(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板から離間させて該基板と平行にアノードを対向配置し、上記基板とアノードとの間にめっき液を供給しつつ電流を通電して基板表面にめっき膜を形成するめっき装置において、
上記アノードを並進させるアノード並進装置と、上記基板を回転させる基板回転装置とを備え、
上記基板表面の外周側の部分が上記アノードに対向して通電される時間よりも、上記基板表面の中心側の部分が上記アノードに対向して通電される時間を長くして上記基板の各点を流れる電流値と上記通電される時間の積が上記基板の全面に亘って同一になるように、上記基板が上記アノードに対向する部分を移動させる移動装置を上記アノード並進装置および上記基板回転装置により構成したことを特徴とするめっき装置。
【請求項２】
基板から離間させて該基板と平行にアノードを対向配置し、上記基板とアノードとの間にめっき液を供給しつつ電流を通電して基板表面にめっき膜を形成するめっき装置において、
めっき処理中に上記基板とアノードとの離間距離を変化させる手段を備えたことを特徴とするめっき装置。
【請求項３】
基板から離間させて該基板と平行にアノードを対向配置し、上記基板とアノードとの間にめっき液を供給しつつ電流を通電して基板表面にめっき膜を形成するめっき方法において、
上記基板表面の外周側の部分が上記アノードに対向して通電される時間よりも、上記基板表面の中心側の部分が上記アノードに対向して通電される時間を長くして上記基板の各点を流れる電流値と上記通電される時間の積が上記基板の全面に亘って同一になるように、上記アノードを並進させつつ上記基板を回転させて上記基板が上記アノードに対向する部分を移動させることを特徴とするめっき方法。
【請求項４】
基板から離間させて該基板と平行にアノードを対向配置し、上記基板とアノードとの間にめっき液を供給しつつ電流を通電して基板表面にめっき膜を形成するめっき方法において、
めっき処理中に上記基板とアノードとの離間距離を変化させることを特徴とするめっき方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき装置に係り、特に半導体基板上に形成された配線用の窪みに銅などの金属を充填する等の用途に用いられるめっき装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基板にめっき処理を施して、基板に形成された配線パターンに銅などの金属又はその合金を充填する場合には、図２９に示すように、めっき液３００が収容されためっき液槽３０１に、基板Ｗとアノード３０２とを互いに対向させて平行に配置し、これら基板Ｗとアノード３０２との間に電流ｉを通電することにより行われる。
【０００３】
基板Ｗの表面に形成されるめっきの膜厚ｈは、流れる電流ｉと通電時間との積に比例する。図２９における電流ｉは、以下の式で表すことができる。
ｉ＝Ｅ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）  ・・・（１）
上記（１）式において、Ｅは電源電圧、Ｒ１はアノード分極抵抗、Ｒ２はめっき液３００の抵抗、Ｒ３は基板（カソード）分極抵抗、Ｒ４はその位置における基板Ｗのシート抵抗である。なお、アノード分極抵抗Ｒ１及び基板分極抵抗Ｒ３は、アノード３０２及び基板Ｗの界面抵抗であり、添加剤やめっき液の濃度により変化する。めっき液３００の抵抗Ｒ２は、アノード３０２と基板（カソード）Ｗとの間の離間距離に比例する。
【０００４】
ここで、基板Ｗへの給電はカソード電極３０３を介して行われ、このカソード電極３０３は一般に基板Ｗの外周部分に接続される。従って、基板Ｗの外周からの距離が大きくなるに伴って、即ち基板Ｗの中心Ｐに近づくに伴って、上記シート抵抗Ｒ４は大きくなる。このため、基板Ｗの中心側の方が基板の外周側よりも流れる電流ｉが小さくなり（上記（１）式参照）、基板Ｗの中心側の膜厚の方が基板の外周側の膜厚よりも薄くなる傾向にある。このように、従来のめっき装置においては、基板全面において均一な膜厚のめっき膜の形成ができないという問題があった。特に、ＬＳＩ配線をめっき処理により形成する場合には、基板（Ｓｉ基板）のシード層が１００〜２００ｎｍと薄いために、シート抵抗Ｒ４がより大きくなり、このシート抵抗Ｒ４が膜厚に与える影響が大きくなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、基板上に形成されるめっき膜の膜厚が基板全面において均一となるように膜付けすることができるめっき装置及びめっき方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明は、基板から離間させて該基板と平行にアノードを対向配置し、上記基板とアノードとの間にめっき液を供給しつつ電流を通電して基板表面にめっき膜を形成するめっき方法において、上記基板表面の外周側の部分が上記アノードに対向して通電される時間よりも、上記基板表面の中心側の部分が上記アノードに対向して通電される時間を長くして上記基板の各点を流れる電流値と上記通電される時間の積が上記基板の全面に亘って同一になるように、上記アノードを並進させつつ上記基板を回転させて上記基板が上記アノードに対向する部分を移動させることを特徴とする。
【０００７】
これにより、基板の中心側の部分の通電時間を基板の外周側の部分の通電時間よりも長くして、各点を流れる電流値と通電時間との積を基板の全面に亘って同一とすることが可能となる。従って、基板に形成されるめっき膜の膜厚を基板の全面において均一にすることができる。
【０００８】
また、上記アノードとして上記基板の面積よりも小さい面積を有するアノードを固定配置すると共に、上記基板を回転させて上記基板が上記アノードに対向する部分を移動させてもよい。
【０００９】
更に、上記アノードを回転させてもよい。
【００１１】
更に、上記基板の中心側の部分と上記アノードとの離間距離を、上記基板の外周側の部分と上記アノードとの離間距離より小さくしてもよい。
【００１２】
これにより、基板の中心側の部分におけるめっき液の抵抗値を基板の外周側の部分に比べて小さくすることができるので、基板の中心側の部分を流れる電流値を基板の外周側の部分に比べて大きくすることができ、基板に形成されるめっき膜の膜厚を基板の全面に亘って均一にすることができる。
【００１３】
また、本発明の他の態様においては、めっき処理中に上記基板とアノードとの離間距離を変化させることを特徴とする。
【００１４】
これにより、めっき処理の開始時において、基板の中心側の電位勾配が外周側の電位勾配よりも高くなるので、基板の中心側に多くのめっき膜が形成され、その後、基板とアノードとの離間距離を大きくすることで、この関係を逆転させることができるため、結果として基板全面のめっき膜の膜厚を均一とすることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るめっき装置の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施形態のめっき装置は、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。
【００１６】
まず、めっき工程を図１を参照して説明する。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、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７が形成されている。
【００１７】
そして、図１（ｂ）に示すように、上記半導体基板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の内部に銅を充填させると共に絶縁膜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及び配線用の溝４に充填させた銅層６の表面と絶縁膜２の表面とを略同一平面にする。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は、本実施形態に係るめっき装置の全体構成を示す平面図である。図２に示すように、このめっき装置には、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、めっき処理及びその付帯処理を行う２基のめっきユニット１２と、ロード・アンロード部１０とめっきユニット１２との間で基板Ｗの受渡しを行う搬送ロボット１４と、めっき液タンク１６を有するめっき液供給設備１８が備えられている。
【００１９】
図３は、図２のめっきユニット１２を示す平面図である。図３に示すように、めっきユニット１２には、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上記基板処理部２０とめっき液トレー２２との間を揺動する電極部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、更に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。この実施の形態においては、３つの固定ノズル３４が備えられ、その内の１つを純水の供給用に用いている。
【００２０】
図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は図４の部分拡大断面図であり、また、図６から図９はそれぞれ図３の正面図、右側面図、背面図、左側面図である。図４及び図５に示すように、めっきユニット１２の基板処理部２０には、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４２を介して上下動自在に配置されている。
【００２１】
ここで、上記基板保持部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、基板回転装置としての回転モータ４６及びベルト４８を介して、任意の加速度及び速度で上記カソード部３８と一体に回転するように構成されている。この基板受渡し位置Ａに対向して、めっきユニット１２のフレーム側面の搬送ロボット１４側には、図７に示すように、基板搬出入口５０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、後述するカソード部３８のシール材９０とカソード電極８８とが当接するようになっている。一方、上記カップ４０は、その上端が上記基板搬出入口５０の下方に位置し、図５に仮想線で示すように、上昇した時に上記基板搬出入口５０を塞いでカソード部３８の上方に達するようになっている。
【００２２】
めっきユニット１２のめっき液トレー２２は、めっきを実施していない時に、電極アーム部３０の下記のめっき液含浸材１１０及びアノード９８をめっき液で湿潤させるためのもので、図６に示すように、このめっき液含浸材１１０が収容できる大きさに設定され、図示しないめっき液供給口とめっき液排水口を有している。また、フォトセンサがめっき液トレー２２に取付けられており、めっき液トレー２２内のめっき液の満水、即ちオーバーフローと、排水との検出が可能になっている。めっき液トレー２２の底板５２は着脱が可能であり、めっき液トレーの周辺には、図示しない局所排気口が設置されている
【００２３】
上記電極アーム部３０は、図８及び図９に示すように、上下動モータ５４と図示しないボールねじを介して上下動し、旋回モータ５６を介して、上記めっき液トレー２２と基板処理部２０との間を旋回（揺動）するようになっている。
【００２４】
また、プレコート・回収アーム３２は、図１０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６２（図７参照）を介して上下動するよう構成されている。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。そして、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、また、めっき液回収ノズル６６は、例えばシリンダポンプまたはアスピレータに接続されて、基板上のめっき液がめっき液回収ノズル６６から吸引されるようになっている。
【００２５】
図１１は基板保持部の平面図であり、図１２は図１１のＢ−Ｂ線断面図、図１３は、図１１のＣ−Ｃ線断面図である。図１１から図１３に示すように、基板保持部３６は、円板状のステージ６８を備え、このステージ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。
【００２６】
ここで、上記押付け片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、ステージ６８の下方には上記押圧棒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。
【００２７】
これにより、基板保持部３６が図５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、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ようになっている。
【００２８】
図１４はカソード部３８の平面図であり、図１５は図１４のＤ−Ｄ線断面図である。図１４及び図１５に示すように、カソード部３８は、上記支持板８２（図５及び図１３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上記枠体８６の上面に取付けた環状のシール材９０とを有している。このシール材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。
【００２９】
これにより、図５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共に、めっき液がカソード電極８８を汚染することを防止するようになっている。
なお、本実施形態において、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。
【００３０】
図１６は電極アーム部３０の平面図、図１７は基板保持部３６を含む図１６の縦断正面図、図１８は図１６のＥ−Ｅ線断面図である。図２０は電極アーム部３０の電極部２８のハウジング９４を除いた状態の平面図である。図１６から図２０に示すように、電極アーム部３０の電極部２８は、揺動アーム２６の自由端にボールベアリング９２を介して連結したハウジング９４と、このハウジング９４の周囲を囲繞する中空の支持枠９６と、上記ハウジング９４と支持枠９６で周縁部を挟時して固定したアノード９８とを有し、このアノード９８は、上記ハウジング９４の開口部を覆って、ハウジング９４の内部に吸引室１００が形成されている。この吸引室１００の内部には、めっき液供給設備１８（図２参照）から延びるめっき液供給管１０２に接続され直径方向に延びるめっき液導入管１０４がアノード９８の上面に当接して配置され、更に、ハウジング９４には、吸引室１００に連通するめっき液排出管１０６が接続されている。
【００３１】
ここで、図１７に示すように、アノード９８の大きさ（径）は基板Ｗの大きさ（径）よりも小さく、アノード９８の面積は基板Ｗの面積よりも小さくされている。また、電極部２８の上端にはアノード回転装置としての回転モータ９９が設置されており、この回転モータ９９によってアノード９８を回転させることができる。
【００３２】
上記めっき液導入管１０４は、マニホールド構造とすると被めっき面に均一なめっき液を供給するのに有効である。即ち、図１９に示すように、その長手方向に連続して延びるめっき液導入路１０４ａと該導入路１０４ａに沿った所定のピッチで、下方に連通する複数のめっき液導入口１０４ｂが設けられ、また、アノード９８の該めっき液導入口１０４ｂに対応する位置に、めっき液供給口９８ａが設けられている。更に、アノード９８には、その全面に亘って上下に連通する多数の通孔９８ｂが設けられている。これにより、めっき液供給管１０２からめっき液導入管１０４に導入されためっき液は、めっき液導入口１０４ｂ及びめっき液供給口９８ａからアノード９８の下方に達し、またアノード９８をめっき液中に浸した状態で、めっき液排出管１０６を吸引することで、アノード９８の下方のめっき液は、通孔９８ｂから吸引室１００を通過して該めっき液排出管１０６から排出されるようになっている。
【００３３】
ここで、上記アノード９８は、スライムの生成を抑制するため、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成されている。このように、アノード９８に含リン銅を使用すると、めっきの進行に伴ってアノード９８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。このブラックフィルムは、リンやＣｌを含むＣｕ＋錯体で、Ｃｕ２Ｃｌ２・Ｃｕ２Ｏ・Ｃｕ３Ｐ等で構成されるものである。この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ので、ブラックフィルムをアノード９８に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が、これが乾燥したり酸化したりしてアノード９８から脱落すると、パーティクルの原因となる。
【００３４】
そこで、この実施の形態にあっては、アノード９８の下面に該アノード９８の全面を覆う保水性材料からなるめっき液含浸材１１０を取付け、このめっき液含浸材１１０にめっき液を含ませて、アノード９８の表面を湿潤させることで、ブラックフィルムの基板のめっき面への脱落を防止し、同時に基板のめっき面とアノード９８との間にめっき液を注入する際に、空気を外部に抜きやすくしている。このめっき液含浸材１１０は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂、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、不織布又はスポンジ状の構造体、あるいはポーラスセラミックスからなる。
【００３５】
即ち、下端に頭部を有する多数の固定ピン１１２を、この頭部をめっき液含浸材１１０の内部に上方に脱出不能に収納し軸部をアノード９８の内部を貫通させて配置し、この固定ピン１１２をＵ字状の板ばね１１４を介して上方に付勢させることで、アノード９８の下面にめっき液含浸材１１０を板ばね１１４の弾性力を介して密着させて取付けている。このように構成することにより、めっきの進行に伴って、アノード９８の肉厚が徐々に薄くなっても、アノード９８の下面にめっき液含浸材１１０を確実に密着させることができる。従って、アノード９８の下面とめっき液含浸材１１０との間に空気が混入してめっき不良の原因となることが防止される。
なお、アノードの上面側から、例えば径が２ｍｍ程度の円柱状のＰＶＣ（塩ビ）又はＰＥＴ製のピンをアノードを貫通させて配置し、アノード下面に現れた該ピンの先端面に接着剤を付けてめっき液含浸材と接着固定するようにしてもよい。
【００３６】
そして、上記電極部２８は、基板保持部３６がめっき位置Ｂ（図５参照）にある時に、基板保持部３６で保持された基板Ｗとめっき液含浸材１１０との隙間が、例えば０．５〜３ｍｍ程度となるまで下降し、この状態で、めっき液供給管１０２からめっき液を供給して、めっき液含浸材１１０にめっき液を含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード９８との間にめっき液を満たして、これによって、基板Ｗの被めっき面にめっきが施される。
【００３７】
次に、本実施形態のめっき装置の動作について説明する。
まず、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で取り出し、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５０から一方のめっきユニット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のハンドを上記基板搬出入口５０を通って退去させる。
【００３８】
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。
【００３９】
一方、電極アーム部３０の電極部２８は、この時点ではめっき液トレー２２上の通常位置にあって、めっき液含浸材１１０あるいはアノード９８がめっき液トレー２２内に位置しており、この状態でカップ４０の上昇と同時に、めっき液トレー２２及び電極部２８にめっき液の供給を開始する。そして、基板のめっき工程に移るまで、新しいめっき液を供給し、併せてめっき液排出管１０６を通じた吸引を行って、めっき液含浸材１１０に含まれるめっき液の交換と泡抜きを行う。なお、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５０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。
【００４０】
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を受け取った基板保持部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の被めっき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の被めっき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の被めっき面のプレコート液を振り切って乾燥させる。
【００４１】
このプレコート完了後にめっき処理に移る。まず、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。
【００４２】
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、電極部２８がめっき液トレー２２上方からめっきを施す位置の上方に位置するように電極アーム部３０を水平方向に旋回させ、この位置に到達した後に、電極部２８をカソード部３８に向かって下降させる。電極部２８の下降が完了した時点で、めっき電流を投入し、めっき液供給管１０２からめっき液を電極部２８の内部に供給して、アノード９８を貫通しためっき液供給口９８ａよりめっき液含浸材１１０にめっき液を供給する。この時、めっき液含浸材１１０は基板Ｗの被めっき面に接触させず、０.５ｍｍ〜３ｍｍ程度に近接した状態となっている。
【００４３】
めっき液の供給が続くと、めっき液含浸材１１０から染み出した銅イオンを含むめっき液が、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面との間の隙間に満たされ、基板の被めっき面に銅めっきが施される。この時、回転モータ４６を駆動させ、基板保持部３６と基板Ｗとを一体的に回転させる
【００４４】
ところで、上述したように、基板Ｗのシート抵抗の影響により基板Ｗの中心側における電流値の方が外周側における電流値よりも小さくなるが、基板Ｗの中心側の通電時間を基板Ｗの外周側の通電時間よりも長くすることができれば、電流値と通電時間との積を基板Ｗの中心側と外周側とで同一にすることが可能である。基板Ｗの表面に形成されるめっき膜の膜厚は、流れる電流値と通電時間との積に比例するので、これらの積を同一にすることができれば、形成されるめっき膜の膜厚を均一にすることができる。
【００４５】
本実施形態においては、アノード９８の面積を基板Ｗの面積より小さくすると共に、上記めっき処理中に、基板回転装置としての回転モータ４６を駆動させ、基板保持部３６と基板Ｗとを一体的に回転させることにより、上記通電時間の調整を行い、均一な膜厚のめっき膜の形成を実現している。即ち、基板Ｗが回転している間、基板の中心側に位置する図２１のＰ１点は、常にアノード９８に対向し、常に通電される。一方、基板の外周側に位置するＰ２点は、実線部分Ｆを移動（回転）する間はアノード９８に対向するが、点線部分Ｇを移動（回転）する間はアノード９８には対向せず通電されない。従って、Ｐ２点よりもＰ１点の方が通電時間が長くなる。
【００４６】
このように、本発明では、アノード９８の形状、大きさ、面積、配置及び基板Ｗの回転速度を適宜選択し、基板Ｗの中心側の通電時間を基板Ｗの外周側の通電時間よりも長くすることで、流れる電流値と通電時間との積を基板Ｗの全面に亘って同一とし、均一な膜厚のめっき膜を形成することが可能となる。これに加えて、アノード９８の面積を基板Ｗの面積より小さくしているので、アノード９８に対向しない基板表面、即ち、アノード９８側に露出した基板Ｗの表面を利用して、例えば、光学的な膜厚測定などをめっき膜の形成と同時に行うことが可能となる。
【００４７】
ここで、アノード９８の面積は、上述のようにめっき膜の膜厚が基板全面で均一となる範囲から選択されるが、好ましくは基板Ｗの面積の２５〜９５％となるように選択する。アノード９８を円板状とした場合、アノード９８の面積が基板Ｗの面積の２５％未満、即ち、アノード９８の直径が基板Ｗの半径よりも小さい場合には、基板Ｗの中心近傍においてめっきされない部分が生じることとなる。また、基板Ｗの回転数は、好ましくは毎分３〜６０回転、より好ましくは毎分５〜４０回転とする。
【００４８】
なお、めっき処理中には、アノード回転装置としての回転モータ９９を駆動させ、アノード９８を回転させながらめっき処理を実施することとしてもよいし、あるいは、回転モータ９９を停止し、アノード９８を基板に対して固定配置した状態でめっき処理を実施することとしてもよい。アノード９８を回転させながらめっき処理を実施する場合には、アノード９８の回転方向は、基板Ｗの回転方向と同方向であっても、反対方向であってもよいが、基板の回転方向と同方向に回転させるのが好ましい。また、アノードの回転数は、好ましくは毎分３〜６０回転、より好ましくは毎分５〜４０回転とする。
また、アノード９８の形状は、基板全面でめっき膜の膜厚を均一とすることができればどのような形状であってもよく、例えば、楕円形やハート形とすることもできる。
【００４９】
このようにして、めっき処理が完了すると、電極アーム部３０を上昇させ旋回させてめっき液トレー２２上方へ戻し、通常位置へ下降させる。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、めっき液回収ノズル６６から基板Ｗ上のめっきの残液を回収する。このめっき残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。
【００５０】
この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、又は基板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。
【００５１】
この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。
【００５２】
以上で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５０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。
【００５３】
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図２２は本実施形態に係るめっき装置の電極アーム部３０の平面図である。
本実施形態に係るめっき装置の構成は、上述の第１の実施形態と基本的に同様であるが、電極アーム部３０には長手方向に溝９９ａが設けられており、電極部２８の上端のアノード回転装置９９は、該アノード９８を並進させるアノード並進装置としても機能するように構成されている。従って、このアノード並進装置としても機能する回転モータ９９により、図２３の矢印Ｈに示す方向にアノード９８を並進させることができる。なお、他の構成については上述の第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００５４】
本実施形態におけるめっき装置も第１の実施形態のめっき装置と同様に動作するが、本実施形態においては、基板のめっき処理中に、基板回転装置４６によって基板Ｗを回転させると共に、上記アノード並進装置９９によってアノード９８を図２３の矢印Ｈ方向に並進させる。この場合におけるアノード９８の並進速度は、毎分５〜４０往復とするのが好ましい。
【００５５】
なお、第１及び第２の実施形態においては、基板回転装置が基板の中心点を回転軸とした例をあげたが、回転軸をずらして偏心させた公転を行うように構成してもよい。また、回転装置そのものをアノード面に対して並進動作するように構成してもよい。
【００５６】
次に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。図２４は本実施形態に係るめっき装置における電極部２８と基板Ｗとの関係を示す模式図である。
本実施形態に係るめっき装置の構成は、上述の第１の実施形態と基本的に同様であるが、図２４に示すように、電極部２８のアノード９８を基板Ｗに対して傾斜させている点で異なる。他の構成については上述の第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００５７】
アノード９８は、図２４に示すように、基板Ｗの中心側における離間距離が小さく、基板Ｗの外周側における離間距離が大きくなるように傾斜されている。この傾斜角度、即ち、図２４における角αは、３０°以下とするのが好ましい。このようにアノード９８を傾斜させることにより、上述した図２９に示すめっき液の抵抗Ｒ２を、基板の中心側において小さく、基板の外周側において大きくしている。これにより、基板の中心側を流れる電流値を大きく、基板Ｗの外周側を流れる電流値を小さくすることができ、従って、第１の実施形態で述べた通電時間に加えて、各点を流れる電流値をも調整し、通電時間と電流値との積を基板全面に亘って同一とすることができる。これにより、基板Ｗに形成されるめっき膜の膜厚を基板Ｗの全面において均一にすることができる。
【００５８】
なお、この場合において、アノード９８と基板Ｗとの最小離間距離、即ち基板Ｗの中心における離間距離は２〜６５ｍｍとするのが好ましい。また、めっき液含浸材１１０の厚みは２〜１５ｍｍとするのが好ましい。更に、アノード９８を基板Ｗと同じ大きさとし、図２５に示すように、基板の中心軸に対して対象となるようにしてもよい。この場合には、上述した通電時間の調整をする必要がなく、電流値のみを調整することによって、均一な膜厚のめっき膜を形成することができる。
【００５９】
次に、本発明の第４の実施形態について図面を参照して説明する。図２６は本実施形態における基板とアノードとの関係を示す模式図であり、図２６（ａ）はめっき開始時の状態、図２６（ｂ）はめっき完了時の状態を示している。また、図２７（ａ）及び（ｂ）は、図２６（ａ）及び（ｂ）それぞれの状態におけるアノード９８と基板Ｗとの間の電場の状態を示す等電位線図である。
本実施形態に係るめっき装置の構成は、上述の第１の実施形態と基本的に同様であるが、図２６（ａ）及び（ｂ）に示すように、電極部２８のアノード９８が基板Ｗと同じ大きさであり、また、上下動モータ５４（図８及び図９参照）がアノード９８と基板Ｗとの離間距離を変化させる手段（引き離し装置）として機能する点で異なる。他の構成については上述の第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００６０】
本実施形態におけるめっき装置も第１の実施形態のめっき装置と同様に動作するが、本実施形態においては、めっき処理の開始時（図２６（ａ））からめっき処理完了時（図２６（ｂ））までの間に、引き離し装置としての上下動モータ５４によってアノード９８と基板Ｗとの離間距離を変化させる。即ち、めっき開始時（図２６（ａ））において、アノード９８と基板Ｗとの離間距離を好ましくは２〜１８ｍｍとし、この離間距離を保ったまま、基板Ｗの表面に１００ｎｍ程度のめっき膜を形成する。その後、上下動モータ５４によって電極部２８を上方に引き上げ、アノード９８と基板Ｗとの離間距離を大きくしながらめっき処理を継続し、所望のめっき膜厚が得られたところでめっき処理が完了する（図２６（ｂ））。このめっき処理の完了時におけるアノード９８と基板Ｗとの離間距離は３〜５０ｍｍとするのが好ましい。
【００６１】
ここで、上記めっき処理の開始時においてはアノード９８と基板Ｗとの離間距離が小さいので、図２７（ａ）に示すように、基板Ｗの外周側よりも中心側の方が電位勾配が高くなっている。従って、基板Ｗの外周側よりも中心側の方が流れる電流値が大きくなり、中心側により多くのめっき膜が形成されることとなる。このように基板Ｗの表面にめっき膜が形成されると、めっき膜が形成された部分、即ち、基板の中心側の抵抗値が低くなり、そのままの状態を維持すると基板の中心側のめっき膜の膜厚が厚くなってしまう。そこで、本実施形態では、上述したように、めっき処理の途中でアノード９８と基板Ｗとの離間距離を大きくしている。
【００６２】
アノード９８と基板Ｗとの離間距離を大きくした場合には、図２７（ｂ）に示すように、基板Ｗの中心側よりも外周側の方が電位勾配が高くなるので、基板Ｗの中心側よりも外周側の方が流れる電流値が大きくなり、図２７（ａ）の場合とは異なり外周側により多くのめっき膜が形成される。従って、図２６（ａ）から図２６（ｂ）の状態に遷移させることで、結果として、基板全面のめっき膜の膜厚を均一にすることができる。
なお、電極部２８を上方に引き上げる際には、時間をかけて徐々に引き上げてもよいし、一気に引き上げてもよい。
【００６３】
さてこれまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいものである。また、上述した各実施形態を組み合わせて実施することも可能である。
上述の実施形態は、めっき処理及びそれに付帯する処理を単一のユニットで行うことができる含浸式のめっき装置について説明したが、これに限られず、フェイスダウン式のめっき装置やフェイスアップ式のめっき装置などあらゆるめっき装置に本発明を適用することができる。参考までに、フェイスダウン式のめっき装置に本発明の第１の実施形態を適用した場合の全体構成を図２８に示す。図２８に示すめっき装置は、基板Ｗを着脱自在に下向きに保持する基板保持部２００を備えており、めっき液を収容する略円筒状のめっき槽２０１の底部に円板状のアノード２０２（このアノードは基板Ｗの大きさよりも小さい）が基板中心から偏心した位置に配置されている。このアノード２０２の下部にはアノード回転装置としての回転モータ２０３が設けられている。また、基板保持部２００を支持するフレーム２０４の上部には基板回転装置としての回転モータ２０５が設けられている。このようにアノード回転装置２０３や基板回転装置２０５を設けることにより、上述した含浸式のめっき装置と同様に、基板Ｗの中心側の通電時間を基板Ｗの外周側の通電時間よりも長くすることができ、均一な膜厚のめっき膜を形成することが可能となる。
【００６４】
【発明の効果】
上述したように本発明は、基板表面の外周側の部分がアノードに対向する時間よりも、基板表面の中心側の部分がアノードに対向する時間が長くなるように、基板がアノードに対向する部分を移動させることにより、基板の中心側の部分の通電時間を基板の外周側の部分の通電時間よりも長くして、各点を流れる電流値と通電時間との積を基板の全面に亘って同一とすることができる。従って、基板に形成されるめっき膜の膜厚を基板の全面において均一にすることができる。
【００６５】
また、基板の中心側の部分とアノードとの離間距離を、基板の外周側の部分とアノードとの離間距離より小さくしたことにより、基板の中心側の部分におけるめっき液の抵抗値を基板の外周側の部分に比べて小さくすることができるので、基板の中心側の部分を流れる電流値を基板の外周側の部分に比べて大きくすることができ、基板に形成されるめっき膜の膜厚を基板の全面に亘って均一にすることができる。
【００６６】
更に、めっき処理中に上記基板とアノードとの離間距離を変化させることにより、めっき処理の開始時においては、基板の中心側の電位勾配が外周側に比べて高くなるので、基板の中心側に多くのめっき膜が形成され、その後、基板とアノードとの離間距離を大きくすることで、この関係を逆転させることができるため、基板全面のめっき膜の膜厚を均一とすることが可能となる。
【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】本発明の第１の実施形態におけるめっき装置の全体構成を示す平面図である。
【図３】図２のめっきユニットを示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図４の部分拡大断面図である。
【図６】図３の正面図である。
【図７】図３の右側面図である。
【図８】図３の背面図である。
【図９】図３の左側面図である。
【図１０】プレコート・回収アームを示す正面図である。
【図１１】基板保持部の平面図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１３】図１１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】カソード部３８の平面図である。
【図１５】図１４のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１６】電極アーム部の平面図である。
【図１７】基板保持部を含む図１６の縦断正面図である。
【図１８】図１６のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１９】図１８の一部を拡大して示す拡大図である。
【図２０】電極アーム部の電極部のハウジングを除いた状態の平面図である。
【図２１】本発明の第１の実施形態における基板とアノードとの関係を示す平面図である。
【図２２】本発明の第２の実施形態における電極アーム部の平面図である。
【図２３】本発明の第２の実施形態における基板とアノードとの関係を示す平面図である。
【図２４】本発明の第３の実施形態におけるめっき装置における電極部と基板との関係を示す模式図である。
【図２５】本発明の他の実施形態におけるめっき装置における電極部と基板との関係を示す模式図である。
【図２６】本発明の第４の実施形態における基板とアノードとの関係を示す模式図であり、（ａ）はめっき処理の開始時の状態、（ｂ）はめっき処理の完了時の状態を示す。
【図２７】図２７（ａ）は図２６（ａ）の状態における等電位線図、図２７（ｂ）は図２６（ｂ）の状態における等電位線図である。
【図２８】本発明を適用したフェイスダウン式のめっき装置の全体構成図である。
【図２９】一般的なめっき装置及びそのめっき処理によって形成される回路を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１０    ロード・アンロード部
１２    めっきユニット
１４    搬送ロボット
２０    基板処理部
２２    めっき液トレー
２６    揺動アーム
２８    電極部
３０    電極アーム部
３２    プレコート・回収アーム
３４    固定ノズル
３６    基板保持部
３８    カソード部
４０    カップ
４６    回転モータ（基板回転装置）
５０    基板搬出入口
５４    上下動モータ（引き離し装置）
５８    支持軸
６４    プレコートノズル
６６    めっき液回収ノズル
６８    ステージ
７０    支持腕
７２    位置決め板
７４    押付け片
７６    チャック爪
７８    コイルばね
８０    押圧棒
８２    支持板
８４    支柱
８６    枠体
８８    カソード電極
９０    シール材
９２    ボールベアリング
９４    ハウジング
９８    アノード
９８ａ  めっき液供給口
９８ｂ  通孔
９９    回転モータ（アノード回転装置、アノード並進装置）
１００    吸引室
１０２    めっき液供給管
１０４    めっき液導入管
１０４ｂ  めっき液導入口
１０６    めっき液排出管
１１０    めっき液含浸材
１１２    固定ピン
【図１】
0003797860.tif 000002
【図２】
0003797860.tif 000003
【図３】
0003797860.tif 000004
【図４】
0003797860.tif 000005
【図５】
0003797860.tif 000006
【図６】
0003797860.tif 000007
【図７】
0003797860.tif 000008
【図８】
0003797860.tif 000009
【図９】
0003797860.tif 000010
【図１０】
0003797860.tif 000011
【図１１】
0003797860.tif 000012
【図１２】
0003797860.tif 000013
【図１３】
0003797860.tif 000014
【図１４】
0003797860.tif 000015
【図１５】
0003797860.tif 000016
【図１６】
0003797860.tif 000017
【図１７】
0003797860.tif 000018
【図１８】
0003797860.tif 000019
【図１９】
0003797860.tif 000020
【図２０】
0003797860.tif 000021
【図２１】
0003797860.tif 000022
【図２２】
0003797860.tif 000023
【図２３】
0003797860.tif 000024
【図２４】
0003797860.tif 000025
【図２５】
0003797860.tif 000026
【図２６】
0003797860.tif 000027
【図２７】
0003797860.tif 000028
【図２８】
0003797860.tif 000029
【図２９】
0003797860.tif 000030