めっき装置及びめっき方法
【課題】めっきによる金属膜の成膜をビアホール内に選択的に行って、ビアホール内を欠陥なくめっき膜で充填するとともに、ビアホール以外に形成される余分な金属膜を極めて薄く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。
【解決手段】めっき液を保持するめっき槽１８６と、めっき槽１８６内のめっき液に浸漬させて配置されるアノード２１２と、被めっき材を保持して該被めっき材に通電し、被めっき材をアノードと対向する位置にめっき液に浸漬させて配置するホルダ１６０と、アノードとホルダで保持した被めっき材との間に配置され、めっき槽内のめっき液を攪拌するめっき液攪拌部２２０と、ホルダで保持してめっき液中に浸漬させて配置した被めっき材の被めっき面に面するめっき液中にバブルを供給するバブル供給部２２２と、被めっき材とアノードとの間に電圧を印加するめっき電源２３０を有する。
【解決手段】めっき液を保持するめっき槽１８６と、めっき槽１８６内のめっき液に浸漬させて配置されるアノード２１２と、被めっき材を保持して該被めっき材に通電し、被めっき材をアノードと対向する位置にめっき液に浸漬させて配置するホルダ１６０と、アノードとホルダで保持した被めっき材との間に配置され、めっき槽内のめっき液を攪拌するめっき液攪拌部２２０と、ホルダで保持してめっき液中に浸漬させて配置した被めっき材の被めっき面に面するめっき液中にバブルを供給するバブル供給部２２２と、被めっき材とアノードとの間に電圧を印加するめっき電源２３０を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内部に上下に貫通する多数のビアプラグを有し、半導体チップ等のいわゆる３次元実装に使用されるインタポーザまたはスペーサを製造する際におけるビアホール（穴）の埋込み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】
半導体基板を多層に積層させる際に各層間を導通させるための手段として、内部に上下に貫通する複数の銅からなるビアプラグを有するインタポーザまたはスペーサが知られている。この製造例を図１を参照して説明すると、先ず、図１（ａ）に示すように、シリコン等からなる基材５１０の表面にＳｉＯ２等からなる絶縁膜５１２を堆積し、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、内部に上方に開口する複数のビアホール５１４を形成した基板Ｗを用意する。このビアホール５１４の直径ｄは、例えば１〜１００μｍ、特に１０〜２０μｍで、深さｈは、例えば７０〜１５０μｍである。そして、図１（ｂ）に示すように、この基板Ｗの表面にＴａＮ等からなるバリア層５１６、該バリア層５１６の表面に電気めっきの給電層としての（銅）シード層５１８をスパッタリング等で形成する。
【０００３】
そして、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、図１（ｃ）に示すように、基板Ｗのビアホール５１４内に銅（めっき膜）を充填するとともに、絶縁膜５１２の表面に銅膜５２０を堆積させる。
【０００４】
その後、図１（ｄ）に示すように、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等により、絶縁膜５１２上の余剰な銅膜５２０、シード層５１８及びバリア層５１６を除去し、同時に、ビアホール５１４内に充填した銅の底面が外部に露出するまで基材５１０の裏面側を研磨除去する。これによって、上下に貫通する銅からなる複数のビアプラグ５２２を内部に有するインタポーザまたはスペーサを完成させる。
【０００５】
このような、基板の内部に設けた、直径１〜１００μｍ、特に１０〜２０μｍ、深さ７０〜１５０μｍ程度の、アスペスト比が高く、深さの深いビアホールの内部に、内部にボイド等の欠陥が生じることを防止しつつ、めっきで金属膜を確実に埋込むため、出願人は、めっき電源から被めっき材とアノードとの間に印加される電圧をめっきの途中で変化させるようにしためっき装置（特許文献１参照）や、基板（被めっき材）とアノードとの間に電圧が印加されていない時にめっき液の攪拌を行い、基板（被めっき材）とアノードとの間に電圧が印加されている時にめっき液の攪拌を停止するようにしためっき装置（引用文献２参照）を提案した。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−９７７３２号公報
【特許文献２】特開２００６−１５２４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１，２に記載の発明では、ビアホール以外の被めっき材（基板）の表面部分にも余分にめっき膜が成膜されてしまい、この被めっき材表面に成膜されるめっき膜の膜厚を抑える工夫がなされていないため、後工程のＣＭＰでの研磨量が増加し、コストが高くなって、生産実現に向けて障害となることが判った。つまり、図２に示すように、直径Ｄ１の穴をめっき膜で埋めると、被めっき材（基板）の表面にも膜厚Ｔ１のめっき膜が成膜され、この膜厚Ｔ１は、穴の直径Ｄ１の１／２以上（Ｔ１＞Ｄ１／２）となる。このため、後工程のＣＭＰへの負担を軽減させる為には、めっきによる銅膜の成膜がビアホールに選択的に行われ、それ以外の部分での銅膜の成膜が少ないことが望ましい。
【０００８】
つまり、ビアホール内を電解めっきにより金属銅で充填するときにめっきの成長速度が、ビアホールの内外で同じである場合、ビアホールの半径と等しい膜厚のめっき膜が必要となる。このときに、特別な工夫をしないと、ビアホール以外の被めっき材の表面にも、同じ膜厚のめっき膜が成膜されることになる。添加剤などの工夫でめっきの成長をある程度制御できるが、それだけでは不充分である。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、めっきによる金属膜の成膜をビアホール内に選択的に行って、ビアホール内を欠陥なくめっき膜で充填するとともに、ビアホール以外に形成される余分な金属膜を極めて薄く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】
【００１０】
本発明者らは、半導体基板の表面に設けた穴の内部に優先的に銅を析出させて穴内を欠陥なく完全に銅で埋めるとともに、穴以外の表面への銅析出を極力抑えた銅めっき膜の成膜を行う方法について、数多くの試験を行い検討した結果、銅イオン、支持電解質及びハロゲンイオンの他に、更に有機イオウ化合物、高分子化合物及び有機窒素化合物のうち少なくとも一つを含んだめっき液を用いて、基板（被めっき材）とアノードとの間に電圧を印加し、更にめっき液をパドルによって撹拌しながら、めっき液中にバブルを供給して電解めっきすることで目的を達成できることを見出し本発明を完成した。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、めっき液を保持するめっき槽と、前記めっき槽内のめっき液に浸漬させて配置されるアノードと、被めっき材を保持して該被めっき材に通電し、被めっき材を前記アノードと対向する位置にめっき液に浸漬させて配置するホルダと、前記アノードと前記ホルダで保持した被めっき材との間に配置され、前記めっき槽内のめっき液を攪拌するめっき液攪拌部と、前記ホルダで保持してめっき液中に浸漬させて配置した被めっき材の被めっき面に面するめっき液中にバブルを供給するバブル供給部と、前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧を印加するめっき電源を有することを特徴とするめっき装置である。
【００１２】
例えば表面に１〜１００μｍ程度の穴（ビアホール）を有する被めっき材とアノードとの間に電圧を印加し、めっき液をめっき液撹拌部で撹拌しながら、めっき液中にバブルを供給してめっきを行うことで、穴の内部に優先的にめっきを行って、穴の内部に銅等のめっき膜を充填した後の被めっき材の表面のめっき膜厚さを該穴径の半径より薄くできることが確かめられている。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記バブル供給部は、前記めっき液攪拌部と前記ホルダで保持してめっき液に浸漬させて配置される被めっき材との間、または前記めっき液攪拌部の近傍に位置して、前記めっき槽の底部に沿って配置されていることを特徴とする請求項１記載のめっき装置である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記バブルの供給量は、０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１または２記載のめっき装置である。
バブルの供給量は、一般的には０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎであるが、１〜５Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記バブル供給部は、下半分の領域に、複数の通孔を一列または複数列に亘って所定のピッチで設けた中空管からなる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装置である。
この通孔の直径は、例えば０．１〜２．０ｍｍである。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記バブル供給部は、多孔質体からなる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装置である。
多孔質体としては、多孔質プラスチックや多孔質セラミック等が挙げられ、多孔質体を使用することで、構造の簡素化を図ることができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、めっき槽内のめっき液中に被めっき材とアノードとを互いに対峙させて配置し、前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧を印加し、前記被めっき材と前記アノードとの間のめっき液をめっき液攪拌部で攪拌しながら、被めっき材の被めっき面に面するめっき液中にバブルを供給することを特徴とするめっき方法である。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、前記めっき液攪拌部と前記被めっき材で挟まれた領域、またはめっき液攪拌部の近傍に、めっき槽の底部からバブルを供給することを特徴とする請求項６記載のめっき方法である。
請求項８に記載の発明は、前記バブルの供給量は、０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項６または７記載のめっき方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、例えば表面に１〜１００μｍ程度の穴（ビアホール）を有する被めっき材の該穴の内部に優先的にめっきを行って、穴の内部に銅等のめっき膜を充填した後の被めっき材の表面のめっき膜厚さを該穴径の半径より薄くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では、被めっき材として半導体ウエハ等の基板を使用し、基板の表面に銅めっきを行って、基板の表面に設けた、例えば１〜１００μｍ程度の穴径のビアホール（穴）を銅で埋めるようにした例を示す。
【００２１】
図３は、本発明の実施の形態におけるめっき装置を備えためっき処理設備の全体配置図を示す。このめっき処理設備は、基板の前処理、めっき処理及びめっきの後処理のめっき全工程を連続して自動的に行うようにしたもので、外装パネルを取付けた装置フレーム１１０の内部は、仕切板１１２によって、基板のめっき処理及びめっき液が付着した基板の処理を行うめっき空間１１６と、それ以外の処理、すなわちめっき液に直接には関わらない処理を行う清浄空間１１４に区分されている。そして、めっき空間１１６と清浄空間１１４とを仕切る仕切板１１２で仕切られた仕切り部には、基板ホルダ１６０（図４参照）を２枚並列に配置して、この各基板ホルダ１６０との間で基板の脱着を行う、基板受渡し部としての基板脱着台１６２が備えられている。清浄空間１１４には、基板を収納した基板カセットを載置搭載するロード・アンロードポート１２０が接続され、更に、装置フレーム１１０には、操作パネル１２１が備えられている。
【００２２】
清浄空間１１４の内部には、基板のオリフラやノッチなどの位置を所定方向に合わせるアライナ１２２と、めっき処理後の基板を洗浄し高速回転させてスピン乾燥させる２台の洗浄・乾燥装置１２４が配置されている。更に、これらの各処理装置、つまりアライナ１２２及び洗浄・乾燥装置１２４のほぼ中心に位置して、これらの各処理装置１２２，１２４、前記基板脱着台１６２及び前記ロード・アンロードポート１２０に搭載した基板カセットとの間で基板の搬送と受渡しを行う第１搬送ロボット１２８が配置されている。
【００２３】
清浄空間１１４内に配置されたアライナ１２２及び洗浄・乾燥装置１２４は、表面を上向きにした水平姿勢で基板を保持して処理する。搬送ロボット１２８は、表面を上向きにした水平姿勢で基板を保持して基板の搬送及び受渡しを行う。
【００２４】
めっき空間１１６内には、仕切板１１２側から順に、基板ホルダ１６０の保管及び一時仮置きを行うストッカ１６４、例えば基板の表面を純水で洗浄するとともに、純水で濡らして親水性を良くする水洗前処理を行う前処理装置１２６、例えば基板の表面に形成したシード層表面の電気抵抗の大きい酸化膜を硫酸や塩酸などの無機酸またはクエン酸やシュウ酸などの有機酸溶液でエッチング除去する活性化処理装置１６６、基板の表面を純水で水洗する第１水洗装置１６８ａ、めっき処理を行うめっき装置１７０、第２水洗装置１６８ｂ及びめっき処理後の基板の水切りを行うブロー装置１７２が順に配置されている。そして、これらの装置の側方に位置して、２台の第２搬送ロボット１７４ａ，１７４ｂがレール１７６に沿って走行自在に配置されている。この一方の第２搬送ロボット１７４ａは、基板脱着台１６２とストッカ１６４との間で基板ホルダ１６０の搬送を行う。他方の第２搬送ロボット１７４ｂは、ストッカ１６４、前処理装置１２６、活性化処理装置１６６、第１水洗装置１６８ａ、めっき装置１７０、第２水洗装置１６８ｂ及びブロー装置１７２の間で基板ホルダ１６０の搬送を行う。
【００２５】
第２搬送ロボット１７４ａ，１７４ｂは、図４に示すように、鉛直方向に延びるボディ１７８と、このボディ１７８に沿って上下動自在でかつ軸心を中心に回転自在なアーム１８０を備えており、このアーム１８０に、基板ホルダ１６０を着脱自在に保持する基板ホルダ保持部１８２が２個並列に備えられている。基板ホルダ１６０は、表面を露出させ周縁部をシールした状態で基板Ｗを着脱自在に保持するように構成されている。
【００２６】
ストッカ１６４、前処理装置１２６、活性化処理装置１６６、水洗装置１６８ａ，１６８ｂ、めっき装置１７０及びブロー装置１７２は、基板ホルダ１６０の両端部に設けた外方に突出する突出部１６０ａを上端部に引っ掛けて、基板ホルダ１６０を鉛直方向に吊り下げた状態で支持する。前処理装置１２６には、内部に純水を保持する2個の前処理槽１２７が備えられ、図４に示すように、基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を鉛直状態で保持した第２搬送ロボット１７４ｂのアーム１８０を下降させ、基板ホルダ１６０を前処理槽１２７の上端部に引っ掛けて吊下げ支持することで、基板ホルダ１６０を基板Ｗごと前処理槽１２７内の純水に浸漬させて前処理を行うように構成されている。活性化処理装置１６６には、内部に薬液を保持する２個の活性化処理槽１８３が備えられ、図４に示すように、基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を鉛直状態で保持した第２搬送ロボット１７４ｂのアーム１８０を下降させ、基板ホルダ１６０を活性化処理槽１８３の上端部に引っ掛けて吊下げ支持することで、基板ホルダ１６０を基板Ｗごと活性化処理槽１８３内の薬液に浸漬させて活性化処理を行うように構成されている。
【００２７】
同様に、水洗装置１６８ａ，１６８ｂには、内部に純水を保持した各２個の水洗槽１８４ａ，１８４ｂが、めっき装置１７０には、内部にめっき液を保持した複数のめっき槽１８６がそれぞれ備えられ、前述と同様に、基板ホルダ１６０を基板Ｗごとこれらの水洗槽１８４ａ，１８４ｂ内の純水またはめっき槽１８６内のめっき液に浸漬させることで、水洗処理やめっき処理が行われるように構成されている。またブロー装置１７２は、基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を鉛直状態で保持した第２搬送ロボット１７４ｂのアーム１８０を下降させ、この基板ホルダ１６０に装着した基板Ｗにエアーや不活性ガスを吹きかけることで、基板のブロー処理を行うように構成されている。
【００２８】
めっき装置１７０は、図５に示すように、内部に一定量のめっき液Ｑを保持するめっき槽１８６が備えられ、このめっき液Ｑ中に、基板ホルダ１６０で周縁部を水密的にシールし表面（被めっき面）を露出させて保持した基板Ｗを浸漬させて垂直に配置するようになっている。めっき液Ｑとして、この例では、銅イオン、支持電解質及びハロゲンイオンの他に、更に有機イオウ化合物、高分子化合物及び有機窒素化合物のうち少なくとも一つを含んだめっき液が使用される。支持電解質としては硫酸が、ハロゲンイオンとしては塩素が好ましく用いられる。
【００２９】
めっき槽１８６の上方外周には、めっき槽１８６の縁から溢れ出ためっき液Ｑを受け止めるオーバーフロー槽２００が備えられている。オーバーフロー槽２００の底部には、ポンプ２０２を備えた循環配管２０４の一端が接続され、循環配管２０４の他端は、めっき槽１８６の底部に設けられためっき液供給口１８６ａに接続されている。これにより、オーバーフロー槽２００内に溜まっためっき液Ｑは、ポンプ２０２の駆動に伴ってめっき槽１８６内に還流される。循環配管２０４には、ポンプ２０２の下流側に位置して、めっき液Ｑの温度を調節する恒温ユニット２０６と、めっき液内の異物をフィルタリング（除去）するフィルタ２０８が介装されている。更に、めっき槽１８６の底部には、内部に多数のめっき液流通口を有する底板２１０が配置されている。
【００３０】
めっき槽１８６の内部には、基板Ｗの形状に沿った円板状のアノード２１２がアノードホルダ２１４に保持されて垂直に設置されている。このアノード２１２は、めっき槽１８６内にめっき液Ｑを満たした時に、このめっき液Ｑ中に浸漬され、基板ホルダ１６０で保持してめっき槽１８６内の所定の位置に配置される基板Ｗと対面する。更に、めっき槽１８６の内部には、アノード２１２とめっき槽１８６内の所定の位置に配置される基板ホルダ１６０との間に位置して、内部に中央孔２１８ａを有する誘電体からなり、めっき槽１８６内の電位分布を調整する調整板（レギュレーションプレート）２１８が配置されている。この調整板２１８の下端は、底板２１０に達している。
【００３１】
めっき槽１８６の内部には、めっき槽１８６内の所定の位置に配置される基板ホルダ１６０と調整板２１８との間に位置して、鉛直方向に延び、基板Ｗと平行に往復動して、基板ホルダ１６０と調整板２１８との間のめっき液Ｑを攪拌するパドル２２０が等ピッチで配置されている。このパドル２２０は、めっき液攪拌部を構成する。
【００３２】
更に、めっき槽１８６の底部には、底板２１０の上方に位置し、かつパドル（めっき液撹拌部）２２０の下端近傍のやや基板Ｗ側に寄った位置に位置して、バブル供給部２２２が配置されている。このバブル供給部２２２は、図６及び図７に示すように、中空管２２４から構成され、中空管２２４の長さ方向に沿った所定のピッチＰで、この例では、２列に延びる複数の通孔２２４ａを形成したものが使用されており、このバブル供給部２２２は、めっき槽１８６の幅方向のほぼ全長に亘って延びている。この通孔２２４ａの直径ｄ０は、例えば０．１〜２．０ｍｍであり、内部にめっき槽１８６内のめっき液Ｑが内部に流入することがないように、中空管２２４の下半分に設けられている。
【００３３】
なお、バブル供給部２２２を構成する中空官２２４を、その通孔２２４ａがめっき槽１８６の底板２１０のめっき液流通口近傍に位置するように配置してもよい。これにより、バブルがめっき液の流れに沿って基板Ｗの表面に沿って好適に流れるようにすることができる。
【００３４】
この中空管２２４からなるバブル供給部２２２から、めっき処理中に、例えば０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎ、好ましくは１〜５Ｌ／ｍｉｎの空気や窒素からなるバブルが、基板ホルダ１６０で保持されて所定の位置に配置された基板Ｗの表面（被めっき面）に面しためっき液Ｑ中に供給され、バブルが基板Ｗの表面全面に沿って流れる。更に図示はしないが、バブルを基板Ｗの表面全面に沿って好適に流すために、基板ホルダを鉛直方向より０．１°から１．０°の範囲で傾けて配置してもよい。
【００３５】
なお、バブル供給部２２２として、図８及び図９に示すように、例えば多孔質プラスチックや多孔質セラミック等からなる多孔質体２２６を使用することができる。このように、多孔質体２２６を使用することで、構造の簡素化を図ることができる。
めっき装置１７０には、めっき時に陽極が導線を介してアノード２１２に、陰極が導線を介して基板Ｗにそれぞれ接続されるめっき電源２３０が備えられている。
【００３６】
このめっき装置１７０によれば、先ず、めっき槽１８６の内部に所定量のめっき液Ｑを満たしておく。そして、基板Ｗを保持した基板ホルダ１６０を下降させて、基板Ｗをめっき槽１８６内のめっき液Ｑに浸漬した所定の位置に配置し、めっき電源２３０の陽極をアノード２１２に、陰極を基板Ｗにそれぞれ接続する。この状態で、パドル２２０を基板Ｗと平行に移動させて、調整板２１８と基板Ｗとの間のめっき液Ｑをパドル２２０で攪拌し、同時に、バブル供給部２２２から、例えば０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎ、好ましくは１〜５Ｌ／ｍｉｎの空気や窒素からなるバブルを基板Ｗの表面（被めっき面）に面しためっき液Ｑ中に供給する。また、必要に応じて循環配管２０４のポンプ２０２を駆動して、めっき槽１８６内のめっき液Ｑを循環させつつ冷却して所定の温度に維持する。
【００３７】
そして、所定時間経過後、アノード２１２と基板Ｗとの間への電圧の印加を停止し、パドル２２０の往復動及びバブル供給部２２２からのバブルの供給を停止させてめっきを終了する。
【００３８】
次に、図３に示すめっき処理設備の一連の処理について説明する。先ず、例えば図１（ｂ）に示すように、シリコン等からなる基材５１０の表面にＳｉＯ２等からなる絶縁膜５１２を堆積し、内部に上方に開口する複数のビアホール５１４を形成し、更に基板Ｗの表面にＴａＮ等からなるバリア層５１６、該バリア層５１６の表面に電気めっきの給電層としての（銅）シード層５１８を形成した基板Ｗを用意する。そして、この基板Ｗをその表面（被めっき面）を上にした状態で基板カセットに収容し、この基板カセットをロード・アンロードポート１２０に搭載する。
【００３９】
このロード・アンロードポート１２０に搭載した基板カセットから、第１搬送ロボット１２８で基板Ｗを１枚取出し、アライナ１２２に載せて基板Ｗのオリフラやノッチなどの位置を所定の方向に合わせる。一方、基板着脱台１６２にあっては、ストッカ１６４内に鉛直姿勢で保管されていた基板ホルダ１６０を第２搬送ロボット１７４ａで取出し、これを９０゜回転させた水平状態にして基板脱着台１６２に２個並列に載置する。
【００４０】
そして、アライナ１２２に載せてオリフラやノッチなどの位置を所定の方向に合わせた基板Ｗを第１搬送ロボット１２８で搬送し、基板脱着台１６２に載置された基板ホルダ１６０に周縁部をシールして装着する。そして、この基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を第２搬送ロボット１７４ａで２基同時に把持し、上昇させた後、ストッカ１６４まで搬送し、９０゜回転させて基板ホルダ１６０を垂直な状態となし、しかる後、下降させ、これによって、２基の基板ホルダ１６０をストッカ１６４に吊下げ保持（仮置き）する。これを順次繰返して、ストッカ１６４内に収容された基板ホルダ１６０に順次基板を装着し、ストッカ１６４の所定の位置に順次吊り下げ保持（仮置き）する。
【００４１】
一方、第２搬送ロボット１７４ｂにあっては、基板を装着しストッカ１６４に仮置きした基板ホルダ１６０を２基同時に把持し、上昇させた後、前処理装置１２６に搬送する。そして、この前処理装置１２６で、前処理槽１２７内に入れた純水等の前処理液に基板Ｗを浸漬させて前処理（水洗前処理）を施す。このとき使用する前処理液としての純水は、純水中の溶存酸素濃度を真空脱気装置や不活性ガスの導入により制御し、好ましくは２ｍｇ／Ｌ以下とする。次に、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、活性化処理装置１６６に搬送し、活性化処理槽１８３に入れた硫酸や塩酸などの無機酸またはクエン酸やシュウ酸などの有機酸溶液に基板を浸漬させてシード層表面の電気抵抗の大きい酸化膜をエッチングし、清浄な金属面を露出させる。このときに使用する酸溶液は前記前処理用の純水と同様に酸溶液中の溶存酸素濃度を制御することができる。更に、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、第１水洗装置１６８ａに搬送し、この水洗槽１８４ａに入れた純水で基板の表面を水洗する。
【００４２】
水洗が終了した基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にしてめっき装置１７０に搬送し、めっき槽１８６内のめっき液Ｑに浸漬させた状態でめっき槽１８６に吊り下げ支持することで、基板Ｗの表面にめっき処理を施す。そして、所定時間経過後、基板を装着した基板ホルダ１６０を第２搬送ロボット１７４ｂで再度保持してめっき槽１８６から引き上げてめっき処理を終了する。
【００４３】
そして、前述と同様にして、基板ホルダ１６０を第２水洗装置１６８ｂまで搬送し、この水洗槽１８４ｂに入れた純水に浸漬させて基板の表面を純水洗浄する。しかる後、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、ブロー装置１７２に搬送し、ここで、不活性ガスやエアーを基板に向けて吹き付けて、基板ホルダ１６０に付着しためっき液や水滴を除去する。しかる後、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、ストッカ１６４の所定の位置に戻して吊下げ保持する。
【００４４】
第２搬送ロボット１７４ｂは、上記作業を順次繰り返し、めっきが終了した基板を装着した基板ホルダ１６０を順次ストッカ１６４の所定の位置に戻して吊下げ保持する。
一方、第２搬送ロボット１７４ａにあっては、めっき処理後の基板を装着しストッカ１６４に戻した基板ホルダ１６０を２基同時に把持し、前記と同様にして、基板脱着台１６２上に載置する。
【００４５】
そして、清浄空間１１４内に配置された第１搬送ロボット１２８は、この基板脱着台１６２上に載置された基板ホルダ１６０から基板を取出し、いずれかの洗浄・乾燥装置１２４に搬送する。そして、この洗浄・乾燥装置１２４で、表面を上向きにして水平に保持した基板を、純水等で洗浄し、高速回転させてスピン乾燥させた後、この基板を第１搬送ロボット１２８でロード・アンロードポート１２０に搭載した基板カセットに戻して、一連のめっき処理を完了する。これにより、例えば図１（ｃ）に示すように、ビアホール５１４内に銅を充填するとともに、絶縁膜５１２上に銅膜５２０を堆積させた基板Ｗが得られる。
【００４６】
なお、上記の例では、前処理装置１２６をめっき空間１１６内に配置し、基板ホルダ１６０で基板Ｗを保持した状態で、めっき前処理を行うようにしているが、前処理装置を清浄空間１１４内に配置し、めっき前処理を終了した基板を基板ホルダで保持して、めっき前処理後の一連のめっき処理を行うようにしてもよい。
【００４７】
（実施例１）
穴径２０μｍ、深さ５０μｍの穴（ビアホール）を有するシリコンウェーハ基材上に、ＰＶＤ法によりバリア層としてＴｉを１００ｎｍ成膜し、次いで同法により銅シード層を５００ｎｍ成膜し、導電化したものを試験片として用意した。そして、図３に示すめっき装置を使用し、下記の組成の硫酸銅めっき液を使用して、下記のめっき条件で試験片（基材）の表面に電解銅めっきを行った。
【００４８】
めっき液組成
・硫酸銅五水和物：２００ｇ／Ｌ
・硫 酸 ：５０ｇ／Ｌ
・塩 素 ：６０ｍｇ／Ｌ
・イオウ化合物、高分子化合物及び窒素化合物等を含む添加剤
【００４９】
めっき条件
・電流密度 ：５ｍＡ／ｃｍ２
・めっき時間 ：３０分
・パドル撹拌速度：平均速度２００ｍｍ／ｓｅｃ
・パドル本数 ：５本
・循環流量 ：２Ｌ／ｍｉｎ
・バブル供給 ：中空管タイプに０．５ｍｍの通孔を多数開けたものからエアーを２Ｌ／ｍｉｎで供給した。
【００５０】
（実施例２）
図８及び図９に示す多孔質体（多孔質セラミック）からなるバブル供給部を使用して、多孔質セラミックから１５０ｍｌ／ｍｉｎでエアーを供給し、それ以外の条件を実施例１と同じにして、電解めっきを行った。
【００５１】
（比較例１）
実施例１と同様の試験片を用意し、実施例１と同様な組成のめっき液を用い、電解めっきを行う際のめっき条件として、パドル撹拌を行わず、それ以外のめっき条件は実施例１と同様として電解めっきを行った。
【００５２】
（比較例２）
実施例１と同様の試験片を用意し、実施例１と同様な組成のめっき液を用い、電解めっきを行う際のめっき条件として、パドル撹拌を行わず、エアバブルを１５０ｍｌ／ｍｉｎで供給し、それ以外のめっき条件は実施例１と同様にして電解めっきを行った。
【００５３】
実施例１，２及び比較例１，２により銅（めっき膜）成膜された試験サンプルの穴部分を割断し、割断面を観察した。そして、図１０に示すように、穴径：ｄ、試験片（基材）の表面に成膜されためっき膜の膜厚：ｔ、評価指数：ｔ／ｄとして、めっき膜の評価を行った。この結果を下記の表１に示す。評価指標の値が０．５以下であれば、穴の内部に優先的にめっきが行われ、穴の内部に銅等のっき膜を充填した後の試験片の表面のめっき膜厚さを該穴径の半径より薄くできることが確かめられる。
【００５４】
【表１】
【００５５】
この表１から、実施例１，２における評価指標は、０．５よりもなるかに小さく、これにより、穴の内部に優先的にめっきが行われ、穴の内部に銅等のっき膜を充填した後の被めっき材の表面のめっき膜厚さを該穴径の半径より十分に薄くできることが判る。しかも、実施例１、２では、幅２０μｍ、深さ５０μｍの穴が銅で欠陥なく充填されていた。これに対して、比較例１，２では、穴の内部は銅で充填されておらず、穴内に欠陥が生じていたことが確かめられている。
【００５６】
図１１は、実施例１によって穴の内部に銅を埋込んだ状態を示す。めっき開始直後から、穴の底部に銅が成膜され、めっき中期においては、穴の中腹まで銅が完全に埋込まれ、更に、めっき後期に、穴の内部に銅が完全に埋込まれ、更に試験片（基材）の表面にも銅が薄く成膜されると考えられる。これにより、図１１に示すように、穴の直径Ｄ２に対して、試験片（基材）の表面に成膜されるめっき膜の膜厚Ｔ２を極薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】内部に上下に貫通する複数の銅からなるビアプラグを有するインタポーザまたはスペーサの製造例を工程順に示す図である。
【図２】従来例における穴をめっき膜で埋込んだ状態を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態のめっき装置を備えためっき処理設備の全体配置図である。
【図４】図３に示すめっき処理設備に備えられている搬送ロボットの概要図である。
【図５】図３に示すめっき処理設備に備えられているめっき装置の概略断面図である。
【図６】図５に示すめっき装置のめっき液供給部の底面図である。
【図７】図５に示すめっき装置のめっき液供給部の横断面図である。
【図８】めっき液供給部の他の例を示す正面図である。
【図９】めっき液供給部の他の例を示す横断面図である。
【図１０】めっき膜の評価の説明に付する図である。
【図１１】実施例１によって穴の内部に銅を埋込んだ状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１１４ 清浄空間
１１６ めっき空間
１２４ 洗浄・乾燥装置
１２６ 前処理装置
１６０ 基板ホルダ
１６２ 基板脱着台
１６４ ストッカ
１６６ 活性化処理装置
１６８ａ，１６８ｂ 水洗装置
１７０ めっき装置
１７２ ブロー装置
１８０ アーム
１８２ 基板ホルダ保持部
１８３ 活性化処理槽
１８４ａ，１８４ｂ 水洗槽
１８６ めっき槽
２００ オーバーフロー槽
２０２ ポンプ
２０４ 循環配管
２０６ 恒温ユニット
２０８ フィルタ
２１２ アノード
２１４ アノードホルダ
２１８ 調整板
２２０ パドル（めっき液攪拌部）
２２２ バブル供給部
２２４ 中空管
２２４ａ 通孔
２２６ 多孔質体
２３０ めっき電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内部に上下に貫通する多数のビアプラグを有し、半導体チップ等のいわゆる３次元実装に使用されるインタポーザまたはスペーサを製造する際におけるビアホール（穴）の埋込み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】
半導体基板を多層に積層させる際に各層間を導通させるための手段として、内部に上下に貫通する複数の銅からなるビアプラグを有するインタポーザまたはスペーサが知られている。この製造例を図１を参照して説明すると、先ず、図１（ａ）に示すように、シリコン等からなる基材５１０の表面にＳｉＯ２等からなる絶縁膜５１２を堆積し、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、内部に上方に開口する複数のビアホール５１４を形成した基板Ｗを用意する。このビアホール５１４の直径ｄは、例えば１〜１００μｍ、特に１０〜２０μｍで、深さｈは、例えば７０〜１５０μｍである。そして、図１（ｂ）に示すように、この基板Ｗの表面にＴａＮ等からなるバリア層５１６、該バリア層５１６の表面に電気めっきの給電層としての（銅）シード層５１８をスパッタリング等で形成する。
【０００３】
そして、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、図１（ｃ）に示すように、基板Ｗのビアホール５１４内に銅（めっき膜）を充填するとともに、絶縁膜５１２の表面に銅膜５２０を堆積させる。
【０００４】
その後、図１（ｄ）に示すように、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等により、絶縁膜５１２上の余剰な銅膜５２０、シード層５１８及びバリア層５１６を除去し、同時に、ビアホール５１４内に充填した銅の底面が外部に露出するまで基材５１０の裏面側を研磨除去する。これによって、上下に貫通する銅からなる複数のビアプラグ５２２を内部に有するインタポーザまたはスペーサを完成させる。
【０００５】
このような、基板の内部に設けた、直径１〜１００μｍ、特に１０〜２０μｍ、深さ７０〜１５０μｍ程度の、アスペスト比が高く、深さの深いビアホールの内部に、内部にボイド等の欠陥が生じることを防止しつつ、めっきで金属膜を確実に埋込むため、出願人は、めっき電源から被めっき材とアノードとの間に印加される電圧をめっきの途中で変化させるようにしためっき装置（特許文献１参照）や、基板（被めっき材）とアノードとの間に電圧が印加されていない時にめっき液の攪拌を行い、基板（被めっき材）とアノードとの間に電圧が印加されている時にめっき液の攪拌を停止するようにしためっき装置（引用文献２参照）を提案した。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−９７７３２号公報
【特許文献２】特開２００６−１５２４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１，２に記載の発明では、ビアホール以外の被めっき材（基板）の表面部分にも余分にめっき膜が成膜されてしまい、この被めっき材表面に成膜されるめっき膜の膜厚を抑える工夫がなされていないため、後工程のＣＭＰでの研磨量が増加し、コストが高くなって、生産実現に向けて障害となることが判った。つまり、図２に示すように、直径Ｄ１の穴をめっき膜で埋めると、被めっき材（基板）の表面にも膜厚Ｔ１のめっき膜が成膜され、この膜厚Ｔ１は、穴の直径Ｄ１の１／２以上（Ｔ１＞Ｄ１／２）となる。このため、後工程のＣＭＰへの負担を軽減させる為には、めっきによる銅膜の成膜がビアホールに選択的に行われ、それ以外の部分での銅膜の成膜が少ないことが望ましい。
【０００８】
つまり、ビアホール内を電解めっきにより金属銅で充填するときにめっきの成長速度が、ビアホールの内外で同じである場合、ビアホールの半径と等しい膜厚のめっき膜が必要となる。このときに、特別な工夫をしないと、ビアホール以外の被めっき材の表面にも、同じ膜厚のめっき膜が成膜されることになる。添加剤などの工夫でめっきの成長をある程度制御できるが、それだけでは不充分である。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、めっきによる金属膜の成膜をビアホール内に選択的に行って、ビアホール内を欠陥なくめっき膜で充填するとともに、ビアホール以外に形成される余分な金属膜を極めて薄く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】
【００１０】
本発明者らは、半導体基板の表面に設けた穴の内部に優先的に銅を析出させて穴内を欠陥なく完全に銅で埋めるとともに、穴以外の表面への銅析出を極力抑えた銅めっき膜の成膜を行う方法について、数多くの試験を行い検討した結果、銅イオン、支持電解質及びハロゲンイオンの他に、更に有機イオウ化合物、高分子化合物及び有機窒素化合物のうち少なくとも一つを含んだめっき液を用いて、基板（被めっき材）とアノードとの間に電圧を印加し、更にめっき液をパドルによって撹拌しながら、めっき液中にバブルを供給して電解めっきすることで目的を達成できることを見出し本発明を完成した。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、めっき液を保持するめっき槽と、前記めっき槽内のめっき液に浸漬させて配置されるアノードと、被めっき材を保持して該被めっき材に通電し、被めっき材を前記アノードと対向する位置にめっき液に浸漬させて配置するホルダと、前記アノードと前記ホルダで保持した被めっき材との間に配置され、前記めっき槽内のめっき液を攪拌するめっき液攪拌部と、前記ホルダで保持してめっき液中に浸漬させて配置した被めっき材の被めっき面に面するめっき液中にバブルを供給するバブル供給部と、前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧を印加するめっき電源を有することを特徴とするめっき装置である。
【００１２】
例えば表面に１〜１００μｍ程度の穴（ビアホール）を有する被めっき材とアノードとの間に電圧を印加し、めっき液をめっき液撹拌部で撹拌しながら、めっき液中にバブルを供給してめっきを行うことで、穴の内部に優先的にめっきを行って、穴の内部に銅等のめっき膜を充填した後の被めっき材の表面のめっき膜厚さを該穴径の半径より薄くできることが確かめられている。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記バブル供給部は、前記めっき液攪拌部と前記ホルダで保持してめっき液に浸漬させて配置される被めっき材との間、または前記めっき液攪拌部の近傍に位置して、前記めっき槽の底部に沿って配置されていることを特徴とする請求項１記載のめっき装置である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記バブルの供給量は、０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１または２記載のめっき装置である。
バブルの供給量は、一般的には０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎであるが、１〜５Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記バブル供給部は、下半分の領域に、複数の通孔を一列または複数列に亘って所定のピッチで設けた中空管からなる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装置である。
この通孔の直径は、例えば０．１〜２．０ｍｍである。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記バブル供給部は、多孔質体からなる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装置である。
多孔質体としては、多孔質プラスチックや多孔質セラミック等が挙げられ、多孔質体を使用することで、構造の簡素化を図ることができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、めっき槽内のめっき液中に被めっき材とアノードとを互いに対峙させて配置し、前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧を印加し、前記被めっき材と前記アノードとの間のめっき液をめっき液攪拌部で攪拌しながら、被めっき材の被めっき面に面するめっき液中にバブルを供給することを特徴とするめっき方法である。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、前記めっき液攪拌部と前記被めっき材で挟まれた領域、またはめっき液攪拌部の近傍に、めっき槽の底部からバブルを供給することを特徴とする請求項６記載のめっき方法である。
請求項８に記載の発明は、前記バブルの供給量は、０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項６または７記載のめっき方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、例えば表面に１〜１００μｍ程度の穴（ビアホール）を有する被めっき材の該穴の内部に優先的にめっきを行って、穴の内部に銅等のめっき膜を充填した後の被めっき材の表面のめっき膜厚さを該穴径の半径より薄くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では、被めっき材として半導体ウエハ等の基板を使用し、基板の表面に銅めっきを行って、基板の表面に設けた、例えば１〜１００μｍ程度の穴径のビアホール（穴）を銅で埋めるようにした例を示す。
【００２１】
図３は、本発明の実施の形態におけるめっき装置を備えためっき処理設備の全体配置図を示す。このめっき処理設備は、基板の前処理、めっき処理及びめっきの後処理のめっき全工程を連続して自動的に行うようにしたもので、外装パネルを取付けた装置フレーム１１０の内部は、仕切板１１２によって、基板のめっき処理及びめっき液が付着した基板の処理を行うめっき空間１１６と、それ以外の処理、すなわちめっき液に直接には関わらない処理を行う清浄空間１１４に区分されている。そして、めっき空間１１６と清浄空間１１４とを仕切る仕切板１１２で仕切られた仕切り部には、基板ホルダ１６０（図４参照）を２枚並列に配置して、この各基板ホルダ１６０との間で基板の脱着を行う、基板受渡し部としての基板脱着台１６２が備えられている。清浄空間１１４には、基板を収納した基板カセットを載置搭載するロード・アンロードポート１２０が接続され、更に、装置フレーム１１０には、操作パネル１２１が備えられている。
【００２２】
清浄空間１１４の内部には、基板のオリフラやノッチなどの位置を所定方向に合わせるアライナ１２２と、めっき処理後の基板を洗浄し高速回転させてスピン乾燥させる２台の洗浄・乾燥装置１２４が配置されている。更に、これらの各処理装置、つまりアライナ１２２及び洗浄・乾燥装置１２４のほぼ中心に位置して、これらの各処理装置１２２，１２４、前記基板脱着台１６２及び前記ロード・アンロードポート１２０に搭載した基板カセットとの間で基板の搬送と受渡しを行う第１搬送ロボット１２８が配置されている。
【００２３】
清浄空間１１４内に配置されたアライナ１２２及び洗浄・乾燥装置１２４は、表面を上向きにした水平姿勢で基板を保持して処理する。搬送ロボット１２８は、表面を上向きにした水平姿勢で基板を保持して基板の搬送及び受渡しを行う。
【００２４】
めっき空間１１６内には、仕切板１１２側から順に、基板ホルダ１６０の保管及び一時仮置きを行うストッカ１６４、例えば基板の表面を純水で洗浄するとともに、純水で濡らして親水性を良くする水洗前処理を行う前処理装置１２６、例えば基板の表面に形成したシード層表面の電気抵抗の大きい酸化膜を硫酸や塩酸などの無機酸またはクエン酸やシュウ酸などの有機酸溶液でエッチング除去する活性化処理装置１６６、基板の表面を純水で水洗する第１水洗装置１６８ａ、めっき処理を行うめっき装置１７０、第２水洗装置１６８ｂ及びめっき処理後の基板の水切りを行うブロー装置１７２が順に配置されている。そして、これらの装置の側方に位置して、２台の第２搬送ロボット１７４ａ，１７４ｂがレール１７６に沿って走行自在に配置されている。この一方の第２搬送ロボット１７４ａは、基板脱着台１６２とストッカ１６４との間で基板ホルダ１６０の搬送を行う。他方の第２搬送ロボット１７４ｂは、ストッカ１６４、前処理装置１２６、活性化処理装置１６６、第１水洗装置１６８ａ、めっき装置１７０、第２水洗装置１６８ｂ及びブロー装置１７２の間で基板ホルダ１６０の搬送を行う。
【００２５】
第２搬送ロボット１７４ａ，１７４ｂは、図４に示すように、鉛直方向に延びるボディ１７８と、このボディ１７８に沿って上下動自在でかつ軸心を中心に回転自在なアーム１８０を備えており、このアーム１８０に、基板ホルダ１６０を着脱自在に保持する基板ホルダ保持部１８２が２個並列に備えられている。基板ホルダ１６０は、表面を露出させ周縁部をシールした状態で基板Ｗを着脱自在に保持するように構成されている。
【００２６】
ストッカ１６４、前処理装置１２６、活性化処理装置１６６、水洗装置１６８ａ，１６８ｂ、めっき装置１７０及びブロー装置１７２は、基板ホルダ１６０の両端部に設けた外方に突出する突出部１６０ａを上端部に引っ掛けて、基板ホルダ１６０を鉛直方向に吊り下げた状態で支持する。前処理装置１２６には、内部に純水を保持する2個の前処理槽１２７が備えられ、図４に示すように、基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を鉛直状態で保持した第２搬送ロボット１７４ｂのアーム１８０を下降させ、基板ホルダ１６０を前処理槽１２７の上端部に引っ掛けて吊下げ支持することで、基板ホルダ１６０を基板Ｗごと前処理槽１２７内の純水に浸漬させて前処理を行うように構成されている。活性化処理装置１６６には、内部に薬液を保持する２個の活性化処理槽１８３が備えられ、図４に示すように、基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を鉛直状態で保持した第２搬送ロボット１７４ｂのアーム１８０を下降させ、基板ホルダ１６０を活性化処理槽１８３の上端部に引っ掛けて吊下げ支持することで、基板ホルダ１６０を基板Ｗごと活性化処理槽１８３内の薬液に浸漬させて活性化処理を行うように構成されている。
【００２７】
同様に、水洗装置１６８ａ，１６８ｂには、内部に純水を保持した各２個の水洗槽１８４ａ，１８４ｂが、めっき装置１７０には、内部にめっき液を保持した複数のめっき槽１８６がそれぞれ備えられ、前述と同様に、基板ホルダ１６０を基板Ｗごとこれらの水洗槽１８４ａ，１８４ｂ内の純水またはめっき槽１８６内のめっき液に浸漬させることで、水洗処理やめっき処理が行われるように構成されている。またブロー装置１７２は、基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を鉛直状態で保持した第２搬送ロボット１７４ｂのアーム１８０を下降させ、この基板ホルダ１６０に装着した基板Ｗにエアーや不活性ガスを吹きかけることで、基板のブロー処理を行うように構成されている。
【００２８】
めっき装置１７０は、図５に示すように、内部に一定量のめっき液Ｑを保持するめっき槽１８６が備えられ、このめっき液Ｑ中に、基板ホルダ１６０で周縁部を水密的にシールし表面（被めっき面）を露出させて保持した基板Ｗを浸漬させて垂直に配置するようになっている。めっき液Ｑとして、この例では、銅イオン、支持電解質及びハロゲンイオンの他に、更に有機イオウ化合物、高分子化合物及び有機窒素化合物のうち少なくとも一つを含んだめっき液が使用される。支持電解質としては硫酸が、ハロゲンイオンとしては塩素が好ましく用いられる。
【００２９】
めっき槽１８６の上方外周には、めっき槽１８６の縁から溢れ出ためっき液Ｑを受け止めるオーバーフロー槽２００が備えられている。オーバーフロー槽２００の底部には、ポンプ２０２を備えた循環配管２０４の一端が接続され、循環配管２０４の他端は、めっき槽１８６の底部に設けられためっき液供給口１８６ａに接続されている。これにより、オーバーフロー槽２００内に溜まっためっき液Ｑは、ポンプ２０２の駆動に伴ってめっき槽１８６内に還流される。循環配管２０４には、ポンプ２０２の下流側に位置して、めっき液Ｑの温度を調節する恒温ユニット２０６と、めっき液内の異物をフィルタリング（除去）するフィルタ２０８が介装されている。更に、めっき槽１８６の底部には、内部に多数のめっき液流通口を有する底板２１０が配置されている。
【００３０】
めっき槽１８６の内部には、基板Ｗの形状に沿った円板状のアノード２１２がアノードホルダ２１４に保持されて垂直に設置されている。このアノード２１２は、めっき槽１８６内にめっき液Ｑを満たした時に、このめっき液Ｑ中に浸漬され、基板ホルダ１６０で保持してめっき槽１８６内の所定の位置に配置される基板Ｗと対面する。更に、めっき槽１８６の内部には、アノード２１２とめっき槽１８６内の所定の位置に配置される基板ホルダ１６０との間に位置して、内部に中央孔２１８ａを有する誘電体からなり、めっき槽１８６内の電位分布を調整する調整板（レギュレーションプレート）２１８が配置されている。この調整板２１８の下端は、底板２１０に達している。
【００３１】
めっき槽１８６の内部には、めっき槽１８６内の所定の位置に配置される基板ホルダ１６０と調整板２１８との間に位置して、鉛直方向に延び、基板Ｗと平行に往復動して、基板ホルダ１６０と調整板２１８との間のめっき液Ｑを攪拌するパドル２２０が等ピッチで配置されている。このパドル２２０は、めっき液攪拌部を構成する。
【００３２】
更に、めっき槽１８６の底部には、底板２１０の上方に位置し、かつパドル（めっき液撹拌部）２２０の下端近傍のやや基板Ｗ側に寄った位置に位置して、バブル供給部２２２が配置されている。このバブル供給部２２２は、図６及び図７に示すように、中空管２２４から構成され、中空管２２４の長さ方向に沿った所定のピッチＰで、この例では、２列に延びる複数の通孔２２４ａを形成したものが使用されており、このバブル供給部２２２は、めっき槽１８６の幅方向のほぼ全長に亘って延びている。この通孔２２４ａの直径ｄ０は、例えば０．１〜２．０ｍｍであり、内部にめっき槽１８６内のめっき液Ｑが内部に流入することがないように、中空管２２４の下半分に設けられている。
【００３３】
なお、バブル供給部２２２を構成する中空官２２４を、その通孔２２４ａがめっき槽１８６の底板２１０のめっき液流通口近傍に位置するように配置してもよい。これにより、バブルがめっき液の流れに沿って基板Ｗの表面に沿って好適に流れるようにすることができる。
【００３４】
この中空管２２４からなるバブル供給部２２２から、めっき処理中に、例えば０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎ、好ましくは１〜５Ｌ／ｍｉｎの空気や窒素からなるバブルが、基板ホルダ１６０で保持されて所定の位置に配置された基板Ｗの表面（被めっき面）に面しためっき液Ｑ中に供給され、バブルが基板Ｗの表面全面に沿って流れる。更に図示はしないが、バブルを基板Ｗの表面全面に沿って好適に流すために、基板ホルダを鉛直方向より０．１°から１．０°の範囲で傾けて配置してもよい。
【００３５】
なお、バブル供給部２２２として、図８及び図９に示すように、例えば多孔質プラスチックや多孔質セラミック等からなる多孔質体２２６を使用することができる。このように、多孔質体２２６を使用することで、構造の簡素化を図ることができる。
めっき装置１７０には、めっき時に陽極が導線を介してアノード２１２に、陰極が導線を介して基板Ｗにそれぞれ接続されるめっき電源２３０が備えられている。
【００３６】
このめっき装置１７０によれば、先ず、めっき槽１８６の内部に所定量のめっき液Ｑを満たしておく。そして、基板Ｗを保持した基板ホルダ１６０を下降させて、基板Ｗをめっき槽１８６内のめっき液Ｑに浸漬した所定の位置に配置し、めっき電源２３０の陽極をアノード２１２に、陰極を基板Ｗにそれぞれ接続する。この状態で、パドル２２０を基板Ｗと平行に移動させて、調整板２１８と基板Ｗとの間のめっき液Ｑをパドル２２０で攪拌し、同時に、バブル供給部２２２から、例えば０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎ、好ましくは１〜５Ｌ／ｍｉｎの空気や窒素からなるバブルを基板Ｗの表面（被めっき面）に面しためっき液Ｑ中に供給する。また、必要に応じて循環配管２０４のポンプ２０２を駆動して、めっき槽１８６内のめっき液Ｑを循環させつつ冷却して所定の温度に維持する。
【００３７】
そして、所定時間経過後、アノード２１２と基板Ｗとの間への電圧の印加を停止し、パドル２２０の往復動及びバブル供給部２２２からのバブルの供給を停止させてめっきを終了する。
【００３８】
次に、図３に示すめっき処理設備の一連の処理について説明する。先ず、例えば図１（ｂ）に示すように、シリコン等からなる基材５１０の表面にＳｉＯ２等からなる絶縁膜５１２を堆積し、内部に上方に開口する複数のビアホール５１４を形成し、更に基板Ｗの表面にＴａＮ等からなるバリア層５１６、該バリア層５１６の表面に電気めっきの給電層としての（銅）シード層５１８を形成した基板Ｗを用意する。そして、この基板Ｗをその表面（被めっき面）を上にした状態で基板カセットに収容し、この基板カセットをロード・アンロードポート１２０に搭載する。
【００３９】
このロード・アンロードポート１２０に搭載した基板カセットから、第１搬送ロボット１２８で基板Ｗを１枚取出し、アライナ１２２に載せて基板Ｗのオリフラやノッチなどの位置を所定の方向に合わせる。一方、基板着脱台１６２にあっては、ストッカ１６４内に鉛直姿勢で保管されていた基板ホルダ１６０を第２搬送ロボット１７４ａで取出し、これを９０゜回転させた水平状態にして基板脱着台１６２に２個並列に載置する。
【００４０】
そして、アライナ１２２に載せてオリフラやノッチなどの位置を所定の方向に合わせた基板Ｗを第１搬送ロボット１２８で搬送し、基板脱着台１６２に載置された基板ホルダ１６０に周縁部をシールして装着する。そして、この基板Ｗを装着した基板ホルダ１６０を第２搬送ロボット１７４ａで２基同時に把持し、上昇させた後、ストッカ１６４まで搬送し、９０゜回転させて基板ホルダ１６０を垂直な状態となし、しかる後、下降させ、これによって、２基の基板ホルダ１６０をストッカ１６４に吊下げ保持（仮置き）する。これを順次繰返して、ストッカ１６４内に収容された基板ホルダ１６０に順次基板を装着し、ストッカ１６４の所定の位置に順次吊り下げ保持（仮置き）する。
【００４１】
一方、第２搬送ロボット１７４ｂにあっては、基板を装着しストッカ１６４に仮置きした基板ホルダ１６０を２基同時に把持し、上昇させた後、前処理装置１２６に搬送する。そして、この前処理装置１２６で、前処理槽１２７内に入れた純水等の前処理液に基板Ｗを浸漬させて前処理（水洗前処理）を施す。このとき使用する前処理液としての純水は、純水中の溶存酸素濃度を真空脱気装置や不活性ガスの導入により制御し、好ましくは２ｍｇ／Ｌ以下とする。次に、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、活性化処理装置１６６に搬送し、活性化処理槽１８３に入れた硫酸や塩酸などの無機酸またはクエン酸やシュウ酸などの有機酸溶液に基板を浸漬させてシード層表面の電気抵抗の大きい酸化膜をエッチングし、清浄な金属面を露出させる。このときに使用する酸溶液は前記前処理用の純水と同様に酸溶液中の溶存酸素濃度を制御することができる。更に、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、第１水洗装置１６８ａに搬送し、この水洗槽１８４ａに入れた純水で基板の表面を水洗する。
【００４２】
水洗が終了した基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にしてめっき装置１７０に搬送し、めっき槽１８６内のめっき液Ｑに浸漬させた状態でめっき槽１８６に吊り下げ支持することで、基板Ｗの表面にめっき処理を施す。そして、所定時間経過後、基板を装着した基板ホルダ１６０を第２搬送ロボット１７４ｂで再度保持してめっき槽１８６から引き上げてめっき処理を終了する。
【００４３】
そして、前述と同様にして、基板ホルダ１６０を第２水洗装置１６８ｂまで搬送し、この水洗槽１８４ｂに入れた純水に浸漬させて基板の表面を純水洗浄する。しかる後、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、ブロー装置１７２に搬送し、ここで、不活性ガスやエアーを基板に向けて吹き付けて、基板ホルダ１６０に付着しためっき液や水滴を除去する。しかる後、この基板を装着した基板ホルダ１６０を、前記と同様にして、ストッカ１６４の所定の位置に戻して吊下げ保持する。
【００４４】
第２搬送ロボット１７４ｂは、上記作業を順次繰り返し、めっきが終了した基板を装着した基板ホルダ１６０を順次ストッカ１６４の所定の位置に戻して吊下げ保持する。
一方、第２搬送ロボット１７４ａにあっては、めっき処理後の基板を装着しストッカ１６４に戻した基板ホルダ１６０を２基同時に把持し、前記と同様にして、基板脱着台１６２上に載置する。
【００４５】
そして、清浄空間１１４内に配置された第１搬送ロボット１２８は、この基板脱着台１６２上に載置された基板ホルダ１６０から基板を取出し、いずれかの洗浄・乾燥装置１２４に搬送する。そして、この洗浄・乾燥装置１２４で、表面を上向きにして水平に保持した基板を、純水等で洗浄し、高速回転させてスピン乾燥させた後、この基板を第１搬送ロボット１２８でロード・アンロードポート１２０に搭載した基板カセットに戻して、一連のめっき処理を完了する。これにより、例えば図１（ｃ）に示すように、ビアホール５１４内に銅を充填するとともに、絶縁膜５１２上に銅膜５２０を堆積させた基板Ｗが得られる。
【００４６】
なお、上記の例では、前処理装置１２６をめっき空間１１６内に配置し、基板ホルダ１６０で基板Ｗを保持した状態で、めっき前処理を行うようにしているが、前処理装置を清浄空間１１４内に配置し、めっき前処理を終了した基板を基板ホルダで保持して、めっき前処理後の一連のめっき処理を行うようにしてもよい。
【００４７】
（実施例１）
穴径２０μｍ、深さ５０μｍの穴（ビアホール）を有するシリコンウェーハ基材上に、ＰＶＤ法によりバリア層としてＴｉを１００ｎｍ成膜し、次いで同法により銅シード層を５００ｎｍ成膜し、導電化したものを試験片として用意した。そして、図３に示すめっき装置を使用し、下記の組成の硫酸銅めっき液を使用して、下記のめっき条件で試験片（基材）の表面に電解銅めっきを行った。
【００４８】
めっき液組成
・硫酸銅五水和物：２００ｇ／Ｌ
・硫 酸 ：５０ｇ／Ｌ
・塩 素 ：６０ｍｇ／Ｌ
・イオウ化合物、高分子化合物及び窒素化合物等を含む添加剤
【００４９】
めっき条件
・電流密度 ：５ｍＡ／ｃｍ２
・めっき時間 ：３０分
・パドル撹拌速度：平均速度２００ｍｍ／ｓｅｃ
・パドル本数 ：５本
・循環流量 ：２Ｌ／ｍｉｎ
・バブル供給 ：中空管タイプに０．５ｍｍの通孔を多数開けたものからエアーを２Ｌ／ｍｉｎで供給した。
【００５０】
（実施例２）
図８及び図９に示す多孔質体（多孔質セラミック）からなるバブル供給部を使用して、多孔質セラミックから１５０ｍｌ／ｍｉｎでエアーを供給し、それ以外の条件を実施例１と同じにして、電解めっきを行った。
【００５１】
（比較例１）
実施例１と同様の試験片を用意し、実施例１と同様な組成のめっき液を用い、電解めっきを行う際のめっき条件として、パドル撹拌を行わず、それ以外のめっき条件は実施例１と同様として電解めっきを行った。
【００５２】
（比較例２）
実施例１と同様の試験片を用意し、実施例１と同様な組成のめっき液を用い、電解めっきを行う際のめっき条件として、パドル撹拌を行わず、エアバブルを１５０ｍｌ／ｍｉｎで供給し、それ以外のめっき条件は実施例１と同様にして電解めっきを行った。
【００５３】
実施例１，２及び比較例１，２により銅（めっき膜）成膜された試験サンプルの穴部分を割断し、割断面を観察した。そして、図１０に示すように、穴径：ｄ、試験片（基材）の表面に成膜されためっき膜の膜厚：ｔ、評価指数：ｔ／ｄとして、めっき膜の評価を行った。この結果を下記の表１に示す。評価指標の値が０．５以下であれば、穴の内部に優先的にめっきが行われ、穴の内部に銅等のっき膜を充填した後の試験片の表面のめっき膜厚さを該穴径の半径より薄くできることが確かめられる。
【００５４】
【表１】
【００５５】
この表１から、実施例１，２における評価指標は、０．５よりもなるかに小さく、これにより、穴の内部に優先的にめっきが行われ、穴の内部に銅等のっき膜を充填した後の被めっき材の表面のめっき膜厚さを該穴径の半径より十分に薄くできることが判る。しかも、実施例１、２では、幅２０μｍ、深さ５０μｍの穴が銅で欠陥なく充填されていた。これに対して、比較例１，２では、穴の内部は銅で充填されておらず、穴内に欠陥が生じていたことが確かめられている。
【００５６】
図１１は、実施例１によって穴の内部に銅を埋込んだ状態を示す。めっき開始直後から、穴の底部に銅が成膜され、めっき中期においては、穴の中腹まで銅が完全に埋込まれ、更に、めっき後期に、穴の内部に銅が完全に埋込まれ、更に試験片（基材）の表面にも銅が薄く成膜されると考えられる。これにより、図１１に示すように、穴の直径Ｄ２に対して、試験片（基材）の表面に成膜されるめっき膜の膜厚Ｔ２を極薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】内部に上下に貫通する複数の銅からなるビアプラグを有するインタポーザまたはスペーサの製造例を工程順に示す図である。
【図２】従来例における穴をめっき膜で埋込んだ状態を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態のめっき装置を備えためっき処理設備の全体配置図である。
【図４】図３に示すめっき処理設備に備えられている搬送ロボットの概要図である。
【図５】図３に示すめっき処理設備に備えられているめっき装置の概略断面図である。
【図６】図５に示すめっき装置のめっき液供給部の底面図である。
【図７】図５に示すめっき装置のめっき液供給部の横断面図である。
【図８】めっき液供給部の他の例を示す正面図である。
【図９】めっき液供給部の他の例を示す横断面図である。
【図１０】めっき膜の評価の説明に付する図である。
【図１１】実施例１によって穴の内部に銅を埋込んだ状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１１４ 清浄空間
１１６ めっき空間
１２４ 洗浄・乾燥装置
１２６ 前処理装置
１６０ 基板ホルダ
１６２ 基板脱着台
１６４ ストッカ
１６６ 活性化処理装置
１６８ａ，１６８ｂ 水洗装置
１７０ めっき装置
１７２ ブロー装置
１８０ アーム
１８２ 基板ホルダ保持部
１８３ 活性化処理槽
１８４ａ，１８４ｂ 水洗槽
１８６ めっき槽
２００ オーバーフロー槽
２０２ ポンプ
２０４ 循環配管
２０６ 恒温ユニット
２０８ フィルタ
２１２ アノード
２１４ アノードホルダ
２１８ 調整板
２２０ パドル（めっき液攪拌部）
２２２ バブル供給部
２２４ 中空管
２２４ａ 通孔
２２６ 多孔質体
２３０ めっき電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき液を保持するめっき槽と、
前記めっき槽内のめっき液に浸漬させて配置されるアノードと、
被めっき材を保持して該被めっき材に通電し、被めっき材を前記アノードと対向する位置にめっき液に浸漬させて配置するホルダと、
前記アノードと前記ホルダで保持した被めっき材との間に配置され、前記めっき槽内のめっき液を攪拌するめっき液攪拌部と、
前記ホルダで保持してめっき液中に浸漬させて配置した被めっき材の被めっき面に面するめっき液中にバブルを供給するバブル供給部と、
前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧を印加するめっき電源を有することを特徴とするめっき装置。
【請求項２】
前記バブル供給部は、前記めっき液攪拌部と前記ホルダで保持してめっき液に浸漬させて配置される被めっき材との間、または前記めっき液攪拌部の近傍に位置して、前記めっき槽の底部に沿って配置されてい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】
前記バブルの供給量は、０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１または２記載のめっき装置。
【請求項４】
前記バブル供給部は、下半分の領域に、複数の通孔を一列または複数列に亘って所定のピッチで設けた中空管からなる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装置。
【請求項５】
前記バブル供給部は、多孔質体からなる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装置。
【請求項６】
めっき槽内のめっき液中に被めっき材とアノードとを互いに対峙させて配置し、
前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧を印加し、
前記被めっき材と前記アノードとの間のめっき液をめっき液攪拌部で攪拌しながら、被めっき材の被めっき面に面するめっき液中にバブルを供給することを特徴とするめっき方法。
【請求項７】
前記めっき液攪拌部と前記被めっき材で挟まれた領域、またはめっき液攪拌部の近傍に、めっき槽の底部からバブルを供給することを特徴とする請求項６記載のめっき方法。
【請求項８】
前記バブルの供給量は、０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項６または７記載のめっき方法。
【請求項１】
めっき液を保持するめっき槽と、
前記めっき槽内のめっき液に浸漬させて配置されるアノードと、
被めっき材を保持して該被めっき材に通電し、被めっき材を前記アノードと対向する位置にめっき液に浸漬させて配置するホルダと、
前記アノードと前記ホルダで保持した被めっき材との間に配置され、前記めっき槽内のめっき液を攪拌するめっき液攪拌部と、
前記ホルダで保持してめっき液中に浸漬させて配置した被めっき材の被めっき面に面するめっき液中にバブルを供給するバブル供給部と、
前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧を印加するめっき電源を有することを特徴とするめっき装置。
【請求項２】
前記バブル供給部は、前記めっき液攪拌部と前記ホルダで保持してめっき液に浸漬させて配置される被めっき材との間、または前記めっき液攪拌部の近傍に位置して、前記めっき槽の底部に沿って配置されてい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】
前記バブルの供給量は、０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１または２記載のめっき装置。
【請求項４】
前記バブル供給部は、下半分の領域に、複数の通孔を一列または複数列に亘って所定のピッチで設けた中空管からなる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装置。
【請求項５】
前記バブル供給部は、多孔質体からなる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装置。
【請求項６】
めっき槽内のめっき液中に被めっき材とアノードとを互いに対峙させて配置し、
前記被めっき材と前記アノードとの間に電圧を印加し、
前記被めっき材と前記アノードとの間のめっき液をめっき液攪拌部で攪拌しながら、被めっき材の被めっき面に面するめっき液中にバブルを供給することを特徴とするめっき方法。
【請求項７】
前記めっき液攪拌部と前記被めっき材で挟まれた領域、またはめっき液攪拌部の近傍に、めっき槽の底部からバブルを供給することを特徴とする請求項６記載のめっき方法。
【請求項８】
前記バブルの供給量は、０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎ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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１５５７２５（Ｐ２００９−１５５７２５Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９０６９８（Ｐ２００８−２９０６９８）
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【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２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]