めっき装置及びめっき方法
【課題】シード層が薄膜化され、シード層のシート抵抗値が１０Ω／□以上になったり、電気抵抗が極端に大きなバリア層の表面に直接めっきを行ったりする場合であっても、基板への給電部であるカソード接点やその周辺部品を発熱から守ることができるようにする。
【解決手段】基板Ｗを保持する基板ホルダ３６と、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと接触して通電させるカソード接点４４を備え該基板ホルダ３６と一体に回転するカソード部３８と、基板Ｗの表面に対向するように配置されたアノード６６と、カソード接点４４を冷却する冷却機構５８を有する。
【解決手段】基板Ｗを保持する基板ホルダ３６と、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと接触して通電させるカソード接点４４を備え該基板ホルダ３６と一体に回転するカソード部３８と、基板Ｗの表面に対向するように配置されたアノード６６と、カソード接点４４を冷却する冷却機構５８を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、めっき装置及びめっき方法に係り、特に、半導体ウェーハ等の基板の表面に設けた配線用凹部に銅や銀等の導電体（配線材料）を埋込んで埋込み配線を形成するのに使用されるめっき装置及びめっき方法に関する。
【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な配線用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の一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からなる酸化膜やＬｏｗ−ｋ材膜等の絶縁膜２を堆積し、この絶縁膜２の内部に、リソグラフィ・エッチング技術により、配線用凹部としてのコンタクトホール３とトレンチ４を形成する。その上にＴａ，ＴａＮ，ＴｉＮ，ＷＮ，ＳｉＴｉＮ，ＣｏＷＰまたはＣｏＷＢ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のシード層７の表面に銅めっきを施すことで、コンタクトホール３及びトレンチ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、コンタクトホール３及びトレンチ４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からなる配線が形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置の電気回路パターンは、益々微細化が進み、これに伴って、配線をめっきで形成する際に給電層として使用されるシード層も薄膜化が進んでいる。更には、シード層を形成することなく、バリア層の表面に直接めっきを行うダイレクトめっきの開発も進んでいる。シード層が薄くなるにつれて、シード層の電気抵抗（シート抵抗）が増加し、更に、ダイレクトめっきを行う時には、バリア層の電気抵抗（シート抵抗）が極端に大きくなる。
【０００６】
このように、シード層の電気抵抗が大きくなると、基板の中心部まで電気が流れにくくなって、基板の外周部と中心部との間でめっき量に極端な差が生じる、いわゆるターミナルエフェクトが問題となるばかりでなく、電気抵抗が増大するために消費電力が大きくなったり、発熱量が増えたりするなどの問題が生じる。特に、シード層に接触して電気を供給するカソード接点のシード層との接点部分では、カソード接点とシード層との接触面積が小さいことや、カソード接点自体がかなりコンパクトな形状に抑えられていることに伴って抵抗が増加し、カソード接点や該カソード接点のシード層との接触部から発熱によって、カソード接点やその周辺の部品が変形したり、融けたり、焼けたり、焦げたりするといった重大な問題が起きている。
【０００７】
また、一般的に、めっき装置には、カソード接点とシード層との接触部及びその近辺がめっき液に触れないようにした機構が多く採用されている。したがって、カソード接点との接触部及びその近辺におけるシード層表面にはめっき膜が析出せず、カソード接点との接触部及びその近辺におけるシード層の抵抗は大きいままである。そのため、カソード接点との接触部及びその近辺におけるシード層（基板）からの発熱によっても同様に、カソード接点を含む該カソード接点周辺部の部品の変形や破損が起きてしまう。このような問題は、シード層の抵抗値（シート抵抗値）が１０Ω／□を超えると特に顕著となる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、シード層が薄膜化され、シード層のシート抵抗値が１０Ω／□以上になったり、電気抵抗が極端に大きなバリア層の表面に直接めっきを行ったりする場合であっても、基板への給電部であるカソード接点やその周辺部品を発熱から守ることができるようにした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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、基板を保持する基板ホルダと、前記基板ホルダで保持した基板と接触して通電させるカソード接点を備え該基板ホルダと一体に回転するカソード部と、前記基板の表面に対向するように配置されたアノードと、前記カソード接点を冷却する冷却機構を有することを特徴とするめっき装置である。
このように、シード層等の基板表面に電気を供給するカソード接点を冷却機構で冷却することにより、カソード接点や該カソード接点と基板との接触部及びその近辺からの発熱を抑えて、カソード接点やその周辺部品の熱による変形や溶融といった破損を防ぐことができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記冷却機構は、冷媒となる流体を前記カソード接点に接触させて該カソード接点を冷却することを特徴とする請求項１記載のめっき装置である。
冷媒となる流体をカソード接点に接触させてカソード接点を冷却する方式としては、例えばスプレー方式や熱交換方式が挙げられる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記流体は、導電性または絶縁性の液体であることを特徴とする請求項２記載のめっき装置である。
冷媒としての流体をカソード接点に向けて噴射してカソード接点を冷却する場合に、冷媒として導電性の液体を用いることで、カソード接点から導電性の液体を通って基板に流れる電流経路を作ることができ、これによって、通常のカソード接点と基板との接触部に電気が集中して流れる場合と比較して、より均一に基板に電流を供給することができる。また別の様態として、冷媒として絶縁性の液体を用いる場合、冷媒がカソード接点を冷却した後に流れ落ちる際にカソード接点の周辺部品と接触して、意図しない電流の漏電経路が作られることを防止することができる。絶縁性の液体としては、例えば純水が挙げられる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記流体は、ガス、空気または不活性ガスであることを特徴とする請求項２記載のめっき装置である。
冷媒としての流体をカソード接点に向けて噴射してカソード接点を冷却する場合に、冷媒としてガスを使用することで、冷媒による電流リークをなくすことができる。このような場合に、冷媒として空気を使用することで、排出（排気）の際に周囲の人に窒息の危険性を与えることなく、冷媒の供給を安価かつ容易に行うことができ、また冷媒として不活性ガスを使用することで、冷媒によるカソード接点やその周辺部品の腐食を防ぐことができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記冷却機構は、前記流体を流す流体流路を有し、該流体流路は、前記カソード接点の内部または周囲に設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のめっき装置である。
これにより、冷却後に冷媒を容易に回収したり、冷却後の冷媒を容易に循環させたりしながら、カソード接点などの発熱部を冷媒で効率的に冷却することができ、しかも、カソード接点周辺の、冷媒が触れると電流リークの恐れのある、例えば金属部品などに冷媒が触れるのを防ぐことができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記カソード接点は、前記基板の外周部に該外周部の全周に亘って接触することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のめっき装置である。
これにより、カソード接点と基板との接触面積を広くして該接触部の電気抵抗を下げ、基板に高電流を高電圧で流すような場合であっても、カソード接点及びその近辺の発熱を抑えることができる。特にＯリングのように、押し潰して使うカソード接点を用いることで、カソード接点と基板との接触面積を格段に大きくして、異常発熱を防ぐことができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、前記カソード接点は、金属、導電性ゴム、導電性樹脂、導電性高分子、または表面に金属コーティングを施したゴムまたは樹脂から構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のめっき装置である。
【００１６】
カソード接点を金属製とすることで、抵抗が小さく、コンパクトなサイズにしても、材質自体からの発熱を軽減することができる。また、カソード接点を導電性ゴム、導電性樹脂、導電性高分子、または表面に金属コーティングを施したゴムまたは樹脂で構成することで、カソード接点に柔軟性を持たせて、カソード接点を基板により密着させ、カソード接点と基板との接触面積をより大きくして、カソード接点及びその近辺から発熱を抑えることができる。
【００１７】
請求項８に記載発明は、外周部にカソード接点を接触させてカソードとした基板表面と該表面に対向するように配置されたアノードとの間にめっき液を満たし、前記カソード接点を冷媒で冷却しながら、基板表面と前記アノードとの間に電圧を印加して基板表面にめっきを行うことを特徴とするめっき方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、特に、シート抵抗値が１０Ω／□以上のシード層表面や、シート抵抗が極端に高いバリア層の表面に直接めっきを行う際に、カソード接点及びその近辺からの発熱を抑えて、カソード接点やその周辺部品の熱による破損を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。この実施の形態は、図１に示すように、基板Ｗの表面に形成した導電膜としてのシード層７の表面に銅めっきを施し、絶縁膜２の内部に設けたコンタクトホール３やトレンチ４等の配線用凹部の内部に銅を埋込んで銅からなる配線を形成するようにした例を示す。本発明は、このシード層７が薄く、シート層７の抵抗値（シート抵抗値）が１０Ω／□以上となる時や、シード層７を設けることなく、バリア層５の表面に直接めっきを行う時に特に有効である。
なお、以下の各例において、同一または相当する部材には、同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態のめっき装置を備えた基板処理装置の全体配置図を示す。図２に示すように、この基板処理装置には、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基のめっき装置１２と、ロード・アンロード部１０とめっき装置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。
【００２１】
めっき装置１２には、図３に示すように、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ヘッド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。この実施の形態にあっては、３個の固定ノズル３４が備えられ、その内の１個を純水の供給用に用いている。
【００２２】
基板処理部２０には、図４に示すように、シード層７（図１（ａ）参照）を形成した表面（被めっき面）を上向き（フェースアップ）にして基板Ｗの裏面を吸着等によって着脱自在に保持する、上下動自在な基板ホルダ３６と、この基板ホルダ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。基板ホルダ３６は、任意の加速度及び速度でカソード部３８と一体に回転する。めっき装置１２のフレーム側面の搬送ロボット１４側には、基板搬出入口（図示せず）が設けられている。
【００２３】
めっき液トレー２２は、めっき処理を実施していない時に、電極アーム部３０の下記の高抵抗構造体６２及びアノード６６をめっき液で湿潤させるためのもので、この高抵抗構造体６２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の検出が可能になっている。
【００２４】
電極アーム部３０は、図示しないサーボモータからなる上下動モータとボールねじを介して上下動し、旋回モータを介して、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。
【００２５】
プレコート・回収アーム３２は、上下方向に延びる支持軸の上端に連結されて、ロータリアクチュエータ（図示せず）を介して旋回（揺動）し、エアシリンダ（図示せず）を介して上下動する。このプレコート・回収アームには、プレコート液を間欠的に吐出するプレコート液吐出用のプレコートノズル（図示せず）と、基板上のめっき液を吸引して回収するめっき液回収ノズル（図示せず）がそれぞれ保持されている。
【００２６】
カソード部３８は、図６及び図７に示すように、支持板４０の周縁部に立設した支柱４２の上部に取付けた、この例では６分割されたカソード接点４４と、このカソード接点４４の上方を覆うように配置されたリング状のシール部４６を有しており、カソード接点４４とシール部４６との間には、環状の枠体４８が介装されている。シール部４６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。カソード接点４４は、内周部に複数のばね性を有する歯を一体に連接した櫛型に形成されており、この櫛型の歯の先端が基板Ｗのシード層７に圧接するようになっている。
【００２７】
これにより、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗを上昇させると、基板Ｗの表面に形成されたシード層７の外周部にカソード接点４４が接触して、該シード層７がカソードとなるように給電可能な状態となる。同時にシール部４６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４４を汚染するのを防止する。
【００２８】
カソード接点４４の近傍に位置して、カソード接点４４に向けて冷媒として純水５０を噴射してカソード接点４４及びその近辺を純水（冷媒）５０で冷却する純水（冷媒）噴射ノズル５２が配置されている。この例では、図５に示すように、カソード接点４４の外方に、合計４個の純水（冷媒）噴射ノズル５２が配置されているが、この純水（冷媒）噴射ノズル５２の個数は任意に定められる。この各純水（冷媒）噴射ノズル５２は、図４に示すように、チラー５４から延びる配管５６にそれぞれ接続され、これによって、カソード接点４４の冷却機構５８が構成されている。
【００２９】
この例では、冷媒として、絶縁性の液体である純水５０を使用している。これにより、純水（冷媒）５０がカソード接点４４を冷却した後に流れ落ちる際に、カソード接点４４の周辺部品と接触して、意図しない電流の漏電経路が作られることを防止することができる。このような漏電経路が作られるおそれがない場合には、冷媒として導電性の液体を用いてもよく、これによって、カソード接点４４から冷媒（導電性の液体）を通って基板のシード層７に流れる電流経路を作ることができ、通常のカソード接点４４と基板のシード層７との接触部に電気が集中して流れる場合と比較して、より均一に基板のシード層７に電流を供給することができる。
【００３０】
冷媒として、純水５０の代わりに、ガス、空気または不活性ガスを使用しても良い。冷媒としてガスを使用することで、冷媒による電流リークをなくすことができる。冷媒として空気を使用することで、排出（排気）の際に周囲の人に窒息の危険性を与えることなく、冷媒の供給を安価かつ容易に行うことができ、また冷媒として不活性ガスを使用することで、冷媒によるカソード接点やその周辺部品の腐食を防ぐことができる。
【００３１】
なお、この実施の形態において、カソード部３８は、上下動不能で基板ホルダ３６と一体に回転するようになっているが、上下動自在で、下降した時にカソード接点４４及びシール部４６が基板Ｗの表面（上面）に接触して、基板ホルダ３６と一体に回転するように構成しても良い。
【００３２】
電極アーム部３０の電極ヘッド２８は、図４に示すように、揺動アーム２６の自由端にボールベアリング（図示せず）を介して連結したアノードホルダ６０と、このアノードホルダ６０の下端開口部を塞ぐように配置された高抵抗構造体６２を有している。これによって、アノードホルダ６０の内部に中空のアノード室６４が区画形成されている。
【００３３】
高抵抗構造体６２は、例えばアルミナ，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。
【００３４】
このように高抵抗構造体６２をアノードホルダ６０の開口部に配置し、この高抵抗構造体６２によって大きな抵抗を発生させることで、シード層７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。
【００３５】
アノード室６４内には、高抵抗構造体６２の上方に位置して、内部に上下に貫通する多数の通孔を有するアノード６６が配置されている。そして、アノードホルダ６０には、アノード室６４の内部のめっき液を吸引して排出するめっき液排出口６８が設けられ、このめっき液排出口６８は、めっき液供給設備１８（図２参照）から延びるめっき液排出管（図示せず）に接続されている。更に、アノードホルダ６０の側方に位置して、めっき液注入部７０が設けられている。このめっき液注入部７０は、この例では、下端をノズル形状としたチューブで構成され、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（図示せず）に接続されている。
【００３６】
このめっき液注入部７０は、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと高抵抗構造体６２の隙間が、例えば０．５〜３ｍｍ程度となるまで電極ヘッド２８を下降させ、この状態で、アノード６６及び高抵抗構造体６２の側方から、基板Ｗと高抵抗構造体６２との間の領域にめっき液を注入するためのものである。
アノード６６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、不溶解の不溶性アノードを使用するようにしてもよい。
【００３７】
めっき電源７２のアノード側は、アノード側導線７４を介してアノード６６に電気的に接続され、めっき電源７２のカソード側は、カソード側導線７６を介してカソード接点４４に電気的に接続される。
【００３８】
次に、この実施の形態のめっき装置１２を備えた基板処理装置の操作について説明する。
先ず、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で取出し、表面（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から一方の電解めっき装置１２の内部に搬送する。基板ホルダ３６は、基板Ｗをその裏面（上面）で吸着保持し、しかる後、ロボットのハンドを退却させる。そして、基板ホルダ３６を上昇させ、カソード接点４４を基板Ｗのシード層７に接触させて該シード層７に給電できる状態となし、また基板Ｗの外周端部をシール部４６に接触させて水密的にシールする。
【００３９】
一方、電極アーム部３０の電極ヘッド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、高抵抗構造体６２あるいはアノード６６がめっき液トレー２２内に位置しており、この状態で、めっき液トレー２２及び電極ヘッド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（図示せず）を通じた吸引を行って、高抵抗構造体６２に含まれるめっき液の交換と泡抜きを行う。
【００４０】
次に、プレコート処理に移る。即ち、基板Ｗを受取った基板ホルダ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、基板ホルダ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（図示せず）から、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板の表面（被めっき面）に間欠的に吐出する。この時、基板ホルダ３６が回転しているため、プレコート液は基板Ｗの表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、基板ホルダ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】
プレコート完了後にめっき処理に移る。先ず、基板ホルダ３６の回転速度をめっき時の回転速度まで低下させる。そして、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、電極アーム部３０をめっき液トレー２２上方からめっき処理を施す位置の上方に電極ヘッド２８が位置するように水平方向に旋回させ、しかる後、電極ヘッド２８をカソード部３８に向かって下降させて停止させる。この時、高抵抗構造体６２を基板Ｗの表面に接触することなく、０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度に近接した位置とする。電極ヘッド２８の下降が完了した時点で、基板Ｗと高抵抗構造体６２との間にめっき液を供給して、アノード６６及び基板Ｗの表面のシード層７をめっき液に接触させる。同時に、めっき電源７２のアノード側をアノード６６に電気的に接続し、カソード側をカソード接点４４にそれぞれ接続する。これによって、めっき電源７２を介して、アノード６６と基板Ｗのシード層７との間に電圧を印加してシード層７の表面にめっきを行う。
【００４２】
シード層７が薄く、この抵抗値（シート抵抗値）が、例えば１０Ω／□を超えると、シード層７に電流が流れにくくなる。このため、シード層７の表面に確実にめっきを行うため、シード層７に高電流を高電圧で流す必要があり、シード層７に高電流を高電圧で流すと、カソード接点４４及び該カソード接点４４とシード層７との接触部及びその近辺から発熱する。このことは、シート抵抗が極端に高いバリア層５の表面に直接めっきを行う場合もほぼ同様である。そこで、この例では、めっき中に、カソード接点４４に向けて純水（冷媒）噴射ノズル５２から冷媒としての純水５０を噴射し、これによって、カソード接点４４及びその近辺を純水５０で冷却する。これにより、カソード接点４４やその近辺からの発熱を抑えて、カソード接点４４やその周辺部品の熱による変形や溶融といった破損を防ぐことができる。
【００４３】
めっき処理が完了した時に、めっき電源７２の接続を解き、純水（冷媒）５０の供給を停止する。そして、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（図示せず）から基板Ｗ上のめっき液の残液を回収する。この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、同時に基板ホルダ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。
【００４４】
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、基板ホルダ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、この基板ホルダ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。
【００４５】
図８及び図９は、本発明の他の実施の形態をめっき装置の要部を示す。この例は、シール部４６の内周端から少し離間し、かつカソード接点４４の内周端のシード層７との接触部を挟んだ位置に、下方に突出する堰部８０を一体に設け、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗを上昇させた時に、シール部４６の内周端及び堰部８０が基板Ｗの上面に同時に接触して、シール部４６と基板Ｗとの間に冷媒流路８２が形成されるように構成されている。そして、冷媒流路８２には、冷媒供給口８４と冷媒排出口８６が接続される。
【００４６】
この例では、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗを上昇させ、シール部４６の内周端及び堰部８０を基板Ｗの上面に同時に接触させて、シール部４６と基板Ｗとの間に冷媒流路８２を形成し、この冷媒流路８２に純水等の冷媒を供給して、冷媒流路８２内に位置するカソード接点４４及びその近辺を冷却する。これにより、冷却後の冷媒を容易に回収し、また冷媒を循環させながら、カソード接点４４などの発熱部を冷媒で効率的に冷却することができ、しかも、カソード接点４４の周辺の、冷媒が触れると電流リークの恐れのある、例えば金属部品などに冷媒が触れるのを防ぐことができる。またこのような漏電経路が作られるおそれがない場合には、冷媒として導電性の液体を用いてもよい。この場合、カソード接点から導電性の液体を通って基板に流れる電流経路を作ることができ、これによって、通常のカソード接点と基板との接触部に電気が集中して流れる場合と比較して、より均一に基板に電流を供給することができる。
【００４７】
図１０及び図１１は、カソード接点の他の例を示す。この例のカソード接点８８は、横断面円形のリング状で、基板Ｗの外周部に該外周部の全周に亘って連続した線状に接触するように構成されている。前述の例における櫛型のカソード接点４４のように、各歯の先端のみがシード層７と点接触するような場合には、接触面積が小さくなり、大きな電気抵抗となってしまい、この狭い面積に高電流を高電圧で流すと、かなりの発熱を伴ってしまう。この例のように、基板Ｗの外周部に該外周部の全周に亘って線状に接触するカソード接点８８を用いることにより、カソード接点８８の接触面積を大きくし、特にカソード接点８８として、Ｏリングのように一部を押し潰して使う場合には、カソード接点８８の接触面積が格段に大きくなり、カソード接点８８及びその近辺の異常発熱を防ぐことができる。
【００４８】
図１２及び図１３は、本発明の更に他の実施の形態のめっき装置を示す。この例では、中空のフッ素ゴムの表面に金蒸着によって金属（金）コーティングして、リング状に加工したものをカソード接点９０として使用している。そして、このカソード接点９０の中空部を冷媒流路９２として利用し、この冷媒流路９２に、冷媒タンク９４から延び、ポンプ９６を介装した冷媒供給管９８と、冷媒タンク９４に戻る冷媒排出管１００を接続し、更に冷媒タンク９４内の冷媒をチラー１０２で冷却するようにして、冷却機構１０４を構成している。
【００４９】
このように、カソード接点９０の基材として、フッ素ゴムを使用することにより、カソード接点９０に十分な柔軟性を持たせ、カソード接点９０を基板Ｗのシード層７へ押し当てた時に、シード層７との接触面積を大きく取ることができる。また、ゴム表面に金属の中でも抵抗が低い金をコーティングすることで、カソード接点９０自体の抵抗もかなり小さくすることができる。金は耐薬品性にも優れているため劣化もしにくい。また、金は金属の中でも軟らかく、シード層７との密着性が良いため、これによっても、カソード接点９０とシード層７との接触抵抗をより小さくすることができる。
【００５０】
この例によれば、冷媒タンク９４の内部に溜められた冷媒、例えば純水は、チラー１０２との循環ラインを循環することによって一定の温度に保たれ、ポンプ９６の駆動に伴って、冷媒供給管９８を通して冷媒流路９２の内部に送り込まれる。そして、冷媒流路９２の内部に送り込まれた冷媒（純水）は、冷媒流路９２に沿って流れることで、カソード接点９０を直接的に冷却する。そして、カソード接点９０を冷媒（純水）することによって温度が上昇した冷媒（純水）は、冷媒排出管１００から冷媒タンク９４内に戻され、これによって、カソード接点９０を効率的に冷却しながら、冷媒タンク９４と冷媒流路９２との間を循環する。
【００５１】
なお、前述のカソード接点４４，８８として、中空のフッ素ゴムの表面に金蒸着によって金属（金）コーティングしたものを使用しても良い。
カソード接点４４，８８，９０を金属製としてもよい。金属製とすることで、抵抗を小さくして、コンパクトなサイズにしても、材質自体からの発熱を軽減することができる。特に、真空機器などに用いられるメタルシールのような形状にして、基板に押し付けて使用することにより、接触面積を大きく取ることができる。金属の種類としては、あらゆる金属材料を用いることができるが、ステンレスを基材にして、プラチナコーティングしたものが、耐薬品性、強度、加工性及びコストにおいて優れている。プラチナに替わり金のコーティングでも優れた性能を発揮できるが、強度の面でプラチナにはやや劣る。
【００５２】
カソード接点４４，８８，９０を導電性ゴムまたは導電性樹脂で構成しても良い。これによって、カソード接点に導電性を持たせながらも、基板（シード層）に柔軟に接触させて基板（シード層）との接触面積を大きく取り、接触抵抗を減らして発熱を抑えることができる。形状としては、Ｏリングのような、一般的なシール形状が良く、Ｖシール形状や平シール（ガスケット）形状でも良い。
【００５３】
カソード接点４４，８８，９０を導電性高分子で構成しても良い。カソード接点が金属やカーボンを練り込むことによって導電性を持たせている導電性ゴムや導電性樹脂である場合、基板への金属汚染の心配があるが、この場合、カソード接点が分子構造そのものに導電性を有する導電性高分子であることにより、金属汚染をなくすことができる。
【００５４】
ここに、導電性ゴム、導電性樹脂または導電性高分子は、一般に金属材料に比べると抵抗は大きい。このため、前述の図１２及び図１３に示す例のように、カソード接点して、フッ素ゴム等の表面に金等の金属コーティングを施したカソード接点９０を使用することで、ゴムや樹脂のような柔軟性を持ち且つ金属と同等の低抵抗を持つカソード接点とすることができる。金属コーティングの材料としては、金の他に、銀やプラチナが、電気抵抗、基板との密着性及び耐薬品性において優れている。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】銅配線基板の一製造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を備えた基板処理装置の全体を示す平面図である。
【図３】図２に示すめっき装置の平面図である。
【図４】図２に示すめっき装置のめっき時における要部を示す概略縦断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図２に示すめっき装置のカソード部の平面図である。
【図７】図６Ｄ−Ｄ線断面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態のめっき装置の要部を示す概略縦断面図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】カソード接点の他の例を示す平面図である。
【図１１】図１０に示すカソード接点と基板との関係を示す断面図である。
【図１２】本発明の更に他の実施の形態のめっき装置の要部を示す概略縦断面図である。
【図１３】図１２のＣ−Ｃ線断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
５ バリア層
６ 銅膜
７ シード層
１０ ロード・アンロード部
１２ めっき装置
２０ 基板処理部
２２ めっき液トレー
２８ 電極ヘッド
３０ 電極アーム部
３２ プレコート・回収アーム
３６ 基板ホルダ
３８ カソード部
４４，８８，９０ カソード接点
４６ シール部
５０ 純水（冷媒）
５２ 純水（冷媒）噴射ノズル
５８，１０４ 冷却機構
６０ アノードホルダ
６２ 高抵抗構造体
６４ アノード室
６６ アノード
６８ めっき液排出口
７０ めっき液注入部
７２ 電源
８０ 堰部
８２，９２ 冷媒流路
８４ 冷媒供給口
８６ 冷媒排出口
９４ 冷媒タンク
９８ 冷媒供給管
１００ 冷媒排出管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、めっき装置及びめっき方法に係り、特に、半導体ウェーハ等の基板の表面に設けた配線用凹部に銅や銀等の導電体（配線材料）を埋込んで埋込み配線を形成するのに使用されるめっき装置及びめっき方法に関する。
【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な配線用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の一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からなる酸化膜やＬｏｗ−ｋ材膜等の絶縁膜２を堆積し、この絶縁膜２の内部に、リソグラフィ・エッチング技術により、配線用凹部としてのコンタクトホール３とトレンチ４を形成する。その上にＴａ，ＴａＮ，ＴｉＮ，ＷＮ，ＳｉＴｉＮ，ＣｏＷＰまたはＣｏＷＢ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のシード層７の表面に銅めっきを施すことで、コンタクトホール３及びトレンチ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、コンタクトホール３及びトレンチ４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からなる配線が形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置の電気回路パターンは、益々微細化が進み、これに伴って、配線をめっきで形成する際に給電層として使用されるシード層も薄膜化が進んでいる。更には、シード層を形成することなく、バリア層の表面に直接めっきを行うダイレクトめっきの開発も進んでいる。シード層が薄くなるにつれて、シード層の電気抵抗（シート抵抗）が増加し、更に、ダイレクトめっきを行う時には、バリア層の電気抵抗（シート抵抗）が極端に大きくなる。
【０００６】
このように、シード層の電気抵抗が大きくなると、基板の中心部まで電気が流れにくくなって、基板の外周部と中心部との間でめっき量に極端な差が生じる、いわゆるターミナルエフェクトが問題となるばかりでなく、電気抵抗が増大するために消費電力が大きくなったり、発熱量が増えたりするなどの問題が生じる。特に、シード層に接触して電気を供給するカソード接点のシード層との接点部分では、カソード接点とシード層との接触面積が小さいことや、カソード接点自体がかなりコンパクトな形状に抑えられていることに伴って抵抗が増加し、カソード接点や該カソード接点のシード層との接触部から発熱によって、カソード接点やその周辺の部品が変形したり、融けたり、焼けたり、焦げたりするといった重大な問題が起きている。
【０００７】
また、一般的に、めっき装置には、カソード接点とシード層との接触部及びその近辺がめっき液に触れないようにした機構が多く採用されている。したがって、カソード接点との接触部及びその近辺におけるシード層表面にはめっき膜が析出せず、カソード接点との接触部及びその近辺におけるシード層の抵抗は大きいままである。そのため、カソード接点との接触部及びその近辺におけるシード層（基板）からの発熱によっても同様に、カソード接点を含む該カソード接点周辺部の部品の変形や破損が起きてしまう。このような問題は、シード層の抵抗値（シート抵抗値）が１０Ω／□を超えると特に顕著となる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、シード層が薄膜化され、シード層のシート抵抗値が１０Ω／□以上になったり、電気抵抗が極端に大きなバリア層の表面に直接めっきを行ったりする場合であっても、基板への給電部であるカソード接点やその周辺部品を発熱から守ることができるようにした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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、基板を保持する基板ホルダと、前記基板ホルダで保持した基板と接触して通電させるカソード接点を備え該基板ホルダと一体に回転するカソード部と、前記基板の表面に対向するように配置されたアノードと、前記カソード接点を冷却する冷却機構を有することを特徴とするめっき装置である。
このように、シード層等の基板表面に電気を供給するカソード接点を冷却機構で冷却することにより、カソード接点や該カソード接点と基板との接触部及びその近辺からの発熱を抑えて、カソード接点やその周辺部品の熱による変形や溶融といった破損を防ぐことができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記冷却機構は、冷媒となる流体を前記カソード接点に接触させて該カソード接点を冷却することを特徴とする請求項１記載のめっき装置である。
冷媒となる流体をカソード接点に接触させてカソード接点を冷却する方式としては、例えばスプレー方式や熱交換方式が挙げられる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記流体は、導電性または絶縁性の液体であることを特徴とする請求項２記載のめっき装置である。
冷媒としての流体をカソード接点に向けて噴射してカソード接点を冷却する場合に、冷媒として導電性の液体を用いることで、カソード接点から導電性の液体を通って基板に流れる電流経路を作ることができ、これによって、通常のカソード接点と基板との接触部に電気が集中して流れる場合と比較して、より均一に基板に電流を供給することができる。また別の様態として、冷媒として絶縁性の液体を用いる場合、冷媒がカソード接点を冷却した後に流れ落ちる際にカソード接点の周辺部品と接触して、意図しない電流の漏電経路が作られることを防止することができる。絶縁性の液体としては、例えば純水が挙げられる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記流体は、ガス、空気または不活性ガスであることを特徴とする請求項２記載のめっき装置である。
冷媒としての流体をカソード接点に向けて噴射してカソード接点を冷却する場合に、冷媒としてガスを使用することで、冷媒による電流リークをなくすことができる。このような場合に、冷媒として空気を使用することで、排出（排気）の際に周囲の人に窒息の危険性を与えることなく、冷媒の供給を安価かつ容易に行うことができ、また冷媒として不活性ガスを使用することで、冷媒によるカソード接点やその周辺部品の腐食を防ぐことができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記冷却機構は、前記流体を流す流体流路を有し、該流体流路は、前記カソード接点の内部または周囲に設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のめっき装置である。
これにより、冷却後に冷媒を容易に回収したり、冷却後の冷媒を容易に循環させたりしながら、カソード接点などの発熱部を冷媒で効率的に冷却することができ、しかも、カソード接点周辺の、冷媒が触れると電流リークの恐れのある、例えば金属部品などに冷媒が触れるのを防ぐことができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記カソード接点は、前記基板の外周部に該外周部の全周に亘って接触することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のめっき装置である。
これにより、カソード接点と基板との接触面積を広くして該接触部の電気抵抗を下げ、基板に高電流を高電圧で流すような場合であっても、カソード接点及びその近辺の発熱を抑えることができる。特にＯリングのように、押し潰して使うカソード接点を用いることで、カソード接点と基板との接触面積を格段に大きくして、異常発熱を防ぐことができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、前記カソード接点は、金属、導電性ゴム、導電性樹脂、導電性高分子、または表面に金属コーティングを施したゴムまたは樹脂から構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のめっき装置である。
【００１６】
カソード接点を金属製とすることで、抵抗が小さく、コンパクトなサイズにしても、材質自体からの発熱を軽減することができる。また、カソード接点を導電性ゴム、導電性樹脂、導電性高分子、または表面に金属コーティングを施したゴムまたは樹脂で構成することで、カソード接点に柔軟性を持たせて、カソード接点を基板により密着させ、カソード接点と基板との接触面積をより大きくして、カソード接点及びその近辺から発熱を抑えることができる。
【００１７】
請求項８に記載発明は、外周部にカソード接点を接触させてカソードとした基板表面と該表面に対向するように配置されたアノードとの間にめっき液を満たし、前記カソード接点を冷媒で冷却しながら、基板表面と前記アノードとの間に電圧を印加して基板表面にめっきを行うことを特徴とするめっき方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、特に、シート抵抗値が１０Ω／□以上のシード層表面や、シート抵抗が極端に高いバリア層の表面に直接めっきを行う際に、カソード接点及びその近辺からの発熱を抑えて、カソード接点やその周辺部品の熱による破損を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。この実施の形態は、図１に示すように、基板Ｗの表面に形成した導電膜としてのシード層７の表面に銅めっきを施し、絶縁膜２の内部に設けたコンタクトホール３やトレンチ４等の配線用凹部の内部に銅を埋込んで銅からなる配線を形成するようにした例を示す。本発明は、このシード層７が薄く、シート層７の抵抗値（シート抵抗値）が１０Ω／□以上となる時や、シード層７を設けることなく、バリア層５の表面に直接めっきを行う時に特に有効である。
なお、以下の各例において、同一または相当する部材には、同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態のめっき装置を備えた基板処理装置の全体配置図を示す。図２に示すように、この基板処理装置には、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基のめっき装置１２と、ロード・アンロード部１０とめっき装置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。
【００２１】
めっき装置１２には、図３に示すように、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ヘッド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。この実施の形態にあっては、３個の固定ノズル３４が備えられ、その内の１個を純水の供給用に用いている。
【００２２】
基板処理部２０には、図４に示すように、シード層７（図１（ａ）参照）を形成した表面（被めっき面）を上向き（フェースアップ）にして基板Ｗの裏面を吸着等によって着脱自在に保持する、上下動自在な基板ホルダ３６と、この基板ホルダ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。基板ホルダ３６は、任意の加速度及び速度でカソード部３８と一体に回転する。めっき装置１２のフレーム側面の搬送ロボット１４側には、基板搬出入口（図示せず）が設けられている。
【００２３】
めっき液トレー２２は、めっき処理を実施していない時に、電極アーム部３０の下記の高抵抗構造体６２及びアノード６６をめっき液で湿潤させるためのもので、この高抵抗構造体６２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の検出が可能になっている。
【００２４】
電極アーム部３０は、図示しないサーボモータからなる上下動モータとボールねじを介して上下動し、旋回モータを介して、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。
【００２５】
プレコート・回収アーム３２は、上下方向に延びる支持軸の上端に連結されて、ロータリアクチュエータ（図示せず）を介して旋回（揺動）し、エアシリンダ（図示せず）を介して上下動する。このプレコート・回収アームには、プレコート液を間欠的に吐出するプレコート液吐出用のプレコートノズル（図示せず）と、基板上のめっき液を吸引して回収するめっき液回収ノズル（図示せず）がそれぞれ保持されている。
【００２６】
カソード部３８は、図６及び図７に示すように、支持板４０の周縁部に立設した支柱４２の上部に取付けた、この例では６分割されたカソード接点４４と、このカソード接点４４の上方を覆うように配置されたリング状のシール部４６を有しており、カソード接点４４とシール部４６との間には、環状の枠体４８が介装されている。シール部４６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。カソード接点４４は、内周部に複数のばね性を有する歯を一体に連接した櫛型に形成されており、この櫛型の歯の先端が基板Ｗのシード層７に圧接するようになっている。
【００２７】
これにより、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗを上昇させると、基板Ｗの表面に形成されたシード層７の外周部にカソード接点４４が接触して、該シード層７がカソードとなるように給電可能な状態となる。同時にシール部４６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４４を汚染するのを防止する。
【００２８】
カソード接点４４の近傍に位置して、カソード接点４４に向けて冷媒として純水５０を噴射してカソード接点４４及びその近辺を純水（冷媒）５０で冷却する純水（冷媒）噴射ノズル５２が配置されている。この例では、図５に示すように、カソード接点４４の外方に、合計４個の純水（冷媒）噴射ノズル５２が配置されているが、この純水（冷媒）噴射ノズル５２の個数は任意に定められる。この各純水（冷媒）噴射ノズル５２は、図４に示すように、チラー５４から延びる配管５６にそれぞれ接続され、これによって、カソード接点４４の冷却機構５８が構成されている。
【００２９】
この例では、冷媒として、絶縁性の液体である純水５０を使用している。これにより、純水（冷媒）５０がカソード接点４４を冷却した後に流れ落ちる際に、カソード接点４４の周辺部品と接触して、意図しない電流の漏電経路が作られることを防止することができる。このような漏電経路が作られるおそれがない場合には、冷媒として導電性の液体を用いてもよく、これによって、カソード接点４４から冷媒（導電性の液体）を通って基板のシード層７に流れる電流経路を作ることができ、通常のカソード接点４４と基板のシード層７との接触部に電気が集中して流れる場合と比較して、より均一に基板のシード層７に電流を供給することができる。
【００３０】
冷媒として、純水５０の代わりに、ガス、空気または不活性ガスを使用しても良い。冷媒としてガスを使用することで、冷媒による電流リークをなくすことができる。冷媒として空気を使用することで、排出（排気）の際に周囲の人に窒息の危険性を与えることなく、冷媒の供給を安価かつ容易に行うことができ、また冷媒として不活性ガスを使用することで、冷媒によるカソード接点やその周辺部品の腐食を防ぐことができる。
【００３１】
なお、この実施の形態において、カソード部３８は、上下動不能で基板ホルダ３６と一体に回転するようになっているが、上下動自在で、下降した時にカソード接点４４及びシール部４６が基板Ｗの表面（上面）に接触して、基板ホルダ３６と一体に回転するように構成しても良い。
【００３２】
電極アーム部３０の電極ヘッド２８は、図４に示すように、揺動アーム２６の自由端にボールベアリング（図示せず）を介して連結したアノードホルダ６０と、このアノードホルダ６０の下端開口部を塞ぐように配置された高抵抗構造体６２を有している。これによって、アノードホルダ６０の内部に中空のアノード室６４が区画形成されている。
【００３３】
高抵抗構造体６２は、例えばアルミナ，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。
【００３４】
このように高抵抗構造体６２をアノードホルダ６０の開口部に配置し、この高抵抗構造体６２によって大きな抵抗を発生させることで、シード層７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。
【００３５】
アノード室６４内には、高抵抗構造体６２の上方に位置して、内部に上下に貫通する多数の通孔を有するアノード６６が配置されている。そして、アノードホルダ６０には、アノード室６４の内部のめっき液を吸引して排出するめっき液排出口６８が設けられ、このめっき液排出口６８は、めっき液供給設備１８（図２参照）から延びるめっき液排出管（図示せず）に接続されている。更に、アノードホルダ６０の側方に位置して、めっき液注入部７０が設けられている。このめっき液注入部７０は、この例では、下端をノズル形状としたチューブで構成され、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（図示せず）に接続されている。
【００３６】
このめっき液注入部７０は、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと高抵抗構造体６２の隙間が、例えば０．５〜３ｍｍ程度となるまで電極ヘッド２８を下降させ、この状態で、アノード６６及び高抵抗構造体６２の側方から、基板Ｗと高抵抗構造体６２との間の領域にめっき液を注入するためのものである。
アノード６６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、不溶解の不溶性アノードを使用するようにしてもよい。
【００３７】
めっき電源７２のアノード側は、アノード側導線７４を介してアノード６６に電気的に接続され、めっき電源７２のカソード側は、カソード側導線７６を介してカソード接点４４に電気的に接続される。
【００３８】
次に、この実施の形態のめっき装置１２を備えた基板処理装置の操作について説明する。
先ず、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で取出し、表面（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から一方の電解めっき装置１２の内部に搬送する。基板ホルダ３６は、基板Ｗをその裏面（上面）で吸着保持し、しかる後、ロボットのハンドを退却させる。そして、基板ホルダ３６を上昇させ、カソード接点４４を基板Ｗのシード層７に接触させて該シード層７に給電できる状態となし、また基板Ｗの外周端部をシール部４６に接触させて水密的にシールする。
【００３９】
一方、電極アーム部３０の電極ヘッド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、高抵抗構造体６２あるいはアノード６６がめっき液トレー２２内に位置しており、この状態で、めっき液トレー２２及び電極ヘッド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（図示せず）を通じた吸引を行って、高抵抗構造体６２に含まれるめっき液の交換と泡抜きを行う。
【００４０】
次に、プレコート処理に移る。即ち、基板Ｗを受取った基板ホルダ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、基板ホルダ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（図示せず）から、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板の表面（被めっき面）に間欠的に吐出する。この時、基板ホルダ３６が回転しているため、プレコート液は基板Ｗの表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、基板ホルダ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】
プレコート完了後にめっき処理に移る。先ず、基板ホルダ３６の回転速度をめっき時の回転速度まで低下させる。そして、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、電極アーム部３０をめっき液トレー２２上方からめっき処理を施す位置の上方に電極ヘッド２８が位置するように水平方向に旋回させ、しかる後、電極ヘッド２８をカソード部３８に向かって下降させて停止させる。この時、高抵抗構造体６２を基板Ｗの表面に接触することなく、０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度に近接した位置とする。電極ヘッド２８の下降が完了した時点で、基板Ｗと高抵抗構造体６２との間にめっき液を供給して、アノード６６及び基板Ｗの表面のシード層７をめっき液に接触させる。同時に、めっき電源７２のアノード側をアノード６６に電気的に接続し、カソード側をカソード接点４４にそれぞれ接続する。これによって、めっき電源７２を介して、アノード６６と基板Ｗのシード層７との間に電圧を印加してシード層７の表面にめっきを行う。
【００４２】
シード層７が薄く、この抵抗値（シート抵抗値）が、例えば１０Ω／□を超えると、シード層７に電流が流れにくくなる。このため、シード層７の表面に確実にめっきを行うため、シード層７に高電流を高電圧で流す必要があり、シード層７に高電流を高電圧で流すと、カソード接点４４及び該カソード接点４４とシード層７との接触部及びその近辺から発熱する。このことは、シート抵抗が極端に高いバリア層５の表面に直接めっきを行う場合もほぼ同様である。そこで、この例では、めっき中に、カソード接点４４に向けて純水（冷媒）噴射ノズル５２から冷媒としての純水５０を噴射し、これによって、カソード接点４４及びその近辺を純水５０で冷却する。これにより、カソード接点４４やその近辺からの発熱を抑えて、カソード接点４４やその周辺部品の熱による変形や溶融といった破損を防ぐことができる。
【００４３】
めっき処理が完了した時に、めっき電源７２の接続を解き、純水（冷媒）５０の供給を停止する。そして、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（図示せず）から基板Ｗ上のめっき液の残液を回収する。この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、同時に基板ホルダ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。
【００４４】
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、基板ホルダ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、この基板ホルダ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。
【００４５】
図８及び図９は、本発明の他の実施の形態をめっき装置の要部を示す。この例は、シール部４６の内周端から少し離間し、かつカソード接点４４の内周端のシード層７との接触部を挟んだ位置に、下方に突出する堰部８０を一体に設け、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗを上昇させた時に、シール部４６の内周端及び堰部８０が基板Ｗの上面に同時に接触して、シール部４６と基板Ｗとの間に冷媒流路８２が形成されるように構成されている。そして、冷媒流路８２には、冷媒供給口８４と冷媒排出口８６が接続される。
【００４６】
この例では、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗを上昇させ、シール部４６の内周端及び堰部８０を基板Ｗの上面に同時に接触させて、シール部４６と基板Ｗとの間に冷媒流路８２を形成し、この冷媒流路８２に純水等の冷媒を供給して、冷媒流路８２内に位置するカソード接点４４及びその近辺を冷却する。これにより、冷却後の冷媒を容易に回収し、また冷媒を循環させながら、カソード接点４４などの発熱部を冷媒で効率的に冷却することができ、しかも、カソード接点４４の周辺の、冷媒が触れると電流リークの恐れのある、例えば金属部品などに冷媒が触れるのを防ぐことができる。またこのような漏電経路が作られるおそれがない場合には、冷媒として導電性の液体を用いてもよい。この場合、カソード接点から導電性の液体を通って基板に流れる電流経路を作ることができ、これによって、通常のカソード接点と基板との接触部に電気が集中して流れる場合と比較して、より均一に基板に電流を供給することができる。
【００４７】
図１０及び図１１は、カソード接点の他の例を示す。この例のカソード接点８８は、横断面円形のリング状で、基板Ｗの外周部に該外周部の全周に亘って連続した線状に接触するように構成されている。前述の例における櫛型のカソード接点４４のように、各歯の先端のみがシード層７と点接触するような場合には、接触面積が小さくなり、大きな電気抵抗となってしまい、この狭い面積に高電流を高電圧で流すと、かなりの発熱を伴ってしまう。この例のように、基板Ｗの外周部に該外周部の全周に亘って線状に接触するカソード接点８８を用いることにより、カソード接点８８の接触面積を大きくし、特にカソード接点８８として、Ｏリングのように一部を押し潰して使う場合には、カソード接点８８の接触面積が格段に大きくなり、カソード接点８８及びその近辺の異常発熱を防ぐことができる。
【００４８】
図１２及び図１３は、本発明の更に他の実施の形態のめっき装置を示す。この例では、中空のフッ素ゴムの表面に金蒸着によって金属（金）コーティングして、リング状に加工したものをカソード接点９０として使用している。そして、このカソード接点９０の中空部を冷媒流路９２として利用し、この冷媒流路９２に、冷媒タンク９４から延び、ポンプ９６を介装した冷媒供給管９８と、冷媒タンク９４に戻る冷媒排出管１００を接続し、更に冷媒タンク９４内の冷媒をチラー１０２で冷却するようにして、冷却機構１０４を構成している。
【００４９】
このように、カソード接点９０の基材として、フッ素ゴムを使用することにより、カソード接点９０に十分な柔軟性を持たせ、カソード接点９０を基板Ｗのシード層７へ押し当てた時に、シード層７との接触面積を大きく取ることができる。また、ゴム表面に金属の中でも抵抗が低い金をコーティングすることで、カソード接点９０自体の抵抗もかなり小さくすることができる。金は耐薬品性にも優れているため劣化もしにくい。また、金は金属の中でも軟らかく、シード層７との密着性が良いため、これによっても、カソード接点９０とシード層７との接触抵抗をより小さくすることができる。
【００５０】
この例によれば、冷媒タンク９４の内部に溜められた冷媒、例えば純水は、チラー１０２との循環ラインを循環することによって一定の温度に保たれ、ポンプ９６の駆動に伴って、冷媒供給管９８を通して冷媒流路９２の内部に送り込まれる。そして、冷媒流路９２の内部に送り込まれた冷媒（純水）は、冷媒流路９２に沿って流れることで、カソード接点９０を直接的に冷却する。そして、カソード接点９０を冷媒（純水）することによって温度が上昇した冷媒（純水）は、冷媒排出管１００から冷媒タンク９４内に戻され、これによって、カソード接点９０を効率的に冷却しながら、冷媒タンク９４と冷媒流路９２との間を循環する。
【００５１】
なお、前述のカソード接点４４，８８として、中空のフッ素ゴムの表面に金蒸着によって金属（金）コーティングしたものを使用しても良い。
カソード接点４４，８８，９０を金属製としてもよい。金属製とすることで、抵抗を小さくして、コンパクトなサイズにしても、材質自体からの発熱を軽減することができる。特に、真空機器などに用いられるメタルシールのような形状にして、基板に押し付けて使用することにより、接触面積を大きく取ることができる。金属の種類としては、あらゆる金属材料を用いることができるが、ステンレスを基材にして、プラチナコーティングしたものが、耐薬品性、強度、加工性及びコストにおいて優れている。プラチナに替わり金のコーティングでも優れた性能を発揮できるが、強度の面でプラチナにはやや劣る。
【００５２】
カソード接点４４，８８，９０を導電性ゴムまたは導電性樹脂で構成しても良い。これによって、カソード接点に導電性を持たせながらも、基板（シード層）に柔軟に接触させて基板（シード層）との接触面積を大きく取り、接触抵抗を減らして発熱を抑えることができる。形状としては、Ｏリングのような、一般的なシール形状が良く、Ｖシール形状や平シール（ガスケット）形状でも良い。
【００５３】
カソード接点４４，８８，９０を導電性高分子で構成しても良い。カソード接点が金属やカーボンを練り込むことによって導電性を持たせている導電性ゴムや導電性樹脂である場合、基板への金属汚染の心配があるが、この場合、カソード接点が分子構造そのものに導電性を有する導電性高分子であることにより、金属汚染をなくすことができる。
【００５４】
ここに、導電性ゴム、導電性樹脂または導電性高分子は、一般に金属材料に比べると抵抗は大きい。このため、前述の図１２及び図１３に示す例のように、カソード接点して、フッ素ゴム等の表面に金等の金属コーティングを施したカソード接点９０を使用することで、ゴムや樹脂のような柔軟性を持ち且つ金属と同等の低抵抗を持つカソード接点とすることができる。金属コーティングの材料としては、金の他に、銀やプラチナが、電気抵抗、基板との密着性及び耐薬品性において優れている。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】銅配線基板の一製造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を備えた基板処理装置の全体を示す平面図である。
【図３】図２に示すめっき装置の平面図である。
【図４】図２に示すめっき装置のめっき時における要部を示す概略縦断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図２に示すめっき装置のカソード部の平面図である。
【図７】図６Ｄ−Ｄ線断面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態のめっき装置の要部を示す概略縦断面図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】カソード接点の他の例を示す平面図である。
【図１１】図１０に示すカソード接点と基板との関係を示す断面図である。
【図１２】本発明の更に他の実施の形態のめっき装置の要部を示す概略縦断面図である。
【図１３】図１２のＣ−Ｃ線断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
５ バリア層
６ 銅膜
７ シード層
１０ ロード・アンロード部
１２ めっき装置
２０ 基板処理部
２２ めっき液トレー
２８ 電極ヘッド
３０ 電極アーム部
３２ プレコート・回収アーム
３６ 基板ホルダ
３８ カソード部
４４，８８，９０ カソード接点
４６ シール部
５０ 純水（冷媒）
５２ 純水（冷媒）噴射ノズル
５８，１０４ 冷却機構
６０ アノードホルダ
６２ 高抵抗構造体
６４ アノード室
６６ アノード
６８ めっき液排出口
７０ めっき液注入部
７２ 電源
８０ 堰部
８２，９２ 冷媒流路
８４ 冷媒供給口
８６ 冷媒排出口
９４ 冷媒タンク
９８ 冷媒供給管
１００ 冷媒排出管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する基板ホルダと、
前記基板ホルダで保持した基板と接触して通電させるカソード接点を備え該基板ホルダと一体に回転するカソード部と、
前記基板の表面に対向するように配置されたアノードと、
前記カソード接点を冷却する冷却機構を有することを特徴とするめっき装置。
【請求項２】
前記冷却機構は、冷媒となる流体を前記カソード接点に接触させて該カソード接点を冷却することを特徴とする請求項１記載のめっき装置。
【請求項３】
前記流体は、導電性または絶縁性の液体であることを特徴とする請求項２記載のめっき装置。
【請求項４】
前記流体は、ガス、空気または不活性ガスであることを特徴とする請求項２記載のめっき装置。
【請求項５】
前記冷却機構は、前記流体を流す流体流路を有し、該流体流路は、前記カソード接点の内部または周囲に設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項６】
前記カソード接点は、前記基板の外周部に該外周部の全周に亘って接触することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項７】
前記カソード接点は、金属、導電性ゴム、導電性樹脂、導電性高分子、または表面に金属コーティングを施したゴムまたは樹脂から構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項８】
外周部にカソード接点を接触させてカソードとした基板表面と該表面に対向するように配置されたアノードとの間にめっき液を満たし、前記カソード接点を冷媒で冷却しながら、基板表面と前記アノードとの間に電圧を印加して基板表面にめっきを行うことを特徴とするめっき方法。
【請求項１】
基板を保持する基板ホルダと、
前記基板ホルダで保持した基板と接触して通電させるカソード接点を備え該基板ホルダと一体に回転するカソード部と、
前記基板の表面に対向するように配置されたアノードと、
前記カソード接点を冷却する冷却機構を有することを特徴とするめっき装置。
【請求項２】
前記冷却機構は、冷媒となる流体を前記カソード接点に接触させて該カソード接点を冷却することを特徴とする請求項１記載のめっき装置。
【請求項３】
前記流体は、導電性または絶縁性の液体であることを特徴とする請求項２記載のめっき装置。
【請求項４】
前記流体は、ガス、空気または不活性ガスであることを特徴とする請求項２記載のめっき装置。
【請求項５】
前記冷却機構は、前記流体を流す流体流路を有し、該流体流路は、前記カソード接点の内部または周囲に設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項６】
前記カソード接点は、前記基板の外周部に該外周部の全周に亘って接触することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項７】
前記カソード接点は、金属、導電性ゴム、導電性樹脂、導電性高分子、または表面に金属コーティングを施したゴムまたは樹脂から構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のめっき装置。
【請求項８】
外周部にカソード接点を接触させてカソードとした基板表面と該表面に対向するように配置されたアノードとの間にめっき液を満たし、前記カソード接点を冷媒で冷却しながら、基板表面と前記アノードとの間に電圧を印加して基板表面にめっきを行うことを特徴とするめっき方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−９５１５７（Ｐ２００８−９５１５７Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７９９０３（Ｐ２００６−２７９９０３）
【出願日】平成１８年１０月１３日（２００６．１０．１３）
【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４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１３日（２００６．１０．１３）
【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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