めっき方法及びめっき装置
【課題】基板の表面に泡が残る泡かみを防止しつつ、液入れ時間を短縮して、めっき初期に基板の全めっき領域に亘るより均一なめっきを行うことができるようにする。
【解決手段】アノード３０を浸漬させためっき液を、弾性を有する保水性材料からなるめっき液保持体４０の内部に保持し、めっき液保持体４０を基板Ｗの表面に接触させて該めっき液保持体４０で保持しためっき液Ｑを基板Ｗの表面に供給して、めっき液Ｑを基板Ｗの表面に供給して全めっき領域に行き渡させる液入れを、好ましくは、０．５秒以内に完了させる。
【解決手段】アノード３０を浸漬させためっき液を、弾性を有する保水性材料からなるめっき液保持体４０の内部に保持し、めっき液保持体４０を基板Ｗの表面に接触させて該めっき液保持体４０で保持しためっき液Ｑを基板Ｗの表面に供給して、めっき液Ｑを基板Ｗの表面に供給して全めっき領域に行き渡させる液入れを、好ましくは、０．５秒以内に完了させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はめっき方法及びめっき装置に係り、特に半導体ウェーハなどの基板に形成された配線パターンに銅等の金属（配線材料）を埋込んで配線を形成するのに使用されるめっき方法及びめっき装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板上に配線回路を形成するための金属材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹部の内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜し、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図１は、この種の銅配線基板Ｗの製造例を工程順に示す。先ず、図１（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２やＬｏｗ−ｋ材等からなる絶縁膜２を堆積し、リソグラフィ・エッチング技術によりビアホール３と配線溝４を形成し、その上にＴａＮ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を形成する。
【０００４】
そして、図１（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、基板Ｗのビアホール３及び配線溝４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅膜６、シード層７及びバリア層５を除去して、ビアホール３及び配線溝４内に充填させた銅膜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、絶縁膜２の内部に銅膜６からなる配線を形成する。
【０００５】
この種の基板の表面に銅めっきを行う電解めっき装置としては、シード層を形成した表面（被めっき面）を下向きにして基板を保持し、基板の下面に銅めっきを行うようにした、いわゆるフェースダウン方式のめっき装置と、表面（被めっき面）を上向きして基板を保持し、基板の上面に銅めっきを行うようにした、いわゆるフェースアップ方式のめっき装置が一般に知られている。
【０００６】
フェースダウン方式のめっき装置では、一般に、アノードを浸漬させ、内部に基板に向けて下から上に流れるめっき液の噴流（上昇流）を形成しためっき浴を保持しためっき槽の内部に、表面を下向きのままの基板を入槽させてめっきを開始するようにしている。この時、基板の入槽角度、基板の速度、またはめっき液の噴流の状態等を調整することにより、めっきの最適化を図ることができる。一方、フェースアップ方式のめっき装置では、一般に、アノードを下降させて基板に近づけ、基板の上面にめっき液を入れ、基板の上面（表面）とアノードとの間をめっき液で満たしてめっきを開始するようにしている。
【０００７】
フェースアップ方式のめっき装置として、アノード及び高抵抗構造体（多孔質構造体）を保持した電極ホルダ（電極ヘッド）を水平面に対して傾斜させながら、水平に保持した基板に向けて下降させたり、基板の上面にめっき液を供給するめっき液注入口の数を増やしたりすることで、基板の表面に泡が残る泡かみを防止するようにしためっき装置が知られている（特許文献１参照）。また、多孔質体（多孔質構造体）を基板の上面（表面）に接触させながらめっきを行うようにしためっき装置が知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−２５０７８５号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
フェースダウン方式のめっき装置の場合、アノードの下降速度や、基板表面の全めっき領域がめっき液に接するまでの時間（液入れ時間）を調整して、めっきの最適化を図るようにしている。しかし、フェースダウン方式のめっき装置は、フェースアップ方式のめっき装置と比較して、液入れ時間が長くかかるという問題がある。これは、いずれの調整方法でも、基板とアノード等との間に泡が残る泡かみが起こる現象を防止する事と、液入れ時間を短縮する事とは、トレードオフの関係になりやすいからである。
【０００９】
ここで、液入れ時間が長くなると、基板表面の各箇所により、めっき膜が付き始めるタイミングに大きなずれが生じる。そして、例えば近年のより薄膜化したシード層を持った基板や、高抵抗シード層を持った基板に対してめっきを行う時に、めっき膜が付き始めるタイミングに大きなずれが生じると、めっき膜の面内均一性や配線埋込み性に対して大きな悪影響を与えてしまう。このため、特に、シード層の溶解の影響を受けやすい銅薄膜シード層を有する基板や、めっき膜の面内均一性の確保が一般に難しいルテニウム等の高抵抗シード層を持つ基板に対してめっきを行う場合には、液入れ時間を短縮することが強く望まれている。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、基板の表面に泡が残る泡かみを防止しつつ、液入れ時間を短縮して、めっき初期に基板の全めっき領域に亘るより均一なめっきを行うことができるようにしためっき方法及びめっき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】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、アノードを浸漬させためっき液を、弾性を有する保水性材料からなるめっき液保持体の内部に保持し、前記めっき液保持体を基板の表面に接触させて該めっき液保持体で保持しためっき液を基板の表面に供給することを特徴とするめっき方法である。
【００１２】
これにより、めっき液保持体で保持しためっき液を、該めっき液保持体と基板との接触に伴って、基板表面に素早く供給し、泡かみが生じることなく、めっき液が基板表面の全めっき領域に素早く拡がるようにして、めっき初期に基板の全めっき領域に亘るより均一なめっきを行うことができる。めっき液保持体として、基板よりも柔らかいものを使用することが好ましく、これにより基板へのダメージをより少なくすることができる。
【００１３】
このめっき液の液入れ方法で泡かみが起こるケースは、（１）めっき液保持体を基板に接触させた時、両者の間に挟まれて逃げ場を失った気泡がめっき時も基板上に滞在するケースと、（２）めっき液保持体自体に含まれている気泡が基板上に押出されるケース、が考えられる。ここで、（１）については、めっき液保持体として保水性に優れた材料を使用し、接触に伴って基板上に流れ出るめっき液の量を増やして気泡をめっき液と共に外方に押出すことにより、（２）については、めっき液保持体を電極ヘッドに組む前にめっき液保持体の脱気を行い、めっき時も泡がかむことがないようにしてめっき液保持体を使用することにより、めっき液の液入れ時に泡かみが生じることを防止することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、基板表面の全めっき領域を前記めっき液保持体から供給されるめっき液に接触させるめっき液の液入れを、０．５秒以内に完了することを特徴とする請求項１記載のめっき方法である。
【００１５】
めっき液を保持しためっき液保持体を、基板に接触させた後、更に基板に向けて押付けて、めっき液保持体の基板に対する密着度を高めることで、めっき液の液入れ速度を高めることができる。めっき液保持体を基板に向けて押圧する場合は、基板へのダメージを小さくするために、押付け圧力は、一般には３ｐｓｉ（約２０７ｈＰａ）以下で、１ｐｓｉ（約６９ｈＰａ）以下であることが好ましい。押付け速度（めっき液保持体の移動（下降）速度）は、５ｍｍ／ｓｅｃ以上であることが好ましく、これによって、めっき液の液入れを、０．５秒以内に完了することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記アノードと基板との間に電圧を印加しながら、前記めっき液保持体を基板に接触させることを特徴とする請求項１または２記載のめっき方法である。
【００１７】
例えば、シード層が銅からなり、このシード層の表面にめっきを行う場合、銅シード層は、めっき液に接触すると溶解するが、アノードと基板（シード層）との間に電圧を印加しながら、つまりめっきを行いながらめっき液保持体を基板に接触させることで、銅シード層がめっき液保持体から供給されるめっき液に接触して溶解することを防止できる。このアノードと基板との間に印加する電圧は、定電圧でも、アノードと基板との間を一定の電流が流れるような電圧でもよい。シード層がめっき液に溶解しないルテニウムからなる場合、このような必要はない。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記めっき液保持体を基板に接触させた後、基板から離してめっきを行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のめっき方法である。
このように、めっき液保持体を基板に接触させた後、基板から離してめっきを行うことで、基板の全めっき領域に膜質が良く均一な膜厚のめっき膜を形成することができる。このめっき液保持体を基板に接触させる時間は、例えば３秒程度であることが好ましく、これによって、めっき膜の膜質が悪化したり、めっき液保持体がめっきされたりすることを防止できる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記めっき液保持体を基板に接触させた後、基板の表面にめっき液を更に供給することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のめっき方法である。
めっき液の液入れのためにめっき液保持体から供給されるめっき液の量は僅かで良く、めっき液保持体を基板に接触させた後、更にめっき液を供給することで、めっきに必要な十分な量のめっき液を確保することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部で保持した基板の表面の周縁部に当接して該周縁部をシールするシール材と、前記基板保持部で保持した基板と接触して通電させるカソード接点と、前記基板保持部で保持した表面に対向する位置に配置されるアノードと、前記アノードと前記基板保持部で保持した基板の表面との間に配置され、前記アノードを浸漬させためっき液を内部に保持する弾性を有する保水性材料からなるめっき液保持体と、前記めっき液保持体を基板に接離させる駆動機構を有することを特徴とするめっき装置である。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、前記めっき液保持体の基板側表面は、基板に向けて突出する凸状面、または基板の表面と平行な平坦面であることを特徴とする請求項８記載のめっき装置である。
【００２２】
めっき液保持体の基板側表面を、基板に向けて、例えば球面状に突出する凸状面にすることで、めっき液保持体を基板に接触させてめっき保持体で保持しためっき液を基板の表面に供給する時、めっき液保持体と基板との接触面が中央部から同心円状に徐々に外方に拡がるようにして、逃げ場を失った気泡が基板上に残ってしまうことをより確実に防止することができる。このめっき液保持体の基板側表面は、例えば基板の直径が300ｍｍの時、曲率半径が8000ｍｍ以下の球面状で、基板の直径が450ｍｍの時、曲率半券が20000ｍｍ以下の球面状であることが好ましい。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、前記めっき液保持体の平均厚さは、１０ｍｍ以内であることを特徴とする請求項６または７記載のめっき装置である。
これにより、例えば、下記のように、めっき液保持体とアノードとの間に多孔質構造体を介在させた時、多孔質構造体と基板との距離が拡がって、めっき膜厚の面内均一性に悪影響を与えることを防止することができる。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、前記めっき液保持体は、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエチレン、ＰＶＣまたはテフロン（登録商標）からなることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のめっき装置である。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、前記アノードと前記めっき液保持体との間に多孔質構造体を有することを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のめっき装置である。
これにより、多孔質構造体に保持されるめっき液によって、基板とアノードとの間のめっき液による抵抗値を上げることで、基板表面の全面に亘る電解分布をより均一にして、めっき膜厚の面内均一性を更に向上させることができる。
【００２６】
請求項１１に記載の発明は、前記多孔質構造体の基板側表面は、基板に向けて突出する凸状面、または基板の表面と平行な平坦面であることを特徴とする請求項１０記載のめっき装置である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、めっき液の液入れを、泡かみが生じることを防止しつつ、例えば０．５秒以内で素早く行って、めっき初期におけるめっき膜の成長を全めっき領域に亘ってより均一にすることができる。液入れ後は、めっき液保持体を基板から直ぐに離すことが好ましく、これにより、膜質が良く、膜厚の優れた面内均一性を有するめっき膜を成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下の例では、図１（ａ）に示す、配線溝４等を含む全表面にシード層７を形成した基板Ｗを用意し、電解銅めっきによって、シード層７の表面に、図１（ｂ）に示すように、配線材料としての銅膜６を形成するようにした例を示す。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態のめっき装置の概要を示す。図２に示すように、めっき装置は、揺動アーム（図示せず）に取付けられ、駆動機構（図示せず）を介して上下動自在な電極ヘッド１０を有している。電極ヘッド１０の下方に位置して、シード層７を形成した表面（被めっき面）を上向きにして基板Ｗを保持する基板保持部１２が上下動自在に配置され、この基板保持部１２の上方には、該基板保持部１２の周縁部を囲繞するようにカソード部１４が配置されている。基板保持部１２は、例えば、真空吸着によって、基板Ｗを着脱自在に保持するようになっている。
【００３０】
この例では、電極ヘッド１０として、下記の多孔質構造体２４の径が基板保持部１２の径より僅かに小さい径を有するものを使用し、電極ヘッド１０と基板保持部１２との相対位置を変化させることなく、基板保持部１２で保持した基板Ｗの表面（被めっき面）のほぼ全面に亘ってめっきを行えるようにした例を示している。
電極ヘッド１０の駆動機構は、例えばサーボモータからなる上下動モータとボールねじとを介して、電極ヘッド１０を上下動させるように構成されているが、モータの代わりに空気圧アクチュエータを使用しても良い。
【００３１】
カソード部１４は、この例では６分割されたカソード接点１６と、このカソード接点１６の上方を覆うように取付けた環状のシール材１８を有しており、シール材１８の周囲は、めっき液の流出を堰き止める円筒状のめっき液堰２０で包囲されている。シール材１８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。
【００３２】
これにより、基板保持部１２が上昇した時に、この基板保持部１２で保持した基板Ｗのシード層７の周縁部にカソード接点１６が押付けられて通電し、同時にシール材１８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Ｗ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ともに、めっき液がカソード接点１６を汚染することを防止するようになっている。
この例において、カソード部１４は、上下動不能で基板保持部１２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１８が基板Ｗの被めっき面に圧接するように構成しても良い。
【００３３】
電極ヘッド１０は、下方に開口した有底円筒状のハウジング２２と、このハウジング２２の下端開口部を塞ぐように配置された多孔質構造体２４とを有している。すなわち、ハウジング２２の下部には、内方に突出した内方突出部２２ａが、多孔質構造体２４の上部にはフランジ部２４ａがそれぞれ設けられ、このフランジ部２４ａをハウジング２２の内方突出部２２ａに引っ掛けることで、ハウジング２２に多孔質構造体２４が保持されている。これによって、ハウジング２２の内部に、多孔質構造体２４で閉塞された中空のアノード室２６が区画形成されている。
【００３４】
多孔質構造体２４は、アルミナ、ＳｉＣ、ムライト、ジルコニア、チタニア、コージライト等の多孔質セラミックスまたはポリプロピレンやポリエチレンの焼結体等の硬質多孔質体、あるいはこれらの複合体、更には織布や不織布で構成される。例えば、アルミナ系セラミックスにあっては、ポア径３０〜２００μｍ、ＳｉＣにあっては、ポア径３０μｍ以下、気孔率２０〜９５％、厚み１〜２０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍ、更に好ましくは８〜１５ｍｍ程度のものが使用される。この例では、例えば気孔率３０％、平均ポア径１００μｍでアルミナ製の多孔質セラミックス板から構成されている。そして、この内部にめっき液を含有させることで、つまり多孔質セラミックス板自体は絶縁体であるが、この内部にめっき液を複雑に入り込ませ、厚さ方向にかなり長い経路を辿らせることで、めっき液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有するように構成されている。
【００３５】
このように多孔質構造体２４を備え、この多孔質構造体２４によって大きな抵抗を発生させることで、シード層７（図１（ａ）参照）の抵抗の影響を無視できる程度となし、基板Ｗの表面の電気抵抗による電流密度の面内差を小さくして、めっき膜の面内均一性を向上させることができる。多孔質構造体２４の外周部には、ここを電気的にシールするゴム製のシールドリング２８が配置されている。
【００３６】
アノード室２６の内部には、平板状のアノード３０が水平に配置されている。 アノード３０は、例えば、銅めっきを行う場合にあっては、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）で構成されているが、白金、チタン等の不溶解性金属あるいは金属上に白金等をめっきした不溶解性電極であってもよく、交換等が不要なことから、不溶解性金属あるいは不溶解性電極であることが好ましい。更に、めっき液の流通のしやすさ等から、網状であってもよい。
【００３７】
ハウジング２２には、アノード室２６内にめっき液Ｑを導入して該アノード室２６内をめっき液Ｑで満たすめっき液導入管３２と、アノード室２６内のめっき液Ｑを外部に排出するめっき液排出管３４が接続されている。
【００３８】
多孔質構造体２４の下面には、弾性を有する保水性材料からなり、内部にめっき液を保持するめっき液保持体４０が貼着等により取付けられている。この例では、アノード室２６内に供給されてアノード３０を浸漬させためっき液Ｑが、多孔質構造体２４の内部を通過してめっき液保持体４０内に流入して該めっき液保持体４０に保持されるようになっている。例えば、めっき液保持体４０に設けためっき液供給孔から、めっき液保持体４０の内部にめっき液を直接供給するようにしてもよい。
【００３９】
このめっき液保持体４０は、めっき液を保持して電気を通す、例えば、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエチレン、ＰＶＣまたはテフロン等の連続気孔を有する多孔質体からなり、基板Ｗに接触させ、必要に応じて、基板Ｗに向けて押付けることで、内部に保持しためっき液を基板Ｗの表面に供給するためのものである。めっき液保持体４０は、十分な量のめっき液を保持し、基板Ｗとの接触に伴って、保持しためっき液を基板Ｗの表面に素早く供給できるように、優れた保水性と弾性を有し、基板にダメージを与えることを防止するため、基板より柔らかい素材からなることが好ましい。なお、連続気孔を有していない場合には、上下に連通する多数の細孔を設けることで、めっき液をめっき液保持体で保持し、電流が流れるようにしてもよい。
【００４０】
このめっき液保持体４０の基板側表面４０ａは、基板Ｗに向けて球面状に突出する凸状面となっている。これにより、めっき液保持体４０を基板Ｗに接触させてめっき液保持体４０で保持しためっき液を基板Ｗの表面に供給する時、めっき液保持体４０と基板Ｗとの接触面が中央部から徐々に同心円状に外方に拡がるようにして、逃げ場を失った気泡が基板上に残ってしまうことをより確実に防止することができる。このめっき液保持体４０の基板側表面４０ａは、例えば基板Ｗの直径が300ｍｍの時、曲率半径が8000ｍｍ以下の球面状で、基板Ｗの直径が450ｍｍの時、曲率半券が20000ｍｍ以下の球面状であることが好ましい。また、めっき液保持体４０の基板側表面４０ａは、基板Ｗへのダメージを少なくし、かつめっき膜に欠陥が発生するのを防止するため、平滑性を有していることが好ましい。
【００４１】
めっき液保持体４０の平均厚さは、１０ｍｍ以内であることが好ましい。これにより、めっき時に、多孔質構造体２４と基板Ｗとの距離が拡がって、めっき膜厚の面内均一性に悪影響を与えることを防止することができる。
【００４２】
なお、この例では、めっき液保持体４０の外径は、基板Ｗの外径より小さく設定されている。つまり、例えば300ｍｍの基板Ｗに対して、めっき液保持体４０の外径は、カソード接点１６がシール材１８でシールされていることを考慮して、約296ｍｍに設定され、これによって、基板Ｗの表面の約296ｍｍφの範囲がめっき領域となるようになっている。
【００４３】
基板保持部１２で保持された基板Ｗの外周部上方に位置して、電極ヘッド１０とシール材１８との間に向けてめっき液Ｑを注入するめっき液注入ノズル４２が配置されている。このめっき液注入ノズル４２は、めっき液Ｑを溜めためっき液タンク４４から延び、内部にめっき液注入ポンプ４６を介装しためっき液供給路４８に接続されている。
そして、電解めっきを行うときには、めっき電源５０の陽極をアノード３０に、陰極をカソード接点１６にそれぞれ接続して、アノード３０と基板Ｗの表面のシード層７との間にめっき電圧を印加する。
【００４４】
次に、このめっき装置でめっきを行う時の操作について説明する。
先ず、基板保持部１２の上面に、表面（被めっき面）を上向きにして基板Ｗを吸着等で保持した状態で、基板保持部１２を上昇させて、基板Ｗのシード層７の周縁部をカソード接点１６に接触させて通電可能な状態となし、更に上昇させ、基板Ｗの周縁部上面にシール材１８を圧接させて基板Ｗの周縁部を水密的にシールする。
【００４５】
一方、電極ヘッド１０にあっては、アイドリングを行ってめっき液の置換及び泡抜き等を行っている位置（アイドリング位置）から、めっき液Ｑをアノード室２６の内部に保持した状態で、所定の位置（プロセス位置）に位置させる。つまり、揺動アームを一旦上昇させ、更に旋回させることで、電極ヘッド１０を基板保持部１２の直上方位置に位置させ、しかる後、下降させて、図２に示すように、電極ヘッド１０が所定の位置（プロセス位置）に達した時に停止させる。この時、アノード室２６内に導入されてアノード３０を浸漬させためっき液Ｑの一部は、多孔質構造体２４を通過してめっき液保持体４０に流入し該めっき液保持体４０で保持される。
【００４６】
次に、めっき電源５０を介して、アノード３０と基板Ｗの表面のシード層７との間に電圧を印加しながら、駆動機構を介して、電極ヘッド１０を所定の速度で降下させて、図３に示すように、めっき液保持体４０を基板Ｗの表面に接触させ、更に、必要に応じて、基板Ｗに向けて押付ける。これによって、めっき液保持体４０を弾性変形させて、この内部に保持しためっき液Ｑを基板Ｗの表面に素早く供給する。この例によれば、めっき液保持体４０で保持されためっき液Ｑが基板Ｗの中心部から同心円状に外周に向かって基板上を押出されて通電が始まり、めっき液Ｑが基板Ｗの全めっき領域に接してめっき液の液入れが完了する。
【００４７】
特に、めっき液保持体４０を、基板Ｗに接触させた後、更に基板Ｗに向けて押付けて、めっき液保持体４０の基板Ｗに対する密着度を高めることで、めっき液の液入れ速度を高めることができる。めっき液保持体４０を基板Ｗに向けて押圧する場合は、基板Ｗへのダメージを小さくするために、押付け圧力は、一般には３ｐｓｉ（約２０７ｈＰａ）以下で、１ｐｓｉ（約６９ｈＰａ）以下であることが好ましい。押付け速度（めっき液保持体４０の下降速度）は、５ｍｍ／ｓｅｃ以上であることが好ましく、これによって、めっき液の液入れを、０．５秒以内で完了することができる。
【００４８】
例えば、めっき液保持体４０としてポリウレタン製のパッドを使用し、押当て圧力０．２５ｐｓｉ（約１７ｈＰａ）で押当て速度５０ｍｍ／ｓｅｃの条件（１）と、押当て圧力０．２５ｐｓｉで押当て速度５ｍｍ／ｓｅｃの条件（２）でめっき液の液入れを行ったところ、図６に示すように、条件（１）では液入れ時間が０．１秒で、条件（２）では液入れ時間が０．４秒であった。これにより、めっき液の液入れを素早く終わらせることができることが判る。
【００４９】
シード層７が銅からなる場合、アノード３０とシード層７との間に電圧を印加しながらめっき液保持体４０を基板Ｗに接触させることで、シード層７がめっき液保持体４０から供給されるめっき液Ｑに接触して溶解することを防止できる。このアノード３０とシード層７との間に印加する電圧は、定電圧でも、アノードとシード層７との間を一定の電流が流れるような電圧でもよい。シード層７がめっき液に溶解しないルテニウムからなる場合、このような必要はなく、めっき液の液入れが完了した後に、アノード３０と基板Ｗの表面のシード層７との間にめっき電圧を印加するようにしてもよい。
【００５０】
次に、めっき液注入ポンプ４６を作動させて、図４に示すように、めっき液タンク４４内のめっき液Ｑを、基板保持部１２で保持された基板Ｗの外周部上方に配置されためっき液注入ノズル４２から基板Ｗとめっき液保持体４０の外周部に注入する。この時、シール材１８の上面に保持されるめっき液は、めっき液堰２０によって、外方への流出が堰き止められる。
【００５１】
次に、めっき液保持体４０を基板Ｗから離し、図５に示すように、めっき液注入ノズル４２から注入されためっき液Ｑを基板Ｗの上面に導き、基板Ｗと多孔質構造体２４との間をめっき液Ｑで満たして、そのまま連続してめっきを行う。この時、必要に応じて、基板保持部１２を基板Ｗと共に回転させる。
【００５２】
このように、めっき液保持体４０を基板Ｗに接触させた後、基板Ｗから離してめっきを行うことで、基板Ｗの全めっき領域に膜質が良く均一な膜厚のめっき膜を形成することができる。このめっき液保持体４０を基板にＷ接触させる時間は、例えば３秒程度であることが好ましく、これによって、めっき膜の膜質が悪化したり、めっき液保持体４０がめっきされたりすることを防止できる。
【００５３】
めっき液の液入れのためにめっき液保持体４０から供給されるめっき液の量は僅かで良く、めっき液保持体４０を基板Ｗに接触させた後、更にめっき液Ｑを供給することで、めっきに必要な十分な量のめっき液を確保することができる。しかも、基板保持部１２で保持された基板Ｗの外周部上方に配置されためっき液注入ノズル４２から基板Ｗとめっき液保持体４０の外周部にめっき液を注入することで、めっき液保持体４０が空気を吸込むことを防止することができる。
【００５４】
そして、所定時間めっきを行って、シード層７の表面に所定の膜厚の銅膜６（図１（ｂ）参照）を成膜した後、アノード３０と基板Ｗのシード層７との間の電圧の印加を解き、電極ヘッド１０を上昇させる。そして、基板Ｗの上面に残っためっき液Ｑを吸引等によって除去し、基板保持部１２で保持しためっき後の基板Ｗを、必要に応じて純水等でリンスし水切りを行って次工程に搬送する。
【００５５】
なお、この例では、液入れ用のめっき液と、その後にめっき液注入ノズル４２から基板Ｗと多孔質構造体２４との間に供給されるめっき液として、同じ組成のものを用いているが、異なる組成のものを使用しても良い。また、ハウジング２２に設けためっき液導入管３２を通して、液入れ後に、基板Ｗと多孔質構造体２４との間にめっき液を供給するようにしてもよい。
【００５６】
また、この例では、多孔質構造体２４として、その基板側表面が平坦面の平板状のものを使用しているが、その基板側表面が、前述のめっき液保持体４０の基板側表面４０ａと同様に、基板に向けて突出する凸状面としたものを使用してもよい。この場合、厚さが一定のめっき液保持体を使用することが好ましい。
【００５７】
本発明は、現世代の300ｍｍの他に、次世代の450ｍｍの基板にも適用することができる。シード層７は、銅からなる場合は、シード層が連続しているか不連続であるかを問わず、その厚みが１０ｎｍ以下であってもよく、ルテニウムからなる場合には、シード層が連続している、厚みが１０ｎｍ以下であってもよい。また、配線幅が100ｎｍ以下の微細配線にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】半導体装置における配線形成例を工程順に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態のめっき装置の電極ヘッドがプロセス位置に位置する時の概要図である。
【図３】本発明の実施の形態のめっき装置のめっき液保持体を基板に接触させた時の要部を示す概要図である。
【図４】本発明の実施の形態のめっき装置のめっき液保持体を基板に接触させたまま、めっき液を注入した時の要部を示す概要図である。
【図５】本発明の実施の形態のめっき装置のめっき液保持体を基板から離した時の要部を示す概要図である。
【図６】めっき液保持体としてポリウレタン製のパッドを使用し、押当て圧力０．２５ｐｓｉ（約１７ｈＰａ）で押当て速度５０ｍｍ／ｓｅｃの条件（１）と、押当て圧力０．２５ｐｓｉで押当て速度５ｍｍ／ｓｅｃの条件（２）でめっき液の液入れを行った時の液入れ時間を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
４ 配線溝
６ 銅膜
７ シード層
１０ 電極ヘッド
１２ 基板保持部
１４ カソード部
１６ カソード接点
１８ シール材
２２ ハウジング
２４ 多孔質構造体
２６ アノード室
２８ シールドリング
３０ アノード
３２ めっき液導入管
３４ めっき液排出管
４０ めっき液保持体
４０ａ 基板側表面
４２ めっき液注入ノズル
５０ めっき電源
【技術分野】
【０００１】
本発明はめっき方法及びめっき装置に係り、特に半導体ウェーハなどの基板に形成された配線パターンに銅等の金属（配線材料）を埋込んで配線を形成するのに使用されるめっき方法及びめっき装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板上に配線回路を形成するための金属材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹部の内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜し、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図１は、この種の銅配線基板Ｗの製造例を工程順に示す。先ず、図１（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２やＬｏｗ−ｋ材等からなる絶縁膜２を堆積し、リソグラフィ・エッチング技術によりビアホール３と配線溝４を形成し、その上にＴａＮ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を形成する。
【０００４】
そして、図１（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、基板Ｗのビアホール３及び配線溝４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅膜６、シード層７及びバリア層５を除去して、ビアホール３及び配線溝４内に充填させた銅膜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、絶縁膜２の内部に銅膜６からなる配線を形成する。
【０００５】
この種の基板の表面に銅めっきを行う電解めっき装置としては、シード層を形成した表面（被めっき面）を下向きにして基板を保持し、基板の下面に銅めっきを行うようにした、いわゆるフェースダウン方式のめっき装置と、表面（被めっき面）を上向きして基板を保持し、基板の上面に銅めっきを行うようにした、いわゆるフェースアップ方式のめっき装置が一般に知られている。
【０００６】
フェースダウン方式のめっき装置では、一般に、アノードを浸漬させ、内部に基板に向けて下から上に流れるめっき液の噴流（上昇流）を形成しためっき浴を保持しためっき槽の内部に、表面を下向きのままの基板を入槽させてめっきを開始するようにしている。この時、基板の入槽角度、基板の速度、またはめっき液の噴流の状態等を調整することにより、めっきの最適化を図ることができる。一方、フェースアップ方式のめっき装置では、一般に、アノードを下降させて基板に近づけ、基板の上面にめっき液を入れ、基板の上面（表面）とアノードとの間をめっき液で満たしてめっきを開始するようにしている。
【０００７】
フェースアップ方式のめっき装置として、アノード及び高抵抗構造体（多孔質構造体）を保持した電極ホルダ（電極ヘッド）を水平面に対して傾斜させながら、水平に保持した基板に向けて下降させたり、基板の上面にめっき液を供給するめっき液注入口の数を増やしたりすることで、基板の表面に泡が残る泡かみを防止するようにしためっき装置が知られている（特許文献１参照）。また、多孔質体（多孔質構造体）を基板の上面（表面）に接触させながらめっきを行うようにしためっき装置が知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−２５０７８５号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
フェースダウン方式のめっき装置の場合、アノードの下降速度や、基板表面の全めっき領域がめっき液に接するまでの時間（液入れ時間）を調整して、めっきの最適化を図るようにしている。しかし、フェースダウン方式のめっき装置は、フェースアップ方式のめっき装置と比較して、液入れ時間が長くかかるという問題がある。これは、いずれの調整方法でも、基板とアノード等との間に泡が残る泡かみが起こる現象を防止する事と、液入れ時間を短縮する事とは、トレードオフの関係になりやすいからである。
【０００９】
ここで、液入れ時間が長くなると、基板表面の各箇所により、めっき膜が付き始めるタイミングに大きなずれが生じる。そして、例えば近年のより薄膜化したシード層を持った基板や、高抵抗シード層を持った基板に対してめっきを行う時に、めっき膜が付き始めるタイミングに大きなずれが生じると、めっき膜の面内均一性や配線埋込み性に対して大きな悪影響を与えてしまう。このため、特に、シード層の溶解の影響を受けやすい銅薄膜シード層を有する基板や、めっき膜の面内均一性の確保が一般に難しいルテニウム等の高抵抗シード層を持つ基板に対してめっきを行う場合には、液入れ時間を短縮することが強く望まれている。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、基板の表面に泡が残る泡かみを防止しつつ、液入れ時間を短縮して、めっき初期に基板の全めっき領域に亘るより均一なめっきを行うことができるようにしためっき方法及びめっき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】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、アノードを浸漬させためっき液を、弾性を有する保水性材料からなるめっき液保持体の内部に保持し、前記めっき液保持体を基板の表面に接触させて該めっき液保持体で保持しためっき液を基板の表面に供給することを特徴とするめっき方法である。
【００１２】
これにより、めっき液保持体で保持しためっき液を、該めっき液保持体と基板との接触に伴って、基板表面に素早く供給し、泡かみが生じることなく、めっき液が基板表面の全めっき領域に素早く拡がるようにして、めっき初期に基板の全めっき領域に亘るより均一なめっきを行うことができる。めっき液保持体として、基板よりも柔らかいものを使用することが好ましく、これにより基板へのダメージをより少なくすることができる。
【００１３】
このめっき液の液入れ方法で泡かみが起こるケースは、（１）めっき液保持体を基板に接触させた時、両者の間に挟まれて逃げ場を失った気泡がめっき時も基板上に滞在するケースと、（２）めっき液保持体自体に含まれている気泡が基板上に押出されるケース、が考えられる。ここで、（１）については、めっき液保持体として保水性に優れた材料を使用し、接触に伴って基板上に流れ出るめっき液の量を増やして気泡をめっき液と共に外方に押出すことにより、（２）については、めっき液保持体を電極ヘッドに組む前にめっき液保持体の脱気を行い、めっき時も泡がかむことがないようにしてめっき液保持体を使用することにより、めっき液の液入れ時に泡かみが生じることを防止することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、基板表面の全めっき領域を前記めっき液保持体から供給されるめっき液に接触させるめっき液の液入れを、０．５秒以内に完了することを特徴とする請求項１記載のめっき方法である。
【００１５】
めっき液を保持しためっき液保持体を、基板に接触させた後、更に基板に向けて押付けて、めっき液保持体の基板に対する密着度を高めることで、めっき液の液入れ速度を高めることができる。めっき液保持体を基板に向けて押圧する場合は、基板へのダメージを小さくするために、押付け圧力は、一般には３ｐｓｉ（約２０７ｈＰａ）以下で、１ｐｓｉ（約６９ｈＰａ）以下であることが好ましい。押付け速度（めっき液保持体の移動（下降）速度）は、５ｍｍ／ｓｅｃ以上であることが好ましく、これによって、めっき液の液入れを、０．５秒以内に完了することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記アノードと基板との間に電圧を印加しながら、前記めっき液保持体を基板に接触させることを特徴とする請求項１または２記載のめっき方法である。
【００１７】
例えば、シード層が銅からなり、このシード層の表面にめっきを行う場合、銅シード層は、めっき液に接触すると溶解するが、アノードと基板（シード層）との間に電圧を印加しながら、つまりめっきを行いながらめっき液保持体を基板に接触させることで、銅シード層がめっき液保持体から供給されるめっき液に接触して溶解することを防止できる。このアノードと基板との間に印加する電圧は、定電圧でも、アノードと基板との間を一定の電流が流れるような電圧でもよい。シード層がめっき液に溶解しないルテニウムからなる場合、このような必要はない。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記めっき液保持体を基板に接触させた後、基板から離してめっきを行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のめっき方法である。
このように、めっき液保持体を基板に接触させた後、基板から離してめっきを行うことで、基板の全めっき領域に膜質が良く均一な膜厚のめっき膜を形成することができる。このめっき液保持体を基板に接触させる時間は、例えば３秒程度であることが好ましく、これによって、めっき膜の膜質が悪化したり、めっき液保持体がめっきされたりすることを防止できる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記めっき液保持体を基板に接触させた後、基板の表面にめっき液を更に供給することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のめっき方法である。
めっき液の液入れのためにめっき液保持体から供給されるめっき液の量は僅かで良く、めっき液保持体を基板に接触させた後、更にめっき液を供給することで、めっきに必要な十分な量のめっき液を確保することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部で保持した基板の表面の周縁部に当接して該周縁部をシールするシール材と、前記基板保持部で保持した基板と接触して通電させるカソード接点と、前記基板保持部で保持した表面に対向する位置に配置されるアノードと、前記アノードと前記基板保持部で保持した基板の表面との間に配置され、前記アノードを浸漬させためっき液を内部に保持する弾性を有する保水性材料からなるめっき液保持体と、前記めっき液保持体を基板に接離させる駆動機構を有することを特徴とするめっき装置である。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、前記めっき液保持体の基板側表面は、基板に向けて突出する凸状面、または基板の表面と平行な平坦面であることを特徴とする請求項８記載のめっき装置である。
【００２２】
めっき液保持体の基板側表面を、基板に向けて、例えば球面状に突出する凸状面にすることで、めっき液保持体を基板に接触させてめっき保持体で保持しためっき液を基板の表面に供給する時、めっき液保持体と基板との接触面が中央部から同心円状に徐々に外方に拡がるようにして、逃げ場を失った気泡が基板上に残ってしまうことをより確実に防止することができる。このめっき液保持体の基板側表面は、例えば基板の直径が300ｍｍの時、曲率半径が8000ｍｍ以下の球面状で、基板の直径が450ｍｍの時、曲率半券が20000ｍｍ以下の球面状であることが好ましい。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、前記めっき液保持体の平均厚さは、１０ｍｍ以内であることを特徴とする請求項６または７記載のめっき装置である。
これにより、例えば、下記のように、めっき液保持体とアノードとの間に多孔質構造体を介在させた時、多孔質構造体と基板との距離が拡がって、めっき膜厚の面内均一性に悪影響を与えることを防止することができる。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、前記めっき液保持体は、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエチレン、ＰＶＣまたはテフロン（登録商標）からなることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のめっき装置である。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、前記アノードと前記めっき液保持体との間に多孔質構造体を有することを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のめっき装置である。
これにより、多孔質構造体に保持されるめっき液によって、基板とアノードとの間のめっき液による抵抗値を上げることで、基板表面の全面に亘る電解分布をより均一にして、めっき膜厚の面内均一性を更に向上させることができる。
【００２６】
請求項１１に記載の発明は、前記多孔質構造体の基板側表面は、基板に向けて突出する凸状面、または基板の表面と平行な平坦面であることを特徴とする請求項１０記載のめっき装置である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、めっき液の液入れを、泡かみが生じることを防止しつつ、例えば０．５秒以内で素早く行って、めっき初期におけるめっき膜の成長を全めっき領域に亘ってより均一にすることができる。液入れ後は、めっき液保持体を基板から直ぐに離すことが好ましく、これにより、膜質が良く、膜厚の優れた面内均一性を有するめっき膜を成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下の例では、図１（ａ）に示す、配線溝４等を含む全表面にシード層７を形成した基板Ｗを用意し、電解銅めっきによって、シード層７の表面に、図１（ｂ）に示すように、配線材料としての銅膜６を形成するようにした例を示す。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態のめっき装置の概要を示す。図２に示すように、めっき装置は、揺動アーム（図示せず）に取付けられ、駆動機構（図示せず）を介して上下動自在な電極ヘッド１０を有している。電極ヘッド１０の下方に位置して、シード層７を形成した表面（被めっき面）を上向きにして基板Ｗを保持する基板保持部１２が上下動自在に配置され、この基板保持部１２の上方には、該基板保持部１２の周縁部を囲繞するようにカソード部１４が配置されている。基板保持部１２は、例えば、真空吸着によって、基板Ｗを着脱自在に保持するようになっている。
【００３０】
この例では、電極ヘッド１０として、下記の多孔質構造体２４の径が基板保持部１２の径より僅かに小さい径を有するものを使用し、電極ヘッド１０と基板保持部１２との相対位置を変化させることなく、基板保持部１２で保持した基板Ｗの表面（被めっき面）のほぼ全面に亘ってめっきを行えるようにした例を示している。
電極ヘッド１０の駆動機構は、例えばサーボモータからなる上下動モータとボールねじとを介して、電極ヘッド１０を上下動させるように構成されているが、モータの代わりに空気圧アクチュエータを使用しても良い。
【００３１】
カソード部１４は、この例では６分割されたカソード接点１６と、このカソード接点１６の上方を覆うように取付けた環状のシール材１８を有しており、シール材１８の周囲は、めっき液の流出を堰き止める円筒状のめっき液堰２０で包囲されている。シール材１８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。
【００３２】
これにより、基板保持部１２が上昇した時に、この基板保持部１２で保持した基板Ｗのシード層７の周縁部にカソード接点１６が押付けられて通電し、同時にシール材１８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Ｗ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ともに、めっき液がカソード接点１６を汚染することを防止するようになっている。
この例において、カソード部１４は、上下動不能で基板保持部１２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１８が基板Ｗの被めっき面に圧接するように構成しても良い。
【００３３】
電極ヘッド１０は、下方に開口した有底円筒状のハウジング２２と、このハウジング２２の下端開口部を塞ぐように配置された多孔質構造体２４とを有している。すなわち、ハウジング２２の下部には、内方に突出した内方突出部２２ａが、多孔質構造体２４の上部にはフランジ部２４ａがそれぞれ設けられ、このフランジ部２４ａをハウジング２２の内方突出部２２ａに引っ掛けることで、ハウジング２２に多孔質構造体２４が保持されている。これによって、ハウジング２２の内部に、多孔質構造体２４で閉塞された中空のアノード室２６が区画形成されている。
【００３４】
多孔質構造体２４は、アルミナ、ＳｉＣ、ムライト、ジルコニア、チタニア、コージライト等の多孔質セラミックスまたはポリプロピレンやポリエチレンの焼結体等の硬質多孔質体、あるいはこれらの複合体、更には織布や不織布で構成される。例えば、アルミナ系セラミックスにあっては、ポア径３０〜２００μｍ、ＳｉＣにあっては、ポア径３０μｍ以下、気孔率２０〜９５％、厚み１〜２０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍ、更に好ましくは８〜１５ｍｍ程度のものが使用される。この例では、例えば気孔率３０％、平均ポア径１００μｍでアルミナ製の多孔質セラミックス板から構成されている。そして、この内部にめっき液を含有させることで、つまり多孔質セラミックス板自体は絶縁体であるが、この内部にめっき液を複雑に入り込ませ、厚さ方向にかなり長い経路を辿らせることで、めっき液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有するように構成されている。
【００３５】
このように多孔質構造体２４を備え、この多孔質構造体２４によって大きな抵抗を発生させることで、シード層７（図１（ａ）参照）の抵抗の影響を無視できる程度となし、基板Ｗの表面の電気抵抗による電流密度の面内差を小さくして、めっき膜の面内均一性を向上させることができる。多孔質構造体２４の外周部には、ここを電気的にシールするゴム製のシールドリング２８が配置されている。
【００３６】
アノード室２６の内部には、平板状のアノード３０が水平に配置されている。 アノード３０は、例えば、銅めっきを行う場合にあっては、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）で構成されているが、白金、チタン等の不溶解性金属あるいは金属上に白金等をめっきした不溶解性電極であってもよく、交換等が不要なことから、不溶解性金属あるいは不溶解性電極であることが好ましい。更に、めっき液の流通のしやすさ等から、網状であってもよい。
【００３７】
ハウジング２２には、アノード室２６内にめっき液Ｑを導入して該アノード室２６内をめっき液Ｑで満たすめっき液導入管３２と、アノード室２６内のめっき液Ｑを外部に排出するめっき液排出管３４が接続されている。
【００３８】
多孔質構造体２４の下面には、弾性を有する保水性材料からなり、内部にめっき液を保持するめっき液保持体４０が貼着等により取付けられている。この例では、アノード室２６内に供給されてアノード３０を浸漬させためっき液Ｑが、多孔質構造体２４の内部を通過してめっき液保持体４０内に流入して該めっき液保持体４０に保持されるようになっている。例えば、めっき液保持体４０に設けためっき液供給孔から、めっき液保持体４０の内部にめっき液を直接供給するようにしてもよい。
【００３９】
このめっき液保持体４０は、めっき液を保持して電気を通す、例えば、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエチレン、ＰＶＣまたはテフロン等の連続気孔を有する多孔質体からなり、基板Ｗに接触させ、必要に応じて、基板Ｗに向けて押付けることで、内部に保持しためっき液を基板Ｗの表面に供給するためのものである。めっき液保持体４０は、十分な量のめっき液を保持し、基板Ｗとの接触に伴って、保持しためっき液を基板Ｗの表面に素早く供給できるように、優れた保水性と弾性を有し、基板にダメージを与えることを防止するため、基板より柔らかい素材からなることが好ましい。なお、連続気孔を有していない場合には、上下に連通する多数の細孔を設けることで、めっき液をめっき液保持体で保持し、電流が流れるようにしてもよい。
【００４０】
このめっき液保持体４０の基板側表面４０ａは、基板Ｗに向けて球面状に突出する凸状面となっている。これにより、めっき液保持体４０を基板Ｗに接触させてめっき液保持体４０で保持しためっき液を基板Ｗの表面に供給する時、めっき液保持体４０と基板Ｗとの接触面が中央部から徐々に同心円状に外方に拡がるようにして、逃げ場を失った気泡が基板上に残ってしまうことをより確実に防止することができる。このめっき液保持体４０の基板側表面４０ａは、例えば基板Ｗの直径が300ｍｍの時、曲率半径が8000ｍｍ以下の球面状で、基板Ｗの直径が450ｍｍの時、曲率半券が20000ｍｍ以下の球面状であることが好ましい。また、めっき液保持体４０の基板側表面４０ａは、基板Ｗへのダメージを少なくし、かつめっき膜に欠陥が発生するのを防止するため、平滑性を有していることが好ましい。
【００４１】
めっき液保持体４０の平均厚さは、１０ｍｍ以内であることが好ましい。これにより、めっき時に、多孔質構造体２４と基板Ｗとの距離が拡がって、めっき膜厚の面内均一性に悪影響を与えることを防止することができる。
【００４２】
なお、この例では、めっき液保持体４０の外径は、基板Ｗの外径より小さく設定されている。つまり、例えば300ｍｍの基板Ｗに対して、めっき液保持体４０の外径は、カソード接点１６がシール材１８でシールされていることを考慮して、約296ｍｍに設定され、これによって、基板Ｗの表面の約296ｍｍφの範囲がめっき領域となるようになっている。
【００４３】
基板保持部１２で保持された基板Ｗの外周部上方に位置して、電極ヘッド１０とシール材１８との間に向けてめっき液Ｑを注入するめっき液注入ノズル４２が配置されている。このめっき液注入ノズル４２は、めっき液Ｑを溜めためっき液タンク４４から延び、内部にめっき液注入ポンプ４６を介装しためっき液供給路４８に接続されている。
そして、電解めっきを行うときには、めっき電源５０の陽極をアノード３０に、陰極をカソード接点１６にそれぞれ接続して、アノード３０と基板Ｗの表面のシード層７との間にめっき電圧を印加する。
【００４４】
次に、このめっき装置でめっきを行う時の操作について説明する。
先ず、基板保持部１２の上面に、表面（被めっき面）を上向きにして基板Ｗを吸着等で保持した状態で、基板保持部１２を上昇させて、基板Ｗのシード層７の周縁部をカソード接点１６に接触させて通電可能な状態となし、更に上昇させ、基板Ｗの周縁部上面にシール材１８を圧接させて基板Ｗの周縁部を水密的にシールする。
【００４５】
一方、電極ヘッド１０にあっては、アイドリングを行ってめっき液の置換及び泡抜き等を行っている位置（アイドリング位置）から、めっき液Ｑをアノード室２６の内部に保持した状態で、所定の位置（プロセス位置）に位置させる。つまり、揺動アームを一旦上昇させ、更に旋回させることで、電極ヘッド１０を基板保持部１２の直上方位置に位置させ、しかる後、下降させて、図２に示すように、電極ヘッド１０が所定の位置（プロセス位置）に達した時に停止させる。この時、アノード室２６内に導入されてアノード３０を浸漬させためっき液Ｑの一部は、多孔質構造体２４を通過してめっき液保持体４０に流入し該めっき液保持体４０で保持される。
【００４６】
次に、めっき電源５０を介して、アノード３０と基板Ｗの表面のシード層７との間に電圧を印加しながら、駆動機構を介して、電極ヘッド１０を所定の速度で降下させて、図３に示すように、めっき液保持体４０を基板Ｗの表面に接触させ、更に、必要に応じて、基板Ｗに向けて押付ける。これによって、めっき液保持体４０を弾性変形させて、この内部に保持しためっき液Ｑを基板Ｗの表面に素早く供給する。この例によれば、めっき液保持体４０で保持されためっき液Ｑが基板Ｗの中心部から同心円状に外周に向かって基板上を押出されて通電が始まり、めっき液Ｑが基板Ｗの全めっき領域に接してめっき液の液入れが完了する。
【００４７】
特に、めっき液保持体４０を、基板Ｗに接触させた後、更に基板Ｗに向けて押付けて、めっき液保持体４０の基板Ｗに対する密着度を高めることで、めっき液の液入れ速度を高めることができる。めっき液保持体４０を基板Ｗに向けて押圧する場合は、基板Ｗへのダメージを小さくするために、押付け圧力は、一般には３ｐｓｉ（約２０７ｈＰａ）以下で、１ｐｓｉ（約６９ｈＰａ）以下であることが好ましい。押付け速度（めっき液保持体４０の下降速度）は、５ｍｍ／ｓｅｃ以上であることが好ましく、これによって、めっき液の液入れを、０．５秒以内で完了することができる。
【００４８】
例えば、めっき液保持体４０としてポリウレタン製のパッドを使用し、押当て圧力０．２５ｐｓｉ（約１７ｈＰａ）で押当て速度５０ｍｍ／ｓｅｃの条件（１）と、押当て圧力０．２５ｐｓｉで押当て速度５ｍｍ／ｓｅｃの条件（２）でめっき液の液入れを行ったところ、図６に示すように、条件（１）では液入れ時間が０．１秒で、条件（２）では液入れ時間が０．４秒であった。これにより、めっき液の液入れを素早く終わらせることができることが判る。
【００４９】
シード層７が銅からなる場合、アノード３０とシード層７との間に電圧を印加しながらめっき液保持体４０を基板Ｗに接触させることで、シード層７がめっき液保持体４０から供給されるめっき液Ｑに接触して溶解することを防止できる。このアノード３０とシード層７との間に印加する電圧は、定電圧でも、アノードとシード層７との間を一定の電流が流れるような電圧でもよい。シード層７がめっき液に溶解しないルテニウムからなる場合、このような必要はなく、めっき液の液入れが完了した後に、アノード３０と基板Ｗの表面のシード層７との間にめっき電圧を印加するようにしてもよい。
【００５０】
次に、めっき液注入ポンプ４６を作動させて、図４に示すように、めっき液タンク４４内のめっき液Ｑを、基板保持部１２で保持された基板Ｗの外周部上方に配置されためっき液注入ノズル４２から基板Ｗとめっき液保持体４０の外周部に注入する。この時、シール材１８の上面に保持されるめっき液は、めっき液堰２０によって、外方への流出が堰き止められる。
【００５１】
次に、めっき液保持体４０を基板Ｗから離し、図５に示すように、めっき液注入ノズル４２から注入されためっき液Ｑを基板Ｗの上面に導き、基板Ｗと多孔質構造体２４との間をめっき液Ｑで満たして、そのまま連続してめっきを行う。この時、必要に応じて、基板保持部１２を基板Ｗと共に回転させる。
【００５２】
このように、めっき液保持体４０を基板Ｗに接触させた後、基板Ｗから離してめっきを行うことで、基板Ｗの全めっき領域に膜質が良く均一な膜厚のめっき膜を形成することができる。このめっき液保持体４０を基板にＷ接触させる時間は、例えば３秒程度であることが好ましく、これによって、めっき膜の膜質が悪化したり、めっき液保持体４０がめっきされたりすることを防止できる。
【００５３】
めっき液の液入れのためにめっき液保持体４０から供給されるめっき液の量は僅かで良く、めっき液保持体４０を基板Ｗに接触させた後、更にめっき液Ｑを供給することで、めっきに必要な十分な量のめっき液を確保することができる。しかも、基板保持部１２で保持された基板Ｗの外周部上方に配置されためっき液注入ノズル４２から基板Ｗとめっき液保持体４０の外周部にめっき液を注入することで、めっき液保持体４０が空気を吸込むことを防止することができる。
【００５４】
そして、所定時間めっきを行って、シード層７の表面に所定の膜厚の銅膜６（図１（ｂ）参照）を成膜した後、アノード３０と基板Ｗのシード層７との間の電圧の印加を解き、電極ヘッド１０を上昇させる。そして、基板Ｗの上面に残っためっき液Ｑを吸引等によって除去し、基板保持部１２で保持しためっき後の基板Ｗを、必要に応じて純水等でリンスし水切りを行って次工程に搬送する。
【００５５】
なお、この例では、液入れ用のめっき液と、その後にめっき液注入ノズル４２から基板Ｗと多孔質構造体２４との間に供給されるめっき液として、同じ組成のものを用いているが、異なる組成のものを使用しても良い。また、ハウジング２２に設けためっき液導入管３２を通して、液入れ後に、基板Ｗと多孔質構造体２４との間にめっき液を供給するようにしてもよい。
【００５６】
また、この例では、多孔質構造体２４として、その基板側表面が平坦面の平板状のものを使用しているが、その基板側表面が、前述のめっき液保持体４０の基板側表面４０ａと同様に、基板に向けて突出する凸状面としたものを使用してもよい。この場合、厚さが一定のめっき液保持体を使用することが好ましい。
【００５７】
本発明は、現世代の300ｍｍの他に、次世代の450ｍｍの基板にも適用することができる。シード層７は、銅からなる場合は、シード層が連続しているか不連続であるかを問わず、その厚みが１０ｎｍ以下であってもよく、ルテニウムからなる場合には、シード層が連続している、厚みが１０ｎｍ以下であってもよい。また、配線幅が100ｎｍ以下の微細配線にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】半導体装置における配線形成例を工程順に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態のめっき装置の電極ヘッドがプロセス位置に位置する時の概要図である。
【図３】本発明の実施の形態のめっき装置のめっき液保持体を基板に接触させた時の要部を示す概要図である。
【図４】本発明の実施の形態のめっき装置のめっき液保持体を基板に接触させたまま、めっき液を注入した時の要部を示す概要図である。
【図５】本発明の実施の形態のめっき装置のめっき液保持体を基板から離した時の要部を示す概要図である。
【図６】めっき液保持体としてポリウレタン製のパッドを使用し、押当て圧力０．２５ｐｓｉ（約１７ｈＰａ）で押当て速度５０ｍｍ／ｓｅｃの条件（１）と、押当て圧力０．２５ｐｓｉで押当て速度５ｍｍ／ｓｅｃの条件（２）でめっき液の液入れを行った時の液入れ時間を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
４ 配線溝
６ 銅膜
７ シード層
１０ 電極ヘッド
１２ 基板保持部
１４ カソード部
１６ カソード接点
１８ シール材
２２ ハウジング
２４ 多孔質構造体
２６ アノード室
２８ シールドリング
３０ アノード
３２ めっき液導入管
３４ めっき液排出管
４０ めっき液保持体
４０ａ 基板側表面
４２ めっき液注入ノズル
５０ めっき電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードを浸漬させためっき液を、弾性を有する保水性材料からなるめっき液保持体の内部に保持し、
前記めっき液保持体を基板の表面に接触させて該めっき液保持体で保持しためっき液を基板の表面に供給することを特徴とするめっき方法。
【請求項２】
基板表面の全めっき領域を前記めっき液保持体から供給されるめっき液に接触させるめっき液の液入れを、０．５秒以内に完了することを特徴とする請求項１記載のめっき方法。
【請求項３】
前記アノードと基板との間に電圧を印加しながら、前記めっき液保持体を基板に接触させることを特徴とする請求項１または２記載のめっき方法。
【請求項４】
前記めっき液保持体を基板に接触させた後、基板から離してめっきを行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のめっき方法。
【請求項５】
前記めっき液保持体を基板に接触させた後、基板の表面にめっき液を更に供給することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のめっき方法。
【請求項６】
基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部で保持した基板の表面の周縁部に当接して該周縁部をシールするシール材と、
前記基板保持部で保持した基板と接触して通電させるカソード接点と、
前記基板保持部で保持した表面に対向する位置に配置されるアノードと、
前記アノードと前記基板保持部で保持した基板の表面との間に配置され、前記アノードを浸漬させためっき液を内部に保持する弾性を有する保水性材料からなるめっき液保持体と、
前記めっき液保持体を基板に接離させる駆動機構を有することを特徴とするめっき装置。
【請求項７】
前記めっき液保持体の基板側表面は、基板に向けて突出する凸状面、または基板の表面と平行な平坦面であることを特徴とする請求項８記載のめっき装置。
【請求項８】
前記めっき液保持体の平均厚さは、１０ｍｍ以内であることを特徴とする請求項６または７記載のめっき装置。
【請求項９】
前記めっき液保持体は、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエチレン、ＰＶＣまたはテフロンからなることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項１０】
前記アノードと前記めっき液保持体との間に多孔質構造体を有することを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項１１】
前記多孔質構造体の基板側表面は、基板に向けて突出する凸状面、または基板の表面と平行な平坦面であることを特徴とする請求項１０記載のめっき装置。
【請求項１】
アノードを浸漬させためっき液を、弾性を有する保水性材料からなるめっき液保持体の内部に保持し、
前記めっき液保持体を基板の表面に接触させて該めっき液保持体で保持しためっき液を基板の表面に供給することを特徴とするめっき方法。
【請求項２】
基板表面の全めっき領域を前記めっき液保持体から供給されるめっき液に接触させるめっき液の液入れを、０．５秒以内に完了することを特徴とする請求項１記載のめっき方法。
【請求項３】
前記アノードと基板との間に電圧を印加しながら、前記めっき液保持体を基板に接触させることを特徴とする請求項１または２記載のめっき方法。
【請求項４】
前記めっき液保持体を基板に接触させた後、基板から離してめっきを行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のめっき方法。
【請求項５】
前記めっき液保持体を基板に接触させた後、基板の表面にめっき液を更に供給することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のめっき方法。
【請求項６】
基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部で保持した基板の表面の周縁部に当接して該周縁部をシールするシール材と、
前記基板保持部で保持した基板と接触して通電させるカソード接点と、
前記基板保持部で保持した表面に対向する位置に配置されるアノードと、
前記アノードと前記基板保持部で保持した基板の表面との間に配置され、前記アノードを浸漬させためっき液を内部に保持する弾性を有する保水性材料からなるめっき液保持体と、
前記めっき液保持体を基板に接離させる駆動機構を有することを特徴とするめっき装置。
【請求項７】
前記めっき液保持体の基板側表面は、基板に向けて突出する凸状面、または基板の表面と平行な平坦面であることを特徴とする請求項８記載のめっき装置。
【請求項８】
前記めっき液保持体の平均厚さは、１０ｍｍ以内であることを特徴とする請求項６または７記載のめっき装置。
【請求項９】
前記めっき液保持体は、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエチレン、ＰＶＣまたはテフロンからなることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項１０】
前記アノードと前記めっき液保持体との間に多孔質構造体を有することを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項１１】
前記多孔質構造体の基板側表面は、基板に向けて突出する凸状面、または基板の表面と平行な平坦面であることを特徴とする請求項１０記載のめっき装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−６９３９７（Ｐ２００８−６９３９７Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４８２９５（Ｐ２００６−２４８２９５）
【出願日】平成１８年９月１３日（２００６．９．１３）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１３日（２００６．９．１３）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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