械研磨、純粋洗浄等がある。また、それぞれ異なるメッキ液をそれぞれの含浸布に含ませても良い。
【００９５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、形成するメッキ膜として銅について述べたが、銅以外の材料をメッキ膜として形成することが可能である。
【００９６】
なお、被処理基板と含浸体との配置関係は上記実施形態に限るものではなく、被処理基板及び含浸体を傾けた状態で導電体層に含浸体を接触させても良いし、含浸体に被処理基板を載置させても良い。
【００９７】
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の第１実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図。
【図２】メッキ時のメッキ膜の概要を示す断面図。
【図３】形成されるメッキ膜の膜厚分布を示す図。
【図４】従来のカップ式メッキ装置を示す図。
【図５】従来装置により得られるメッキ膜と比較するために用いた含浸法の装置の概略構成を示す図。
【図６】第２実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図。
【図７】含浸パッドと形成されるメッキ膜との接触面の概略を示す図。
【図８】図６の装置で形成されたメッキ膜と従来のメッキ膜とを示す断面図。
【図９】凹部と凸部に形成されるメッキ膜厚の含浸パッドに対して加えられる圧力in損性を示す特性図。
【図１０】第３実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図。
【図１１】第３実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図。
【図１２】図１０のメッキ装置の陰極接点と導電体層との接続部位を示す断面図。
【図１３】含浸布に応じたメッキ電流値を示す図。
【図１４】被処理基板上に定電圧状態で形成されたメッキ膜の均一性を示す特性図。
【図１５】第４実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図。
【図１６】第５実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図。
【図１７】第６実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図。
【図１８】図１７のメッキ装置によって形成されるバンプの形状を示す断面図。
【図１９】第７実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図。
【図２０】図１９の含浸パッドの製造工程を示す工程断面図。
【図２１】図１９と異なる含浸パッドの製造工程を示す図。
【図２２】第７実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図。
【図２３】第７実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図。
【図２４】第８実施形態に係わるメッキ装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００９９】
１００…被処理基板
１０１…Ｓｉ基板
１０２…絶縁膜（構造体）
１０３…導電体層
１０４…凹部
１０５…凸部
１０６…メッキ膜
１１０…メッキヘッド
１１１…含浸パッド
１１２…陽極
１１３…電源
１１４…メッキ液
１２０…陰極接点
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0004922275.tif 000019
【図１８】
0004922275.tif 000020
【図１９】
0004922275.tif 000021
【図２０】
0004922275.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
0004922275.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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