(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき槽の上部開口に沿って設けられたウェハー支持部と、このウェハー支持部の下側位置に設けられためっき槽の内部から外部に貫通する液流出路と、めっき槽底部に設けられた液供給管と、ウェハー支持部に載置されたウェハーのめっき対象面下方付近におけるめっき液流動を強制的に変更させるための攪拌翼を有したドーナツ形状の円板からなる撹拌手段と、を備えたものであるカップ式めっき装置において、
撹拌手段は、めっき槽内に複数配置され、各円板がめっき対象面と平行に支持されるとともに、液供給管から供給されるめっき液の上昇流に対して垂直に回転するようにし、
めっき槽内で、めっき対象面と平行な平面内で遊星運動をするように移動可能とされたことを特徴とするカップ式めっき装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体用のウェハーにめっきを施すカップ式めっき装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体用のウェハーにめっき処理する装置としては、いわゆるカップ式めっき装置と呼ばれるものが知られている。このカップ式めっき装置は、めっき槽の上部開口に沿って設けられたウェハー支持部と、このウェハー支持部の下側位置に設けられためっき槽の内部から外部に貫通する液流出路と、めっき槽底部に設けられた液供給管とを備え、液供給管から上昇流で供給されるめっき液に液流出路からめっき槽の外部へ流出する流れを形成させ、このめっき液にウェハー支持部に載置されたウェハーのめっき対象面を接触させることで、めっき処理を行うようになっている。
【０００３】
このカップ式めっき装置は、めっき液をめっき対象面に向けて上昇流で供給するため、めっき対象面には、その中央から周辺方向に広がるような流動状態でめっき液が接触することとなり、めっき対象面全面に効率にめっき処理が行えるという特長を有する。そして、ウェハー支持部へ載置するウェハーを順次取り替えてめっき処理を行うことができるので、小ロット生産やウェハーめっき処理の自動化に好適なものとして広く利用されている。
【０００４】
しかし、このカップ式めっき装置では、ウェハー支持部の下側位置に設けられている液流出路とウェハー支持部に載置されたウェハーのめっき対象面との間に、僅かな段差が生じて角部を形成する。そのため、その角部でめっき液の流動が滞留し、その影響により、めっき対象面の周辺部分において不均一なめっき処理をする現象があった。
【０００５】
このことに対して、本発明者は、ウェハーのめっき対象面周辺の下方付近におけるめっき液流動を強制的に変更させるための撹拌翼を有したドーナツ形状の円板からなる撹拌手段を備えることで、めっき対象面周辺の下方付近におけるめっき液流動を強制的に撹拌しながらめっき処理を行うカップ式めっき装置を提案した（特開２００１−６４７９５）。
【０００６】
この撹拌手段をカップ式めっき装置に備えることで、めっき対象面の周辺部分に生じやすいめっき液流動の滞留が解消され、めっき対象面の周辺部分におけるめっき処理の均一性向上を図ることが可能となった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、昨今のウェハーの加工処理では、ウェハー表面に非常に微細な配線加工が施されることが多くなっている。そして、このような微細配線を形成したウェハー表面をめっき対象面にしても、均一なめっき処理を行える技術が要求されている。特に、ウェハー表面に形成した微細配線に対してめっき処理する際に、配線の間隙内にボイドなどを形成しないようにして、配線間隙の埋め込みめっき処理ができるとももに、めっき対象面全面で均一な厚みとなるめっき処理を、確実に実現できるめっき処理技術が強く要望されている。
【０００８】
この微細配線を形成したウェハー表面をめっき対象面として、その全面で上述するような均一なめっき処理を実現するには、そのめっき対象面の全面に亘り、めっき液を万遍なく均一に接触させることが必要となる。つまり、めっき対象面の全面において、めっき液流動の滞留や偏流等が生じることを極力防止し、めっき液中の混入するエアーなどをめっき対象面に滞留させないことが必要となる。
【０００９】
先に本発明者が提案した撹拌手段は、めっき対象面の周辺部分におけるめっき液流動の滞留は十分に解消できるものの、めっき対象面の全面的にはめっき液流動を変更できるようになってはいない。つまり、微細配線を形成したウェハー表面に対し、その全面で均一なめっき処理を確実に実現するためには、今ひとつ満足できる撹拌を行っているものとはいえない。
【００１０】
また、最近のウェハー製造技術の進展に伴い、めっき処理するウェハー自体が大型化しており、従来よりも相当に広い面積を有したウェハーをめっき処理することが多くなってきており、このような大面積のウェハー表面に対して、全面的に均一にめっき処理を可能とするためにも、更なる改良技術が必要と考えられる。
【００１１】
そこで、本発明は、近年のウェハーめっき処理に関する技術要求に十分に対応可能なめっき処理技術を提供するものであり、具体的には、ウェハーのめっき対象面の全面に亘り、めっき液を万遍なく均一に接触させ、微細配線加工が施されたウェハー表面や大型のウェハーであっても、めっき対象面全面で均一なめっき処理が可能であるカップ式めっき装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、めっき槽の上部開口に沿って設けられたウェハー支持部と、このウェハー支持部の下側位置に設けられためっき槽の内部から外部に貫通する液流出路と、めっき槽底部に設けられた液供給管と、ウェハー支持部に載置されたウェハーのめっき対象面下方付近におけるめっき液流動を強制的に変更させるための撹拌翼を有したドーナツ形状の円板からなる撹拌手段と、を備えたものであるカップ式めっき装置において、撹拌手段は、めっき槽内に複数配置され、各円板がめっき対象面と平行に支持されるとともに、液供給管から供給されるめっき液の上昇流に対して垂直に回転するようにした。
【００１３】
本発明者が従来提案したカップ式めっき装置では、めっき対象面の周辺部分におけるめっき液流動の変更は十分に可能であるものの、めっき対象面全面におけるめっき液流動を変更できるようになってはいない。しかし、本発明のカップ式めっき装置では、撹拌翼を有したドーナツ形状の円板からなる撹拌手段が、複数めっき槽内に配置されているので、めっき対象面の全面に対して、めっき液を万遍なく接触させるようにすることが可能となる。つまり、めっき対象面全面に亘り、めっき液流動の滞留や偏流等が極力解消され、また、めっき液中に混入するエアーなどの滞留を確実に防止することが可能となる。
【００１４】
本発明に係るカップ式めっき装置において、上昇流で供給されためっき液は、めっき対象面の中央付近から周辺方向に広がる流動状態を定常的に形成するため、めっき液中のめっき金属イオンは、めっき対象面の中心付近と周辺付近とでは、そのイオン供給量の差異が生じやすい傾向があり、特に電流密度を高くしてめっき処理すると、中心付近と周辺付近とでのめっき性状が不均一となる傾向がある。ところが、本発明のカップ式めっき装置によれば、液供給管より供給されるめっき液の上昇流は、撹拌手段により、その流動方向を変えられ、めっき対象面全面で非常にランダムな液流動状態となる。従って、めっき対象面の全面で、めっき金属イオンが万遍なく均一的に供給されることになり、非常に均一性の高いめっき処理ができるのである。また、めっき液は、ランダムな液流動状態で、めっき対象面全面に亘り接触することになるので、めっき液の流動状態によって生じやすい、液流れ状の不均一なめっき外観も生じなくなる。さらに、めっき液中に混入するエアー等についても、めっき対象面の全面において滞留することを防止できることになり、微細配線加工がされたウェハー表面であっても、配線間隙内にボイドを形成することなく、配線間隙内の埋め込みめっき処理が可能となる。
【００１５】
本発明における撹拌手段は、めっき対象面の下方付近におけるめっき液流動を強制的に変更させるための撹拌翼が設けられたドーナツ形状の円板からなるもので、該円板をめっき対象面と平行に支持するとともに、液供給管から供給されるめっき液の上昇流に対して垂直に回転させることで、撹拌翼によってめっき液を撹拌できる。そして、本発明のカップ式めっき装置は、この撹拌手段がめっき槽内に複数配置される。
【００１６】
つまり、少なくとも２個以上の撹拌手段をめっき槽内に配置するものであり、カップ式めっき装置の構造上若しくは設計上の制約がないかぎり、その配置する数に制限はない。また、めっき槽内に配置する各撹拌手段の大きさも適宜決定できるもので、めっき槽の内部直径よりも、小さな直径を有する大きさのドーナツ形状円板に撹拌翼を設けたものを、めっき槽内に複数配置できるのであれば、どのような大きさであっても構わない。例えば、円板の直径が段階的に小さくなった撹拌手段を複数準備し、これら撹拌手段を同心円状に配置することでもよい。また、めっき槽内部の半径以下の直径とした円板からなる撹拌手段を２〜３個準備し、めっき対象面の中央を中心として、その中心周りに各撹拌手段を配置することでもよい。要するに、本発明のカップ式めっき装置における複数の撹拌手段は、ウェハーのめっき対象面の全面に対して、めっき液を万遍なく均一に接触できるよう、上昇流で供給されるめっき液を撹拌できるように配置されればよいものである。
【００１７】
そして、本発明のカップ式めっき装置では、各撹拌手段がめっき槽内で移動可能とされていることが好ましい。撹拌手段自体がめっき槽内を移動すると、めっき対象面全面において、よりランダムに液流動状態を変更できるからである。その結果、めっき対象面へのめっき液の接触を、めっき対象面全面に万遍なく、より均一に行えることになる。この撹拌手段の移動は、上下、左右、前後のいずれの方向であってもよく、めっき槽内に配置される複数の撹拌手段が、お互いに衝突しないように移動できるものであればよい。
【００１８】
また、複数の撹拌手段をめっき槽内で移動可能とする場合、めっき対象面と平行な平面内で各撹拌手段が遊星運動させるようにすることが望ましい。例えば、めっき槽の中央に太陽歯車を配置し、その太陽歯車の周りに、各撹拌手段の円板を遊星歯車として噛合させ、各撹拌手段が太陽歯車の周りを移動しながら、各撹拌手段の円板自体も回転させるのである。このように歯車と撹拌手段とを組み合わせて、めっき槽内を撹拌手段が遊星運動するようにすると、めっき槽内に配置する複数の撹拌手段の移動が、比較的容易に実現することが可能となり、装置設計的にも簡単に、本発明のカップ式めっき装置とすることができるのである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るカップ式めっき装置の好ましい一実施形態について説明する。図１は本実施形態におけるカップ式めっき装置のめっき槽断面概略を表したものである。図１で示すように、本実施形態におけるカップ式めっき装置は、めっき槽１の上部開口に沿ってウェハー支持部２が設けられており、このウェハー支持部２にウェハー３を載置して、ウェハー３のめっき対象面４に対してめっき処理が行うものである。このウェハー支持部２は、図示を省略するカソードとその下にあるめっき液漏洩防止用のシールパッキン５とにより構成されている。
【００２０】
また、めっき槽１の底部中央には、主めっき液供給管６が設けられており、ウェハー支持部２の下側位置には、めっき対象面４の中心付近に到達しためっき液がウェハー２の外周に向かう方向に広がる流れを形成するように、めっき液を外部に溢出させるための主めっき液流出路７が設けられている。
【００２１】
そして、めっき槽１内には隔膜８が、主めっき液供給管６の周囲にすり鉢状に配置されている。つまり、主めっき液供給管６から外周に向けて上昇した傾斜を有した状態にされた隔膜８が配置されている。また、隔膜８下方には、主めっき液供給管６の周囲に、円盤状に形成されたアノード９が配置されている。尚、この隔膜８は、めっき液に対して耐薬品性を有し、絶縁性の材料で形成された多孔性の膜であり、めっき液中のイオンを介してアノード９とウェハー３との電導が行える特性を有する。
【００２２】
このように本実施形態に係るカップ式めっき装置においては、めっき槽１内が、隔膜８によって、上方にウェハー側隔離室１０を、下方にアノード側隔離室１１を形成している。このアノード側隔離室１１には、めっき槽１底側より、主めっき液供給管６とは別にめっき液を供給するための補助めっき液供給管１２が設けられ、アノード側隔離室１１の外側に、アノード側隔離室１１に供給されためっき液を排出する補助めっき液貯留室１３が設けられている。そして、補助めっき液貯留室１３には、めっき液を排出するための補助めっき液排出管１４も設けられている。
【００２３】
ウェハー側隔離室１２には、めっき対象面４の下方位置に、２個の撹拌体１５、１５が配置されており、この撹拌体１５は、ドーナツ形状の円板１６に複数のインペラ１７が立設されたものである。図２には、図１で示したカップ式めっき装置を上方から見た際の平面図を示している。この図２では、撹拌体１５と関わる各歯車の配置が明確となるように、撹拌体及び歯車の配置を示すのに邪魔な部分については図示を省略している。
【００２４】
図１及び図２で示すように、２個の撹拌体１５は、主めっき液供給管６に取り付けられた太陽歯車１８と、めっき槽１の内部直径に略等しい直径を有する外周歯車１９との間に配置されている。撹拌体１５を構成する円板１６の外周側面は、図示を省略するが、太陽歯車１８と外周歯車１９と噛合する歯が形成されている。また、外周歯車１９は、内周面側及び外周面側の両方に歯が形成されており、外周歯車１９の外周面側には、外周歯車を回転させるための駆動用歯車２０が噛合されている。この駆動用歯車２０は、駆動シャフト２１に連動するようにされたベベルギア２２と接続されている。
【００２５】
本実施形態での２個の撹拌体は、次ぎにようにして、太陽歯車を中心に遊星運動を行う。駆動シャフト２１を回転することで、ベベルギア２２を介して駆動用歯車２０が回転する。そして、外周歯車１９が回転する。図２に示す矢印方向に、外周歯車１９が回転すると、２つの撹拌体１５、１５のそれぞれは外周歯車１９の回転方向と同じ方向に回転移動することになり、各撹拌体１５の円板１６も矢印方向に自転する。つまり、２つの撹拌体１５は、太陽歯車１８の周囲でいわゆる遊星運動をするのである。
【００２６】
本実施形態のカップ式めっき装置は、主めっき液供給管６より上昇流で供給されためっき液が、ウェハー支持部２に載置されたウェハー３のめっき対象面４に到達し、めっき対象面４の外周に向かう方向に広がるようなめっき液の流動状態を形成する。撹拌体１５は、このようなめっき液流動を大きくその状態を変更することになる。つまり、撹拌体１５の遊星運動により、めっき対象面４の周辺部分のみならず、全面に亘ってめっき液を撹拌することになる。従って、めっき対象面４の全面で、万遍なく、均一にめっき液を接触することが可能となる。
【００２７】
尚、本実施形態においては、２個の撹拌体をめっき槽内に配置した場合を例にしているが、この撹拌体は３個以上の数を配置することも当然に可能なものである。また、図１及び図２で示した２個の撹拌体を１個にして、１個の撹拌体を遊星運動させることによっても、めっき対象面の全面に亘り、めっき液の液流動を変更することは可能であるが、めっき液の撹拌を効率よく行うには２個以上の撹拌体を配置する方がよい。
【００２８】
本実施形態で示したカップ式めっき装置を用いて、０．１〜１．０μｍ幅の間隙を有した微細配線（深さ１．０μｍ）が表面に形成されたウェハーに対して、硫酸銅めっき液を使用して銅の電解めっき処理を行ったところ、微細配線の間隙にボイド等の欠陥を生じることなく銅の埋め込みができ、めっき対象面全面において均一な性状のめっき処理が行えた。また、従来のウェハー直径８インチのものはもとより、直径２０インチの大型サイズのウェハーに対しても、めっき対象面の中心付近と周辺部分とでめっき性状の相違も生じず、めっき対象面全面で均一なめっき処理が行えた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のカップ式めっき装置によれば、ウェハーのめっき対象面の全面に亘り、めっき液を万遍なく均一に接触させることができ、微細配線を有しためっき対象面や大型のウェハーであっても、めっき対象面全面において均一なめっき処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態におけるカップ式めっき装置のめっき槽断面図。
【図２】本実施形態におけるカップ式めっき装置の平面概略図。
【符号の説明】
１  めっき槽
２  ウェハー支持部
３  ウェハー
４  めっき対象面
５  シールパッキン
６  主めっき液供給管
７  主めっき液流出路
８  隔膜
９  アノード
１０  ウェハー側隔離室
１１  アノード側隔離室
１２  補助めっき液供給管
１３  補助めっき液貯留室
１４  補助めっき液排出管
１５  撹拌体
１６  ドーナツ形円板
１７  撹拌翼
１８  太陽歯車
１９  外周歯車
２０  駆動用歯車
２１  駆動シャフト
２２  ベベルギア
【図１】
0003746221.tif 000002
【図２】
0003746221.tif 000003