(57)【要約】【課題】半導体等の被処理基板にメッキを施すメッキ装置において、パーティクル発生の原因となる可動部や摺動部を排除した機構で、被処理基板表面にメッキ液を供給する。【解決手段】メッキ液流を形成するためのポンプ２と上部に開口を有するメッキ槽１とメッキ槽１内に配置されたアノード５と被処理基板２３をメッキ液中に保持する被処理基板ホルダを備えた電解メッキ装置であって、前記メッキ室は、その内壁に沿ってその端面と平行にメッキ液が流入するように配置されたメッキ液入口と前記メッキ室の一方の端面中央に配置されたメッキ液出口を備え、メッキ処理時には、前記メッキ室のもう一方の端面に記被処理基板ホルダを配置して閉鎖し、メッキ液入口からメッキ液を流入させて、メッキ室内に竜巻状の流れを形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メッキ室とその内壁に沿ってその端面と平行にメッキ液が流入するように配置されたメッキ液入口と前記メッキ室の一方の端面中央に配置されたメッキ液出口を備えるメッキ装置であって、メッキ処理時には、前記メッキ室のもう一方の端面に被処理基板を配置して閉鎖し、前記メッキ液入口からメッキ液を流入させて、前記メッキ室内に竜巻状の流れを形成することを特徴とするメッキ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のメッキ装置であって、前記メッキ室内に、液流を制御する邪魔板を配置することにより、前記メッキ室内にカルマン渦を発生させることを特徴とするメッキ装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載のメッキ装置であって、前記メッキ室の前記メッキ液出口側の端面は、メッキ液を透過せず、メッキ電流を透過するフィルターで形成される部分を含むことを特徴とする電解メッキ装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のメッキ装置であって、前記メッキ室内の竜巻状の流れを逆転させるためのもう一つのメッキ液入口を備えたことを特徴とするメッキ装置。
【請求項５】
メッキ液流を形成するためのポンプと上部に開口を有するメッキ槽と前記メッキ槽内に配置されたアノードと同じく前記メッキ槽内に配置されたメッキ室と被処理基板のメッキを要しない部分をマスクすると同時に、前記被処理基板をメッキ液中に保持する被処理基板ホルダを備えた電解メッキ装置であって、前記メッキ室は、その内壁に沿ってその端面と平行に、メッキ液が流入するように配置されたメッキ液入口と前記メッキ室の一方の端面中央に配置されたメッキ液出口を備える容器であって、メッキ処理時には、前記メッキ室のもう一方の端面に前記被処理基板ホルダを配置して閉鎖し、前記メッキ液入口からメッキ液を流入させて、前記メッキ室内に竜巻状の流れを形成することを特徴とするメッキ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理基板にメッキを施すメッキ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体等の被処理基板にメッキを施すメッキ装置においては、被処理基板に向けた液流や被処理基板近辺の液攪拌により、被処理基板表面に新液を供給し続けることが重要であることが広く知られている。
【０００３】
前記新液とは、被処理基板表面でのメッキ反応による変化を被っていない沖合のメッキ液のことを言う。
【０００４】
被処理基板のパターンが微細であるとき、または、メッキ膜の生成速度を上げようとする場合にこのメッキ液供給は特に重要である。
【０００５】
この分野に属する従来技術としては、例えば、特許文献１や特許文献２を上げることができる。
【０００６】
特許文献１では、回転翼により被処理基板周辺部の液の滞留を防止する技術が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２では自公転する２つの回転翼を用いて被処理基板全域を攪拌する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−６４７９５号公報
【特許文献２】特開２００３−１１９５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１に開示された技術では、円形メッキカップ上部のウエハ支持部に当接するように配置された被処理基板の近傍を回転翼で攪拌する技術が開示されている。しかし、この技術では、被処理域の周辺部は、良く攪拌されるものの、被処理基板中心近辺の攪拌が不十分であることが、特許文献２で指摘されている。
【０００９】
また、特許文献２に開示された技術では、円形メッキカップ上部のウエハ支持部に当接するように配置された被処理基板の被処理域全域を攪拌することを実現しているものの、機構が複雑であり、高価なものにならざるを得ないという欠点を有する。
【００１０】
具体的にその複雑さを上げるならば、外周歯車と太陽歯車の間で自公転する２つの攪拌体をメッキカップ内に構成することの複雑さ、攪拌体自体の形状の複雑さ、メッキカップ側壁から回転軸を挿入し、１組の傘歯車とさらに別の駆動用平歯車を介して外周歯車を駆動することの複雑さがある。
【００１１】
また、特許文献２の機構では、到る所に摺動部が存在し、パーティクルの発生が懸念される。メッキ液中にパーティクルが発生することは、言うまでもなく好ましことではない。
【００１２】
具体的にパーティクルの発生が懸念される個所を上げるならば、回転する外周歯車とこれを支えるメッキカップ内壁との間の摺動、攪拌体が脱落したり浮上したりしないように支える部分が存在するはずであるが、その部分と攪拌体の間の摺動、各歯車の噛合いの摺動である。
【００１３】
また、自公転する２つの回転翼を用いるという基本機構を大きく変えること無しに摺動部を排除するためには、到る所に転がり軸受などの手段を配置せねばならず現実的ではない。
【００１４】
本発明は、上記のような問題点に鑑みなされたものであり、パーティクル発生の原因となる可動部や摺動部を排除した機構で、被処理基板表面にむらなくメッキ液を供給し、良好なメッキ膜を生成するメッキ装置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】
【００１５】
請求項１に記載の発明は、メッキ室とその内壁に沿ってその端面と平行にメッキ液が流入するように配置されたメッキ液入口と前記メッキ室の一方の端面中央に配置されたメッキ液出口を備えるメッキ装置であって、メッキ処理時には、前記メッキ室のもう一方の端面に被処理基板を配置して閉鎖し、前記メッキ液入口からメッキ液を流入させて、前記メッキ室内に竜巻状の流れを形成する。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のメッキ装置であって、前記メッキ室内に、液流を制御する邪魔板を配置することにより、前記メッキ室内にカルマン渦を発生させる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載のメッキ装置であって、前記メッキ室の前記メッキ液出口側の端面は、メッキ液を透過せず、メッキ電流を透過するフィルターで形成される部分を含む。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のメッキ装置であって、前記メッキ室内の竜巻状の流れを逆転させるためのもう一つのメッキ液入口を備える。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、メッキ液流を形成するためのポンプと上部に開口を有するメッキ槽と前記メッキ槽内に配置されたアノードと同じく前記メッキ槽内に配置されたメッキ室と被処理基板のメッキを要しない部分をマスクすると同時に、前記被処理基板をメッキ液中に保持する被処理基板ホルダを備えた電解メッキ装置であって、前記メッキ室は、その内壁に沿ってその端面と平行に、メッキ液が流入するように配置されたメッキ液入口と前記メッキ室の一方の端面中央に配置されたメッキ液出口を備える容器であって、メッキ処理時には、前記メッキ室のもう一方の端面に前記被処理基板ホルダを配置して閉鎖し、前記メッキ液入口からメッキ液を流入させて、前記メッキ室内に竜巻状の流れを形成する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、パーティクル発生の原因となる可動部や摺動部を排除した機構で、被処理基板表面にむらなくメッキ液を供給し、良好なメッキ膜を生成するメッキ装置を提供することができる。
【００２１】
請求項２の発明では、カルマン渦の効果により、被処理基板表面にさらにむらなくメッキ液を供給することができる。
【００２２】
請求項３の発明では、メッキ室内の電界に影響を与えることなく、メッキ室の形状を任意に設定することができる。
【００２３】
請求項４の発明では、メッキ室内の流れを逆転させることにより、時間平均では、被処理基板のその時のメッキ液入口に近い側へのメッキ液供給と遠い側へのメッキ液供給の差異を打ち消すことができ、より好ましいメッキ膜を得ることができる。
【００２４】
請求項５の発明では、パーティクル発生の原因となる可動部や摺動部を排除した機構で、被処理基板表面にむらなくメッキ液を供給し、良好なメッキ膜を生成する電解メッキ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
まず、図１を中心に、必要に応じて他の図を参照しながら、本発明全体の構成を説明する。
【００２６】
メッキ槽１は、例えば硬質塩化ビニル製であって、平面視長方形であり上部に開口を備える。メッキ槽１の正面にはメッキ槽メッキ液出口２２を備える。メッキ槽１の容積は、例えば２０リットルである。
【００２７】
メッキ液は、予めメッキ液面２７あたりまで満たされる。本実施形態におけるメッキ液は、銅メッキを目的とした硫酸銅メッキ液である。
【００２８】
ポンプ２は、例えば毎分２０リットル程度の送液能力を持つ回転翼式のポンプである。
【００２９】
メッキ液流は、ポンプ２からエアオペレートバルブ１０または１０１（図４参照）とメッキ液導入管１１または１１１（図４参照）を経て、メッキ室ベース１４の内部に設けられたメッキ液入口２１または２１１（図４参照）からメッキ室に入り、メッキ室内に、後に説明する流れを形成したのち、メッキ室のメッキ液出口２２、アノード５の周辺を通過してメッキ槽メッキ液出口８に向い、循環する。
【００３０】
エアオペレートバルブ１０、１０１（図４参照）は、メッキ室内の液流を逆転させるためのエアオペレートバルブであり、通常一方が開のときにはもう一方を閉として運用される。
【００３１】
メッキ液拡散板９は、円形の樹脂板であり、メッキ液出口２２から出てきたメッキ液を、アノード５全体に拡散させる働きを持つ。
【００３２】
アノード５は、不溶性アノードであり、円形のチタンメッシュより成る。アノード５の表面は、酸化イリジュームで覆われており、メッキ液に耐性を持つ。アノード５は、アノードホルダ４に支持されている。
【００３３】
アノードホルダ４は、アノード５を支持するとともに、メッキ槽外部への電気的導通路となる。アノードホルダ４の導通を要しない表面は、フッ素樹脂コーティングで絶縁されている。
【００３４】
メッキ液流線１６によりメッキ液拡散板９、アノード５周辺のメッキ液流れを示す。
【００３５】
電界遮蔽リング３及び電界遮蔽リング６は、アノード５から被処理基板２３に至るメッキ液中の余計な電流経路を遮断するリング状の部材である。
【００３６】
電界遮蔽板７は、円形開口を持つ円板であり、円形開口の径を適当に設定することにより、メッキ液中の電流経路を規制して、被処理基板に生成されるメッキ膜厚の均一性を高めることができる。
【００３７】
メッキ室ベース１４内側の円形開口（図４参照）にメッキ室が形成される。
本実施形態では、メッキ室の直径は、約２３０ｍｍである。メッキ室には、その内周に沿うように、またその端面に平行な流れが形成されるように構成されたメッキ液入口２１、２１１を備える。
【００３８】
メッキ室の底は、メッキ室のアノード５に近い方の端面に位置し、フィルター１３とフィルターフレーム１２により構成される。
【００３９】
フィルター１３は、親水性ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）メンブレンをＰＰ（ポリプロピレン）メッシュで挟んで補強した構成をなす。
【００４０】
前記メンブレンは、例えば孔径０．４５マイクロメートル、開口率７５％に設定したものを選択することができる。このようなメンブレンでは、液を透過させるために大きな圧力を必要とするので、本実施形態のようにメンブレンの両側の差圧が小さい場合には、液をほとんど透過しない。
【００４１】
また、前記メンブレンは、きわめて薄く開口率も高いためにメッキ液中では、ほとんど電気抵抗となることなく電流を透過する。従って、前記メンブレンが存在することによりメッキ室内の電界が変化することはない。
【００４２】
フィルターフレーム１２は、粗い網目を有する樹脂板であり、前記フィルター１３と邪魔板１５支持する部材である。
【００４３】
このように、メッキ室の底にフィルター１３を設けることによりメッキ室内の電界に影響を与えることなく、メッキ室の形状を任意に設定することができる。
【００４４】
メッキ液出口２２は、メッキ室底の中央に設けられた開口であり、例えば直径２０ｍｍである。
【００４５】
邪魔板１５は、メッキ室中内に設けられた液流を制御するための板であり、後で説明するようにカルマン渦を生じさせる機能を持つ。
【００４６】
次に被処理基板ホルダについて説明する。
【００４７】
被処理基板ホルダは、被処理基板保持ホルダ取手１７と被処理基板マスク部材１８とカソード１９とカソード引出し線２４と被処理基板背面カバー２０により構成される。
【００４８】
被処理基板保持ホルダ取手１７は、被処理基板保持ホルダをメッキ槽１に出し入れする場合の取手であると同時に、メッキ槽１内の定位置に被処理基板ホルダを支持する手段であり、カソード１９に接続されたカソード引出し線２４（図３参照）を内蔵する。
【００４９】
被処理基板マスク部材１８は、例えば硬質塩化ビニル製であり、正面視ドーナツ状（図２参照）をなす。被処理基板マスク部材１８は、被処理基板２３のメッキさせない部分をマスクすると同時にカソード１９をメッキ液に接液させない働きを持つ。
被処理基板マスク部材１８の開口部は、本実施形態では円形（図２参照）であるが、楕円形、長円形、正方形、長方形、多角形などであってもよい。
【００５０】
被処理基板２３は、本実施形態では、略円形の直径２００ｍｍの半導体ウエハであるが、正方形、長方形などの基板であってもよいし、材質もセラミック、ガラスなどであってもよい。被処理基板２３は、開閉可能な被処理基板背面カバー２０により、被処理基板マスク部材１８の内周及びカソード１９に押し付けられ保持される。
【００５１】
メッキ処理時、被処理基板ホルダは、メッキ室の端面開口に、この開口中心と被処理基板２３の中心が一致するように固定される。
【００５２】
これにより、メッキ室は、閉鎖された部屋を形成する。
【００５３】
図示しないが、メッキ電源は、アノードホルダ４、被処理基板ホルダを通じてアノード５とカソード１９の間に接続される。
【００５４】
次に、図５を用いて、メッキ室内の液流れについて説明する。
【００５５】
メッキ液導入管１１を経由しメッキ液入口２１からメッキ室の端面に平行（図５では紙面に平行）に流れ込んだメッキ液は、まず、メッキ室内壁に沿って回転する。
【００５６】
次に、この回転する流れは、静止していたメッキ室内のメッキ液を巻き込んで、メッキ室全体の渦を形成し、図５のメッキ液流線２８に示すように何度も回転しながら中心に向かい、最後にメッキ室中央のメッキ液出口２２に落ち込む。
【００５７】
このメッキ室内の流れを一言で言うならば、竜巻状の流れである。
【００５８】
このような流れにより、被処理基板２３全面にむらなくメッキ液が供給される。
【００５９】
ここで、メッキ液流線２８は、メッキ室全体の渦の定性的な様子を説明するためのものであり、必ずしもベクトル的正確さを保証するものではない。
【００６０】
メッキ室全体の渦は、途中で邪魔板１５に当たり、その背後に定期的にカルマン渦２９を発生する。
【００６１】
本実施形態では、毎分５リットルから２０リットルのメッキ液流量で、メッキ室に、常に３個から５個のカルマン渦２９が存在し、全体の渦に乗って流されていく様子が観察された。
【００６２】
言いかえれば、カルマン渦の中心を自転軸、メッキ室の中心を公転軸とした自公転する流れが形成された。
【００６３】
このような流れにより、被処理基板２３全面にさらにむらなくメッキ液が供給できる。
【００６４】
また、カルマン渦と全体の渦は、互いに干渉するので、メッキ室内には、静止した渦中心は存在しなくなった。
【００６５】
静止した渦中心は、被処理基板２３表面では、流速ゼロの特異点となるので、そのような点が存在しないことは、被処理基板２３全面に、さらにむらなくメッキ液を供給する観点から好ましい。
【００６６】
またエアオペレートバルブ１０、１０１を操作し、メッキ液入口２１とメッキ液入口２１１を例えば数十秒ごとに交互に選択して、メッキ室内の流れを逆転させることにより、時間平均では、被処理基板のその時のメッキ液入口に近い側へのメッキ液供給と遠い側へのメッキ液供給の差異を打ち消すことができ、より好ましいメッキ膜を得ることができる。
【００６７】
このように本発明では、可動部を含む機械的機構を用いることなく、メッキ室内に自公転する複雑で非定常な渦を形成させることにより、またその渦を逆転させることにより被処理基板２３にむらなくメッキ液を供給することができる。また、その結果、良好なメッキ膜を高いメッキ速度で生成することができる。
【００６８】
以上、本発明の実施形態では、硫酸銅メッキ液による電解メッキを例にとり説明してきたが、本発明は、硫酸銅以外のメッキ液を用いた電解メッキの場合にも利用できることは当然である。
【００６９】
また、電解メッキだけでなく無電解メッキの場合にも被処理基板へのメッキ液供給は重要であり、電解メッキの場合と同様に本発明を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本実施形態に於けるメッキ槽断面および全体構成を示す説明図である。
【図２】被処理基板ホルダの正面図である。
【図３】被処理基板ホルダのカソード近辺の断面図である。
【図４】メッキ室の正面図及びその周辺の説明図である。
【図５】メッキ室内のメッキ液流れを示す説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  メッキ槽  
２  ポンプ
３  電界遮蔽リング
４  アノードホルダ
５  アノード
６  電界遮蔽リング
７  電界遮蔽板
８  メッキ槽メッキ液出口
９  液流拡散板
１０、１０１  エアオペレートバルブ
１１、１１１  メッキ液導入管
１２  フィルターフレーム
１３  フィルター
１４  メッキ室ベース
１５  邪魔板
１６  メッキ液流線
１７  被処理基板ホルダ取手
１８  被処理基板マスク部材
１９  カソード
２０  被処理基板背面カバー
２１、２１１  メッキ液入口
２２  メッキ液出口
２３  被処理基板
２４  カソード引出し線
２７  メッキ液面
２８  メッキ液流線
２９  カルマン渦
【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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