めっき装置及びめっき方法
【課題】表面により高いシート抵抗をもつ基板に対しても、基板の全表面により均一な膜厚のめっき膜を形成できるようにする。
【解決手段】基板Ｗ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９０と、基板Ｗの表面に形成した導電層に接触して通電させるカソード接点８８と、ハウジング９４の内部にアノード９８を収納し開口端部に多孔質体１１０を配置してめっき液室１００を区画形成した電極ヘッド２８と、基板Ｗと多孔質体１１０との間にめっき液を満たしたまま、電極ヘッド２８を第１めっき位置から該第１めっき位置よりも基板Ｗと多孔質体１１０との距離が離れた第２めっき位置に移動させて停止させる駆動機構１３６と、基板Ｗの外周部に対向する位置に該基板Ｗと離間して配置され、基板Ｗと多孔質体１１０との間に満たしためっき液に浸漬される補助カソード部１２４を有する。
【解決手段】基板Ｗ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９０と、基板Ｗの表面に形成した導電層に接触して通電させるカソード接点８８と、ハウジング９４の内部にアノード９８を収納し開口端部に多孔質体１１０を配置してめっき液室１００を区画形成した電極ヘッド２８と、基板Ｗと多孔質体１１０との間にめっき液を満たしたまま、電極ヘッド２８を第１めっき位置から該第１めっき位置よりも基板Ｗと多孔質体１１０との距離が離れた第２めっき位置に移動させて停止させる駆動機構１３６と、基板Ｗの外周部に対向する位置に該基板Ｗと離間して配置され、基板Ｗと多孔質体１１０との間に満たしためっき液に浸漬される補助カソード部１２４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、特に半導体ウエハなどの基板の表面（被めっき面）に形成された微細な配線用凹部（回路パターン）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ＬＳＩ配線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て、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。そして、その上にＴａＮやＴｉＮ等からなるバリア層５、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７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からなる配線が形成される。
【０００５】
前記シード層７としては、スパッタリング、ＣＶＤ、ＡＬＤまたは無電解めっき法などによって形成される銅シード層が一般に用いられており、配線サイズの微細化の進行に伴って、銅シード層の厚みが年々薄くなっている。例えば、６５ｎｍ世代の半導体デバイスを製造する時の銅シード層の厚みは、基板フィールド部において、６００オングストローム前後であるが、これが４５ｎｍ世代になると、５００オングストローム以下になると予想されている。次世代、次々世代では、銅シード層の厚みが３００オングストローム以下となるか、または銅シード層を設けることなく、例えばルテニウムからなるバリア層の表面に銅をダイレクトでめっきすることになるとも予想されている。
【０００６】
これまでの膜厚の銅シード層にあっては、その電気抵抗（シート抵抗）が１Ω／ｓｑ以下であるため、カソード接点に接続されてカソードとなる基板とアノードとの間に抵抗体を入れるか、またはめっき液の酸濃度を低くしてめっき液自体の抵抗を高くしたりすることで、シード層のシート抵抗に依存するターミナルエフェクトを低減して、膜厚が基板の中央部で周辺部より薄くなることを防した均一な膜厚の銅膜を基板の表面に成膜することができる。
【０００７】
出願人は、基板とアノードとの間に配置される、めっき液の電気抵抗率よりも大きい電気抵抗率を有する多孔質体からなる高抵抗構造体として、その中心部に比べ外周部の電気抵抗が大きくなるようにしたものを使用することを提案した（特許文献１参照）。また、アノードとして、複数に分割した分割アノードを使用し、これらの各分割アノードに個別にめっき電源を接続することで、例えば基板上に初期めっき膜を形成する一定期間だけ、中央部側に位置する分割アノードの電流密度をその周辺より高め、基板外周部にめっき電流が集中することを防止して基板の中央部側にもめっき電流が流れるようにすることで、シート抵抗が高い場合であっても、均一な膜厚のめっき膜を形成することができるようにしたものを提案した（特許文献２参照）。
【０００８】
更に、基板の表面全体に均一なめっき膜が得られるようにするため、基板の外周部に対応する位置に、めっき液（電解液）に浸漬させて補助電極を配置することが提案されている（特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−４０９１号公報
【特許文献２】特開２００２−１２９３８３号公報
【特許文献３】特開２００２−５０６４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
配線サイズの微細化が更に進む、次世代、次々世代の半導体デバイスにあっては、銅シード層の厚みが益々薄くなって、銅シード層のシート抵抗が１Ω／ｓｑ以上となったり、銅シード層を設けることなく、ルテニウム等からなるバリア層の表面に銅をダイレクトでめっきする場合には、そのシート抵抗が１０Ω／ｓｑ以上となったりすると予想される。このような場合にあっては、これまでの基板とアノードとの間への抵抗体の挿入やめっき液自体の高抵抗化だけでは、シート抵抗に依存するターミナルエフェクトに対する対策が不十分となって、基板の全表面に亘って均一な膜厚の銅膜を形成することが困難となると考えられる。
【００１１】
例えば、中心部に比べ外周部の電気抵抗が大きくなるように電気抵抗を調整した多孔質体を基板とアノードとの間に配置してめっきを行うと、基板のシード層上にめっき膜が堆積してめっき膜のシート抵抗が減少するに従い、基板の外周部に比べて基板の中心部にめっき膜が付き易くなる。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、表面により高いシート抵抗をもつ基板に対しても、基板の全表面により均一な膜厚のめっき膜を形成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】
【００１３】
請求項１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の表面に形成した導電層に接触して通電させるカソード接点と、ハウジングの内部にアノードを収納し該ハウジングの前記基板保持部で保持した基板と対向する開口端部に多孔質体を配置してめっき液室を区画形成した電極ヘッドと、前記基板保持部で保持した基板と前記多孔質体との間にめっき液を満たしたまま、前記電極ヘッドを第１めっき位置から該第１めっき位置よりも基板と多孔質体との距離が離れた第２めっき位置に移動させて停止させる駆動機構と、前記基板保持部で保持した基板の外周部に対向する位置に該基板と離間して配置され、前記基板保持部で保持した基板と前記多孔質体との間に満たしためっき液に浸漬される補助カソード部を有することを特徴とするめっき装置である。
【００１４】
ターミナルエフェクト対策として、基板とアノードとの間に、例えば中心部に比べ外周部の電気抵抗が大きくなるように調整した多孔質体を配置して、シート抵抗の高いシード層等の表面にめっきを行うと、基板中心部にめっきが付き易いため、めっき初期から基板外周部から基板中心部まで均一なめっきを行うことができる反面、めっき膜が成長してめっき膜のシート抵抗が低くなるにつれて、基板中心部にめっきが付き過ぎて該中心部が盛り上がっためっき膜の膜厚分布になる。本発明によれば、内部にアノードを収容した電極ヘッドを第１めっき位置から該第１めっき位置よりも基板と多孔質体との距離が離れた第２めっき位置に移動させて停止させた状態で後期めっきを行うことで、基板の中心付近でのめっき膜の成長を適度に抑え、更に、補助カソード部を併用することにより、基板外周部に成膜されるめっき膜の膜厚をコントロールすることで、基板全面に均一な膜厚のめっき膜を成膜することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記多孔質体は、中心部と比べて外周部の電気抵抗が高くなるように調整してあることを特徴とする請求項１記載のめっき装置である。
多孔質体の外形状、内部構造、または電気伝導率の異なる部材の装着の内の少なくとも一つの調整により、中心部と比べて外周部の電気抵抗が高くなるように多孔質体を調整することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記カソード接点と前記補助カソード部にそれぞれ接続される電源を有す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。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、カソード接点を接触させた基板表面の導電層と該導電層に対面する位置に配置させたアノードとの間にめっき液を満たし、前記めっき液中の前記基板の中央部に対向する位置に多孔質体を、外周部に対向する位置に補助カソード部をそれぞれ基板と離間させて配置し、前記アノードと前記カソード接点との間に電圧を印加して初期めっきを行い、前記アノードと前記カソード接点との間及び前記アノードと前記補助カソードとの間に電圧を印加しながら前記多孔質体を前記基板から離れる位置に移動させ停止させて後期めっきを行うことを特徴とするめっき方法である。
【００１８】
本発明によれば、初期めっき後、アノードとカソード接点との間及びアノードと補助カソード部との間に電圧を印加しながら多孔質体を基板から離れる位置に移動させ停止させて後期めっきを行うことにより、基板中心部に集中した電場をエッジ効果により分散させて基板中心部のめっき成長を適度に抑え、さらに補助カソード部を併用して基板外周部の膜厚をコントロールすることによって、目標めっき膜厚に関わらず、基板全面に均一な膜厚のめっき膜を成膜することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記基板の導電層は、少なくともＣｕ、Ｒｕ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、ＷＮＣ、ＷＣ、Ｐｔ、ＩＴＯ、Ｔｉ、ＴｉＷまたはＴ２Ｎのいずれかを有することを特徴とする請求項４記載のめっき方法である。
めっき下地のシート抵抗値が高くなってターミナルエフェクト効果が強くなっても、多孔質体の内外の電気抵抗を調節すれば対応可能なため、ルテニウムなどの銅以上に抵抗の高いシード層を有する基板にも適応できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ターミナルエフェクト対策で、特に基板中央部に電場を集中させる多孔質体を使用してめっきを行うとき、めっき中に多孔質体と基板の距離を広げ、更に補助カソード部を併用することにより、めっき膜が所定の膜厚に達した後、逆に基板の中央部に特化する電場を均一化して、基板の全面に均一な膜厚の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】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。この例は、図１（ａ）に示すように、銅と同等以上の抵抗率を持つ、例えばＣｕ、Ｒｕ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、ＷＮＣ、ＷＣ、Ｐｔ、ＩＴＯ、Ｔｉ、ＴｉＷまたはＴ２Ｎのいずれかを有するシード層（導電層）７を有する半導体ウエハ等の基板Ｗを用意し、この基板Ｗの表面に電解銅めっきを施して、図１（ｂ）〜（ｃ）に示すように、基板表面に設けた微細な配線用凹部に銅膜６からなる配線を形成するようにした例を示している。
【００２２】
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。
【００２３】
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。この例にあっては、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。
【００２４】
基板処理部２０には、図４に示すように、基板の表面（被めっき面）を上向きにして基板Ｗを保持する基板ホルダ３６と、この基板ホルダ３６の上方に該基板ホルダ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。更に、基板ホルダ３６の周囲を囲繞して処理中に用いる各種薬液の飛散を防止する有底略円筒状の飛散防止カップ４０が、エアシリンダ（図示せず）を介して上下動自在に配置されている。
【００２５】
ここで、基板ホルダ３６は、エアシリンダ４４によって、下方の基板受渡し位置Ａと、上方のめっき位置Ｂと、これらの中間の前処理・洗浄位置Ｃとの間を昇降し、図示しない回転モータ及びベルトを介して、任意の加速度及び速度でカソード部３８と一体に回転するように構成されている。この基板受渡し位置Ａに対向して、めっき装置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、また基板ホルダ３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、基板ホルダ３６で保持された基板Ｗの周縁部に下記のカソード部３８のシール材９０とカソード接点８８が当接するようになっている。一方、飛散防止カップ４０は、その上端が基板搬出入口の下方に位置し、図４に仮想線で示すように、上昇した時に基板搬出入口を塞いでカソード部３８の上方に達するようになっている。
【００２６】
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の下記の多孔質体１１０及びアノード９８をめっき液で湿潤させるためのもので、この多孔質体１１０が収容できる大きさに設定され、図示しないめっき液供給口とめっき液排水口を有している。また、フォトセンサがめっき液トレー２２に取付けられており、めっき液トレー２２内のめっき液の満水、即ちオーバーフローと排水の検出が可能になっている。
【００２７】
電極アーム部３０は、下記のように、サーボモータからなる上下動モータ１３２とボールねじ１３４とを有する駆動機構１３６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）するようになっている。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。
【００２８】
プレコート・回収アーム３２は、図５に示すように、上下方向に延びる支持軸５８の上端に連結されて、ロータリアクチュエータ６０を介して旋回（揺動）し、エアシリンダ（図示せず）を介して上下動するよう構成されている。このプレコート・回収アーム３２には、その自由端側にプレコート液吐出用のプレコートノズル６４が、基端側にめっき液回収用のめっき液回収ノズル６６がそれぞれ保持されている。そして、プレコートノズル６４は、例えばエアシリンダによって駆動するシリンジに接続されて、プレコート液がプレコートノズル６４から間欠的に吐出され、また、めっき液回収ノズル６６は、例えばシリンダポンプまたはアスピレータに接続されて、基板上のめっき液がめっき液回収ノズル６６から吸引される。
【００２９】
前記基板ホルダ３６は、図６乃至図８に示すように、円板状の基板ステージ６８を備え、この基板ステージ６８の周縁部の円周方向に沿った６カ所に、上面に基板Ｗを水平に載置して保持する支持腕７０が立設されている。この支持腕７０の１つの上端には、基板Ｗの端面に当接して位置決めする位置決め板７２が固着され、この位置決め板７２を固着した支持腕７０に対向する支持腕７０の上端には、基板Ｗの端面に当接し回動して基板Ｗを位置決め板７２側に押付ける押付け片７４が回動自在に支承されている。また、他の４個の支持腕７０の上端には、回動して基板Ｗをこの上方から下方に押付けるチャック爪７６が回動自在に支承されている。
【００３０】
ここで、押付け片７４及びチャック爪７６の下端は、コイルばね７８を介して下方に付勢した押圧棒８０の上端に連結されて、この押圧棒８０の下動に伴って押付け片７４及びチャック爪７６が内方に回動して閉じるようになっており、基板ステージ６８の下方には、押圧棒８０に下面に当接してこれを上方に押上げる支持板８２が配置されている。
【００３１】
これにより、基板ホルダ３６が図４に示す基板受渡し位置Ａに位置する時、押圧棒８０は支持板８２に当接し上方に押上げられて、押付け片７４及びチャック爪７６が外方に回動して開き、基板ステージ６８を上昇させると、押圧棒８０がコイルばね７８の弾性力で下降して、押付け片７４及びチャック爪７６が内方に回転して閉じる。
【００３２】
カソード部３８は、図９及び図１０に示すように、支持板８２（図８等参照）の周縁部に立設した支柱８４の上端に固着した環状の枠体８６と、この枠体８６の下面に内方に突出させて取付けた、この例では６分割されたカソード接点８８と、このカソード接点８８の上方を覆うように枠体８６の上面に取付けた環状のシール材９０とを有している。シール材９０は、その内周縁部が内方に向け下方に傾斜し、かつ徐々に薄肉となって、内周端部が下方に垂下するように構成されている。
【００３３】
これにより、図４に示すように、基板ホルダ３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、この基板ホルダ３６で保持した基板Ｗの周縁部にカソード接点８８が押付けられて通電し、同時にシール材９０の内周端部が基板Ｗの周縁部上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板の上面（被めっき面）に供給されためっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止するとともに、めっき液がカソード接点８８を汚染することを防止するようになっている。
なお、この例において、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、下降した時にシール材９０が基板Ｗの被めっき面に圧接するように構成しても良い。
【００３４】
電極アーム部３０の電極ヘッド２８は、図１１及び図１２に示すように、揺動アーム２６の自由端に垂設したハウジング９４と、このハウジング９４の下端開口部を塞ぐように配置された多孔質体１１０とを有している。すなわち、このハウジング９４の下部には、内方に突出した内方突出部９４ａが、多孔質体１１０の上部にはフランジ部１１０ａがそれぞれ設けられ、このフランジ部１１０ａを内方突出部９４ａに引っ掛けることで、ハウジング９４に多孔質体１１０が保持されている。これによって、ハウジング９４の内部に中空のめっき液室１００が区画形成されている。
【００３５】
多孔質体１１０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、多孔質体１１０は、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。
【００３６】
この多孔質体１１０は、中心部に比べ外周部の電気抵抗が高くなるように調整されている。この例では、図１３（ａ）に示す多孔質体１１０の中心部Ｅ１おける気孔１１０ｂの割合の方が、図１３（ｂ）に示す多孔質体１１０の外周部Ｅ２における気孔１１０ｂの割合よりも高くなって、多孔質体１１０の中心部から外周部に向けて気孔率が連続的に徐々に低くなるような気孔率分布を有するように構成されている。
【００３７】
このように多孔質体１１０をめっき液室１００内に配置し、この多孔質体１１０によって大きな抵抗を発生させることで、図１（ａ）に示す、シード層（導電層）７等のシート抵抗の影響を無視できる程度となし、基板Ｗの表面のシート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。特に、中心部に比べ外周部の電気抵抗が大きくなるように調整した多孔質体１１０を使用することで、シート抵抗の高いシード層（導電層）の表面に、基板中心部にめっきが付き易い条件でのめっきを行うことができる。
【００３８】
多孔質体１１０の外周面には、これを囲むようにバンド状の絶縁体１１２が巻き付けされている。この絶縁体１１２は、例えばふっ素ゴムのような伸縮性材料からなる。このように、多孔質体１１０の外周面に絶縁体１１２を巻き付けることで、基板Ｗの外周部近傍に電流が集中するのを防止することができる。
【００３９】
めっき液室１００内には、アノード９８が配置されている。アノード９８は、スライムの生成を抑制するため、一般に、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成される。この例では、アノード９８として、例えば、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からなる不溶解アノードが使用されている。このように、アノード９８として、不溶解アノードを用いることで、アノード９８の溶解による形状変化を防止して、アノード９８を交換することなく、常に一定の放電状態を維持することができる。
【００４０】
ハウジング９４の上面には、この内部にめっき液を導入するめっき液導入口１０４が設けられ、このめっき液導入口１０４にめっき液供給設備１８（図２参照）から延びるめっき液供給管１０２が接続されている。更に、ハウジング９４の上面に設けられためっき液排出口１０８にめっき液供給設備１８から延びるめっき液排出管１０６が接続されている。
【００４１】
前記シール材９０の上面の電極ヘッド２８のハウジング９４の周囲を囲繞する位置には、めっき液を堰き止めて外部への流出を防止するリング状のめっき液堰１２０が取付けられている。そして、ハウジング９４とめっき液堰１２０との間に位置して、めっき液注入部１２２が設けられている。このめっき液注入部１２２は、基板保持部３６がめっき位置Ｂ（図４参照）にある時に、基板保持部３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０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、ハウジング９４の側方から、基板Ｗと多孔質体１１０との間のシール材９０で囲まれた領域にめっき液を注入するためのもので、ハウジング９４とめっき液堰１２０に挟まれた領域で下端のノズル部が開口するようになっている。この時、シール材９０の上方に達するまでめっき液が注入され、このシール材９０の上方に達するめっき液の外部への流出がめっき液堰１２０で堰き止められる。
【００４２】
めっき液堰１２０の内方に位置して、シール材９０の傾斜部上面には、リング状の補助カソード部１２４が取付けられている。この補助カソード部１２４は、基板保持部３６で保持した基板Ｗの周縁部に対応する位置に位置し、前述のように、基板Ｗと多孔質体１１０との間のシール材９０で囲まれた領域にめっき液を注入した時に、この注入されためっき液に浸漬されるようになっている。
【００４３】
カソード接点８８はめっき電源１２６の陰極に、アノード９８はめっき電源１２６の陽極にそれぞれ電気的に接続され、補助カソード部１２４は補助電源１２８の陰極に、アノード９８は補助電源１２８の陽極にそれぞれ電気的に接続される。
【００４４】
電極ヘッド２８は、揺動アーム２６に吊下げ保持されており、揺動アーム２６は、サーボモータからなる上下動モータ１３２とボールねじ１３４を有する駆動機構１３６を介して上下動するように構成されている。駆動機構１３６は、初期めっき後、基板保持部３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との間にめっき液を満たしたまま、電極ヘッド２８を第１めっき位置から該第１めっき位置よりも基板Ｗと多孔質体１１０との距離が離れた第２めっき位置に移動させて停止させる。
【００４５】
つまり、電解めっきを行うときには、基板ホルダ３６がめっき位置Ｂ（図３参照）にある時に、図１２に２点鎖線で示すように、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との距離Ｄ１が、例えば０．１〜３ｍｍ程度となる第１めっき位置まで電極ヘッド２８を下降させ、この状態で、めっき液注入部１２２から基板Ｗと多孔質体１１０との隙間のシール材９０で囲まれた領域にめっき液を注入する。この時、めっき液がシール材９０の上方まで達して、補助カソード部１２４がめっき液に浸漬されるまでめっき液を注入し、シール材９０の上方に達しためっき液をめっき液堰１２０で堰き止める。そして、めっき電源１２６を介して、カソード接点８８とアノード９８と間に所定の電圧を印加して初期めっきを行う。
【００４６】
そして、所定時間めっきを行った後、めっき電源１２６を介して、カソード接点８８とアノード９８と間に所定の電圧を印加したまま、更に、補助電源１２８を介して、補助カソード部１２４とアノード９８と間に所定の補助電圧を印加しながら、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との距離Ｄ２が、例えば３〜５０ｍｍ程度となる第２めっき位置まで電極ヘッド２８を上昇させて停止させ、これによって後期めっきを行う。
【００４７】
ここで、多孔質体１１０として、その中心部と外周部との電気抵抗の差が大きいものを使用するほど、第２めっき位置における多孔質体１１０と基板Ｗの距離Ｄ２を広げることが望ましい。しかし、第２めっき位置における多孔質体１１０と基板Ｗの距離Ｄ２を必要以上に広げると電場が基板Ｗの外周部に集中し過ぎてしまい、基板Ｗの中心部が盛り下がっためっき膜の膜厚分布になる。このため、第２めっき位置における多孔質体１１０と基板Ｗの距離Ｄ２は、５０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
また、補助カソード部１２４に流す電流は、基板の抵抗値や装置構成によって様々であるが、基本的には基板に流す電流よりも小さい。なお、多孔質体１１０と基板Ｗの距離を離し始めるタイミング、つまり電極ヘッド２８を第１めっき位置から第２めっき位置に上昇させるタイミングは、多孔質体１１０の中心部と外周部の電気抵抗の違いや、例えば図１（ａ）に示す、シード層（導電膜）７のシート抵抗などの条件によって任意に決めることができる。例えば、電極ヘッド２８を第１めっき位置に維持したまま、また補助電源１２８を印加することなくめっきを行って、例えばシード層７の表面に成膜されるめっき膜が均一になるまでのめっき時間をまず見極め、それ以降の時間において、多孔質体１１０と基板Ｗとの距離を離したり、補助電源を印加したりするようにして決めることができる。
【００４９】
このように、電極ヘッド２８を第１めっき位置から該第１めっき位置よりも基板Ｗと多孔質体１１０との距離が離れた第２めっき位置に移動させて停止させた状態で後期めっきを行うことで、基板Ｗの中心付近でのめっき膜の成長を適度に抑え、更に、補助カソード部１２４を併用することにより、基板Ｗの外周部に成膜されるめっき膜の膜厚をコントロールすることで、基板全面に均一な膜厚のめっき膜を成膜することができる。特に、基板の中心部に電場を集中させながら全面均一なめっき行えるため、よりターミナルエフェクト効果が強くなる４５０ｍｍの大口径ウエハにも対応が可能となる。
【００５０】
次に、前記のめっき装置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めっき装置１２の内部に搬送する。この時、基板ホルダ３６は、下方の基板受渡し位置Ａにあり、搬送ロボット１４は、そのハンドが基板ステージ６８の真上に到達した後に、ハンドを下降させることで、基板Ｗを支持腕７０上に載置する。そして、搬送ロボット１４のハンドを、前記基板搬出入口を通って退去させる。
【００５１】
搬送ロボット１４のハンドの退去が完了した後、飛散防止カップ４０を上昇させ、同時に基板受渡し位置Ａにあった基板ホルダ３６を前処理・洗浄位置Ｃに上昇させる。この時、この上昇に伴って、支持腕７０上に載置された基板は、位置決め板７２と押付け片７４で位置決めされ、チャック爪７６で確実に把持される。
【００５２】
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、多孔質体１１０あるいはアノード９８がめっき液トレー２２内に位置しており、この状態で飛散防止カップ４０の上昇と同時に、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１０６を通じた吸引を行って、多孔質体１１０に含まれるめっき液の交換と泡抜きを行う。なお、飛散防止カップ４０の上昇が完了すると、フレーム側面の基板搬出入口は飛散防止カップ４０で塞がれて閉じ、フレーム内外の雰囲気が遮断状態となる。
【００５３】
飛散防止カップ４０が上昇するとプレコート処理に移る。即ち、基板Ｗを受取った基板ホルダ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６４から、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板の被めっき面に間欠的に吐出する。この時、基板ホルダ３６が回転しているため、プレコート液は基板Ｗの被めっき面の全面に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置へ戻し、基板ホルダ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。
【００５４】
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を、この回転を停止、若しくは回転速度をめっき時速度まで低下させた状態で、めっきを施すめっき位置Ｂまで上昇させる。すると、基板Ｗの周縁部は、カソード接点８８に接触して通電可能な状態となり、同時に基板Ｗの周縁部上面にシール材９０が圧接して、基板Ｗの周縁部が水密的にシールされる。
【００５５】
一方、搬入された基板Ｗのプレコート処理が完了したという信号に基づいて、電極アーム部３０をめっき液トレー２２上方から電解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、この位置に到達した後に、電極ヘッド２８をカソード部３８に向かって下降させ、多孔質体１１０が基板Ｗの被めっき面に接触することなく、多孔質体１１０と基板Ｗとの距離Ｄ１が０.１ｍｍ〜３ｍｍ程度に近接した第１めっき位置に達した時点で電極ヘッド２８の下降を停止させる。
【００５６】
この状態で、めっき液注入部１２２から基板Ｗと多孔質体１１０との隙間のシール材９０で囲まれた領域に、めっき液がシール材９０の上方まで達して、補助カソード部１２４がめっき液に浸漬されるまでめっき液を注入し、シール材９０の上方に達しためっき液をめっき液堰１２０で堰き止める。そして、めっき電源１２６を介して、カソード接点８８とアノード９８と間に所定の電圧を印加して初期めっきを行う。
【００５７】
そして、所定時間めっきを行った後、めっき電源１２６を介して、カソード接点８８とアノード９８と間に所定の電圧を印加したまま、更に、補助電源１２８を介して、補助カソード部１２４とアノード９８と間に所定の補助電圧を印加しながら、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との距離Ｄ２が、例えば３〜５０ｍｍ程度となる第２めっき位置まで電極ヘッド２８を上昇させて停止させ、これによって後期めっきを行う。
【００５８】
これにより、高いシート抵抗をもつ基板Ｗに対しても、シード層７等の導電膜の全面により均一な膜厚のめっき膜を形成して、めっき金属をコンタクトホール３やトレンチ４からなる微細凹部（図１参照）の内部にボイドを生じさせることなく確実に埋込むことができる。
【００５９】
そして、めっき処理が完了すると、電極アーム部３０を上昇させ旋回させて電極ヘッド２８をめっき液トレー２２上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置から基板Ｗに対峙する位置へ移動させて下降させ、めっき液回収ノズル６６から基板Ｗ上のめっき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、基板のめっき面のリンスのために、純水用の固定ノズル３４から基板Ｗの中央部に純水を吐出し、同時に基板ホルダ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。このように、基板Ｗのリンスを行うことで、基板ホルダ３６をめっき位置Ｂから下降させる際に、めっき液が跳ねて、カソード部３８のカソード接点８８が汚染されることが防止される。
【００６０】
リンス終了後に水洗工程に入る。即ち、基板ホルダ３６をめっき位置Ｂから前処理・洗浄位置Ｃへ下降させ、純水用の固定ノズル３４から純水を供給しつつ基板ホルダ３６及びカソード部３８を回転させて水洗を実施する。この時、カソード部３８に直接供給した純水、または基板Ｗの面から飛散した純水によってシール材９０及びカソード接点８８も基板と同時に洗浄することができる。
【００６１】
水洗完了後にドライ工程に入る。即ち、固定ノズル３４からの純水の供給を停止し、更に基板ホルダ３６及びカソード部３８の回転スピードを増して、遠心力により基板表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シール材９０及びカソード接点８８も乾燥される。ドライ工程が完了すると基板ホルダ３６及びカソード部３８の回転を停止させ、基板ホルダ３６を基板受渡し位置Ａまで下降させる。すると、チャック爪７６による基板Ｗの把持が解かれ、基板Ｗは、支持腕７０の上面に載置された状態となる。これと同時に、飛散防止カップ４０も下降させる。
【００６２】
以上でめっき処理及びそれに付帯する前処理や洗浄・乾燥工程の全ての工程を終了し、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。
【００６３】
なお、上記の例では、多孔質体１１０として、中心部おける気孔の割合の方が外周部における気孔の割合よりも高くなって、中心部から外周部に向けて気孔率が徐々に連続して低くなるような気孔率分布を有するように構成したものを使用しているが、図１４に示すように、気孔率を段階的に変化させた複数の多孔質体１４０ａ〜１４０ｄを同心状に組合せて、中心部に比べ外周部の電気抵抗が高くなるように調整された多孔質体１４０を構成するようにしてもよい。
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されないことは勿論である。
【００６４】
（実施例）
導電層として３００Ω／ｓｑのシート抵抗を持つルテニウムを有した３００ｍｍ基板Ｗを用意し、前述のめっき装置を使用して、ルテニウム膜の表面に５００ｎｍの銅めっき膜を成長させた。
【００６５】
先ず、比較例１として、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との距離Ｄ１（図１２参照）が０．５ｍｍとなるまで電極ヘッド２８を下降させ、この状態で、めっき液注入部１２２から基板Ｗと多孔質体１１０との隙間のシール材９０で囲まれた領域にめっき液を注入し、アノード９８と基板のルテニウム膜との間に６．８Ａのめっき電流を流して、１５０秒間のめっきを行い、これによって、ルテニウム膜の表面に５００ｎｍの銅めっき膜を成長させた。この時の初期めっき膜Ｐ１と最終めっき膜Ｐ２における基板位置とめっき膜の膜厚との関係を図１５に示す。この図１５により、初期めっき膜Ｐ１として平坦なめっき膜を形成したとしても、最終めっき膜Ｐ２は、基板の中央部で盛り上がった膜厚分布となることが判る。
【００６６】
次に、比較例２として、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との距離Ｄ１（図１２参照）が０．５ｍｍとなる第１めっき位置まで電極ヘッド２８を下降させ、この状態で、めっき液注入部１２２から基板Ｗと多孔質体１１０との隙間のシール材９０で囲まれた領域にめっき液を注入し、アノード９８と基板のルテニウム膜との間に６．８Ａのめっき電流を流して、１４秒間の初期めっきを行った。しかる後、アノード９８と基板のルテニウム膜との間に６．８Ａの電流を流したまま、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との距離Ｄ２が３０ｍｍとなる第２めっき位置まで電極ヘッド２８を上昇させて停止させ、これにより、合計１５０秒間のめっきを行って、ルテニウム膜の表面に５００ｎｍの銅めっき膜を成長させた。この時の最終めっき膜Ｐ３における基板位置とめっき膜の膜厚との関係を比較例１の最終めっき膜Ｐ２における基板位置とめっき膜の膜厚との関係とともに図１６に示す。この図１６により、初期めっき膜形成後、多孔質体１１０と基板Ｗの距離を３０ｍｍに広げてめっきを行うことにより、電場を分散させて基板中央部のめっき膜の膜厚を減少させることができることが判る。
【００６７】
次に、本発明の実施例１について説明する。図１８（ａ）は、実施例１におけるめっき時間とめっき電流及び補助電流のとの関係を示し、図１８（ｂ）は、めっき時間と多孔質体１１０と基板Ｗとの距離との関係を示す。図１８に示すように、実施例１にあっては、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との距離Ｄ１（図１２参照）が０．５ｍｍとなる第１めっき位置まで電極ヘッド２８を下降させ、この状態で、めっき液注入部１２２から基板Ｗと多孔質体１１０との隙間のシール材９０で囲まれた領域にめっき液を注入し、アノード９８と基板のルテニウム膜との間に６．８Ａのめっき電流を流して、１４秒間の初期めっきを行った。しかる後、アノード９８と基板のルテニウム膜との間に６．８Ａのめっき電流を流したまま、更に、補助電源１２８を介して、補助カソード部１２４とアノード９８と間に１．０Ａの電流を流しながら、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との距離Ｄ２が３０ｍｍとなる第２めっき位置まで電極ヘッド２８を上昇させて停止させ、これにより、合計１５０秒間のめっきを行って、ルテニウム膜の表面に５００ｎｍの銅めっき膜を成長させた。この時の最終めっき膜Ｐ４における基板位置とめっき膜の膜厚との関係を比較例２の最終めっき膜Ｐ３における基板位置とめっき膜の膜厚との関係とともに図１７に示す。この図１７により、初期めっき膜形成後、補助カソード部１２４とアノード９８と間に１．０Ａの電流（補助電流）を流しながら、多孔質体１１０と基板Ｗの距離を３０ｍｍに広げて更にめっき膜を成長させることにより、基板の外周部に集中した電場をコントロールして、基板全面に良好なめっきを行うことができることが判る。
【００６８】
これまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】めっき処理によって銅配線を形成する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に示すめっき装置を示す平面図である。
【図４】図２に示すめっき装置の基板ホルダ及び電極部の拡大断面図（図３のＡ−Ａ線断面図）である。
【図５】図２に示すめっき装置のプレコート・回収アームを示す正面図である。
【図６】図２に示すめっき装置の基板ホルダの平面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】図６のＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】図２に示すめっき装置の電極部の平面図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１１】図２に示すめっき装置の電極アーム部の平面図である。
【図１２】図２に示すめっき装置の電極ヘッド、カソード部及び基板ホルダを概略的に示す電解ヘッドが第２めっき位置に位置する時の断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、多孔質体の中心部おける気孔分布を示し図で、図１３（ｂ）は多孔質体の外周部における気孔分布を示す図である。
【図１４】アノードの他の例を示す断面図である。
【図１５】比較例１の初期めっき膜と最終めっき膜における基板位置とめっき膜の膜厚との関係を示すグラフである。
【図１６】比較例２の最終めっき膜における基板位置とめっき膜の膜厚との関係を比較例１の最終めっき膜における基板位置とめっき膜の膜厚との関係とともに示すグラフである。
【図１７】実施例１の最終めっき膜における基板位置とめっき膜の膜厚との関係を比較例２の最終めっき膜における基板位置とめっき膜の膜厚との関係とともに示すグラフである。
【図１８】図１８（ａ）は、実施例１におけるめっき時間とめっき電流及び補助電流のとの関係を示すグラフで、図１８（ｂ）は、めっき時間と多孔質体と基板との距離との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７０】
７ シード層（導電層）
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
２６ 揺動アーム
２８ 電極ヘッド
３０ 電極アーム部
３６ 基板ホルダ
３８ カソード部
４０ 飛散防止カップ
６８ 基板ステージ
８８ カソード接点
９０ シール材
９４ ハウジング
９８ アノード
１００ めっき液室
１１０，１４０ 多孔質体
１１０ｂ 気孔
１２０ めっき液堰
１２２ めっき液注入部
１２４ 補助カソード部
１２６ めっき電源
１３６ 駆動機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、めっき装置及びめっき方法に係り、特に半導体ウエハなどの基板の表面（被めっき面）に形成された微細な配線用凹部（回路パターン）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ＬＳＩ配線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て、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。そして、その上にＴａＮやＴｉＮ等からなるバリア層５、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７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からなる配線が形成される。
【０００５】
前記シード層７としては、スパッタリング、ＣＶＤ、ＡＬＤまたは無電解めっき法などによって形成される銅シード層が一般に用いられており、配線サイズの微細化の進行に伴って、銅シード層の厚みが年々薄くなっている。例えば、６５ｎｍ世代の半導体デバイスを製造する時の銅シード層の厚みは、基板フィールド部において、６００オングストローム前後であるが、これが４５ｎｍ世代になると、５００オングストローム以下になると予想されている。次世代、次々世代では、銅シード層の厚みが３００オングストローム以下となるか、または銅シード層を設けることなく、例えばルテニウムからなるバリア層の表面に銅をダイレクトでめっきすることになるとも予想されている。
【０００６】
これまでの膜厚の銅シード層にあっては、その電気抵抗（シート抵抗）が１Ω／ｓｑ以下であるため、カソード接点に接続されてカソードとなる基板とアノードとの間に抵抗体を入れるか、またはめっき液の酸濃度を低くしてめっき液自体の抵抗を高くしたりすることで、シード層のシート抵抗に依存するターミナルエフェクトを低減して、膜厚が基板の中央部で周辺部より薄くなることを防した均一な膜厚の銅膜を基板の表面に成膜することができる。
【０００７】
出願人は、基板とアノードとの間に配置される、めっき液の電気抵抗率よりも大きい電気抵抗率を有する多孔質体からなる高抵抗構造体として、その中心部に比べ外周部の電気抵抗が大きくなるようにしたものを使用することを提案した（特許文献１参照）。また、アノードとして、複数に分割した分割アノードを使用し、これらの各分割アノードに個別にめっき電源を接続することで、例えば基板上に初期めっき膜を形成する一定期間だけ、中央部側に位置する分割アノードの電流密度をその周辺より高め、基板外周部にめっき電流が集中することを防止して基板の中央部側にもめっき電流が流れるようにすることで、シート抵抗が高い場合であっても、均一な膜厚のめっき膜を形成することができるようにしたものを提案した（特許文献２参照）。
【０００８】
更に、基板の表面全体に均一なめっき膜が得られるようにするため、基板の外周部に対応する位置に、めっき液（電解液）に浸漬させて補助電極を配置することが提案されている（特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−４０９１号公報
【特許文献２】特開２００２−１２９３８３号公報
【特許文献３】特開２００２−５０６４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
配線サイズの微細化が更に進む、次世代、次々世代の半導体デバイスにあっては、銅シード層の厚みが益々薄くなって、銅シード層のシート抵抗が１Ω／ｓｑ以上となったり、銅シード層を設けることなく、ルテニウム等からなるバリア層の表面に銅をダイレクトでめっきする場合には、そのシート抵抗が１０Ω／ｓｑ以上となったりすると予想される。このような場合にあっては、これまでの基板とアノードとの間への抵抗体の挿入やめっき液自体の高抵抗化だけでは、シート抵抗に依存するターミナルエフェクトに対する対策が不十分となって、基板の全表面に亘って均一な膜厚の銅膜を形成することが困難となると考えられる。
【００１１】
例えば、中心部に比べ外周部の電気抵抗が大きくなるように電気抵抗を調整した多孔質体を基板とアノードとの間に配置してめっきを行うと、基板のシード層上にめっき膜が堆積してめっき膜のシート抵抗が減少するに従い、基板の外周部に比べて基板の中心部にめっき膜が付き易くなる。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、表面により高いシート抵抗をもつ基板に対しても、基板の全表面により均一な膜厚のめっき膜を形成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】
【００１３】
請求項１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の表面に形成した導電層に接触して通電させるカソード接点と、ハウジングの内部にアノードを収納し該ハウジングの前記基板保持部で保持した基板と対向する開口端部に多孔質体を配置してめっき液室を区画形成した電極ヘッドと、前記基板保持部で保持した基板と前記多孔質体との間にめっき液を満たしたまま、前記電極ヘッドを第１めっき位置から該第１めっき位置よりも基板と多孔質体との距離が離れた第２めっき位置に移動させて停止させる駆動機構と、前記基板保持部で保持した基板の外周部に対向する位置に該基板と離間して配置され、前記基板保持部で保持した基板と前記多孔質体との間に満たしためっき液に浸漬される補助カソード部を有することを特徴とするめっき装置である。
【００１４】
ターミナルエフェクト対策として、基板とアノードとの間に、例えば中心部に比べ外周部の電気抵抗が大きくなるように調整した多孔質体を配置して、シート抵抗の高いシード層等の表面にめっきを行うと、基板中心部にめっきが付き易いため、めっき初期から基板外周部から基板中心部まで均一なめっきを行うことができる反面、めっき膜が成長してめっき膜のシート抵抗が低くなるにつれて、基板中心部にめっきが付き過ぎて該中心部が盛り上がっためっき膜の膜厚分布になる。本発明によれば、内部にアノードを収容した電極ヘッドを第１めっき位置から該第１めっき位置よりも基板と多孔質体との距離が離れた第２めっき位置に移動させて停止させた状態で後期めっきを行うことで、基板の中心付近でのめっき膜の成長を適度に抑え、更に、補助カソード部を併用することにより、基板外周部に成膜されるめっき膜の膜厚をコントロールすることで、基板全面に均一な膜厚のめっき膜を成膜することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記多孔質体は、中心部と比べて外周部の電気抵抗が高くなるように調整してあることを特徴とする請求項１記載のめっき装置である。
多孔質体の外形状、内部構造、または電気伝導率の異なる部材の装着の内の少なくとも一つの調整により、中心部と比べて外周部の電気抵抗が高くなるように多孔質体を調整することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記カソード接点と前記補助カソード部にそれぞれ接続される電源を有す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。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、カソード接点を接触させた基板表面の導電層と該導電層に対面する位置に配置させたアノードとの間にめっき液を満たし、前記めっき液中の前記基板の中央部に対向する位置に多孔質体を、外周部に対向する位置に補助カソード部をそれぞれ基板と離間させて配置し、前記アノードと前記カソード接点との間に電圧を印加して初期めっきを行い、前記アノードと前記カソード接点との間及び前記アノードと前記補助カソードとの間に電圧を印加しながら前記多孔質体を前記基板から離れる位置に移動させ停止させて後期めっきを行うことを特徴とするめっき方法である。
【００１８】
本発明によれば、初期めっき後、アノードとカソード接点との間及びアノードと補助カソード部との間に電圧を印加しながら多孔質体を基板から離れる位置に移動させ停止させて後期めっきを行うことにより、基板中心部に集中した電場をエッジ効果により分散させて基板中心部のめっき成長を適度に抑え、さらに補助カソード部を併用して基板外周部の膜厚をコントロールすることによって、目標めっき膜厚に関わらず、基板全面に均一な膜厚のめっき膜を成膜することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記基板の導電層は、少なくともＣｕ、Ｒｕ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、ＷＮＣ、ＷＣ、Ｐｔ、ＩＴＯ、Ｔｉ、ＴｉＷまたはＴ２Ｎのいずれかを有することを特徴とする請求項４記載のめっき方法である。
めっき下地のシート抵抗値が高くなってターミナルエフェクト効果が強くなっても、多孔質体の内外の電気抵抗を調節すれば対応可能なため、ルテニウムなどの銅以上に抵抗の高いシード層を有する基板にも適応できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ターミナルエフェクト対策で、特に基板中央部に電場を集中させる多孔質体を使用してめっきを行うとき、めっき中に多孔質体と基板の距離を広げ、更に補助カソード部を併用することにより、めっき膜が所定の膜厚に達した後、逆に基板の中央部に特化する電場を均一化して、基板の全面に均一な膜厚の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】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。この例は、図１（ａ）に示すように、銅と同等以上の抵抗率を持つ、例えばＣｕ、Ｒｕ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、ＷＮＣ、ＷＣ、Ｐｔ、ＩＴＯ、Ｔｉ、ＴｉＷまたはＴ２Ｎのいずれかを有するシード層（導電層）７を有する半導体ウエハ等の基板Ｗを用意し、この基板Ｗの表面に電解銅めっきを施して、図１（ｂ）〜（ｃ）に示すように、基板表面に設けた微細な配線用凹部に銅膜６からなる配線を形成するようにした例を示している。
【００２２】
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。
【００２３】
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。この例にあっては、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。
【００２４】
基板処理部２０には、図４に示すように、基板の表面（被めっき面）を上向きにして基板Ｗを保持する基板ホルダ３６と、この基板ホルダ３６の上方に該基板ホルダ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。更に、基板ホルダ３６の周囲を囲繞して処理中に用いる各種薬液の飛散を防止する有底略円筒状の飛散防止カップ４０が、エアシリンダ（図示せず）を介して上下動自在に配置されている。
【００２５】
ここで、基板ホルダ３６は、エアシリンダ４４によって、下方の基板受渡し位置Ａと、上方のめっき位置Ｂと、これらの中間の前処理・洗浄位置Ｃとの間を昇降し、図示しない回転モータ及びベルトを介して、任意の加速度及び速度でカソード部３８と一体に回転するように構成されている。この基板受渡し位置Ａに対向して、めっき装置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、また基板ホルダ３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、基板ホルダ３６で保持された基板Ｗの周縁部に下記のカソード部３８のシール材９０とカソード接点８８が当接するようになっている。一方、飛散防止カップ４０は、その上端が基板搬出入口の下方に位置し、図４に仮想線で示すように、上昇した時に基板搬出入口を塞いでカソード部３８の上方に達するようになっている。
【００２６】
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の下記の多孔質体１１０及びアノード９８をめっき液で湿潤させるためのもので、この多孔質体１１０が収容できる大きさに設定され、図示しないめっき液供給口とめっき液排水口を有している。また、フォトセンサがめっき液トレー２２に取付けられており、めっき液トレー２２内のめっき液の満水、即ちオーバーフローと排水の検出が可能になっている。
【００２７】
電極アーム部３０は、下記のように、サーボモータからなる上下動モータ１３２とボールねじ１３４とを有する駆動機構１３６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）するようになっている。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。
【００２８】
プレコート・回収アーム３２は、図５に示すように、上下方向に延びる支持軸５８の上端に連結されて、ロータリアクチュエータ６０を介して旋回（揺動）し、エアシリンダ（図示せず）を介して上下動するよう構成されている。このプレコート・回収アーム３２には、その自由端側にプレコート液吐出用のプレコートノズル６４が、基端側にめっき液回収用のめっき液回収ノズル６６がそれぞれ保持されている。そして、プレコートノズル６４は、例えばエアシリンダによって駆動するシリンジに接続されて、プレコート液がプレコートノズル６４から間欠的に吐出され、また、めっき液回収ノズル６６は、例えばシリンダポンプまたはアスピレータに接続されて、基板上のめっき液がめっき液回収ノズル６６から吸引される。
【００２９】
前記基板ホルダ３６は、図６乃至図８に示すように、円板状の基板ステージ６８を備え、この基板ステージ６８の周縁部の円周方向に沿った６カ所に、上面に基板Ｗを水平に載置して保持する支持腕７０が立設されている。この支持腕７０の１つの上端には、基板Ｗの端面に当接して位置決めする位置決め板７２が固着され、この位置決め板７２を固着した支持腕７０に対向する支持腕７０の上端には、基板Ｗの端面に当接し回動して基板Ｗを位置決め板７２側に押付ける押付け片７４が回動自在に支承されている。また、他の４個の支持腕７０の上端には、回動して基板Ｗをこの上方から下方に押付けるチャック爪７６が回動自在に支承されている。
【００３０】
ここで、押付け片７４及びチャック爪７６の下端は、コイルばね７８を介して下方に付勢した押圧棒８０の上端に連結されて、この押圧棒８０の下動に伴って押付け片７４及びチャック爪７６が内方に回動して閉じるようになっており、基板ステージ６８の下方には、押圧棒８０に下面に当接してこれを上方に押上げる支持板８２が配置されている。
【００３１】
これにより、基板ホルダ３６が図４に示す基板受渡し位置Ａに位置する時、押圧棒８０は支持板８２に当接し上方に押上げられて、押付け片７４及びチャック爪７６が外方に回動して開き、基板ステージ６８を上昇させると、押圧棒８０がコイルばね７８の弾性力で下降して、押付け片７４及びチャック爪７６が内方に回転して閉じる。
【００３２】
カソード部３８は、図９及び図１０に示すように、支持板８２（図８等参照）の周縁部に立設した支柱８４の上端に固着した環状の枠体８６と、この枠体８６の下面に内方に突出させて取付けた、この例では６分割されたカソード接点８８と、このカソード接点８８の上方を覆うように枠体８６の上面に取付けた環状のシール材９０とを有している。シール材９０は、その内周縁部が内方に向け下方に傾斜し、かつ徐々に薄肉となって、内周端部が下方に垂下するように構成されている。
【００３３】
これにより、図４に示すように、基板ホルダ３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、この基板ホルダ３６で保持した基板Ｗの周縁部にカソード接点８８が押付けられて通電し、同時にシール材９０の内周端部が基板Ｗの周縁部上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板の上面（被めっき面）に供給されためっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止するとともに、めっき液がカソード接点８８を汚染することを防止するようになっている。
なお、この例において、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、下降した時にシール材９０が基板Ｗの被めっき面に圧接するように構成しても良い。
【００３４】
電極アーム部３０の電極ヘッド２８は、図１１及び図１２に示すように、揺動アーム２６の自由端に垂設したハウジング９４と、このハウジング９４の下端開口部を塞ぐように配置された多孔質体１１０とを有している。すなわち、このハウジング９４の下部には、内方に突出した内方突出部９４ａが、多孔質体１１０の上部にはフランジ部１１０ａがそれぞれ設けられ、このフランジ部１１０ａを内方突出部９４ａに引っ掛けることで、ハウジング９４に多孔質体１１０が保持されている。これによって、ハウジング９４の内部に中空のめっき液室１００が区画形成されている。
【００３５】
多孔質体１１０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、多孔質体１１０は、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。
【００３６】
この多孔質体１１０は、中心部に比べ外周部の電気抵抗が高くなるように調整されている。この例では、図１３（ａ）に示す多孔質体１１０の中心部Ｅ１おける気孔１１０ｂの割合の方が、図１３（ｂ）に示す多孔質体１１０の外周部Ｅ２における気孔１１０ｂの割合よりも高くなって、多孔質体１１０の中心部から外周部に向けて気孔率が連続的に徐々に低くなるような気孔率分布を有するように構成されている。
【００３７】
このように多孔質体１１０をめっき液室１００内に配置し、この多孔質体１１０によって大きな抵抗を発生させることで、図１（ａ）に示す、シード層（導電層）７等のシート抵抗の影響を無視できる程度となし、基板Ｗの表面のシート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。特に、中心部に比べ外周部の電気抵抗が大きくなるように調整した多孔質体１１０を使用することで、シート抵抗の高いシード層（導電層）の表面に、基板中心部にめっきが付き易い条件でのめっきを行うことができる。
【００３８】
多孔質体１１０の外周面には、これを囲むようにバンド状の絶縁体１１２が巻き付けされている。この絶縁体１１２は、例えばふっ素ゴムのような伸縮性材料からなる。このように、多孔質体１１０の外周面に絶縁体１１２を巻き付けることで、基板Ｗの外周部近傍に電流が集中するのを防止することができる。
【００３９】
めっき液室１００内には、アノード９８が配置されている。アノード９８は、スライムの生成を抑制するため、一般に、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成される。この例では、アノード９８として、例えば、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からなる不溶解アノードが使用されている。このように、アノード９８として、不溶解アノードを用いることで、アノード９８の溶解による形状変化を防止して、アノード９８を交換することなく、常に一定の放電状態を維持することができる。
【００４０】
ハウジング９４の上面には、この内部にめっき液を導入するめっき液導入口１０４が設けられ、このめっき液導入口１０４にめっき液供給設備１８（図２参照）から延びるめっき液供給管１０２が接続されている。更に、ハウジング９４の上面に設けられためっき液排出口１０８にめっき液供給設備１８から延びるめっき液排出管１０６が接続されている。
【００４１】
前記シール材９０の上面の電極ヘッド２８のハウジング９４の周囲を囲繞する位置には、めっき液を堰き止めて外部への流出を防止するリング状のめっき液堰１２０が取付けられている。そして、ハウジング９４とめっき液堰１２０との間に位置して、めっき液注入部１２２が設けられている。このめっき液注入部１２２は、基板保持部３６がめっき位置Ｂ（図４参照）にある時に、基板保持部３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０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、ハウジング９４の側方から、基板Ｗと多孔質体１１０との間のシール材９０で囲まれた領域にめっき液を注入するためのもので、ハウジング９４とめっき液堰１２０に挟まれた領域で下端のノズル部が開口するようになっている。この時、シール材９０の上方に達するまでめっき液が注入され、このシール材９０の上方に達するめっき液の外部への流出がめっき液堰１２０で堰き止められる。
【００４２】
めっき液堰１２０の内方に位置して、シール材９０の傾斜部上面には、リング状の補助カソード部１２４が取付けられている。この補助カソード部１２４は、基板保持部３６で保持した基板Ｗの周縁部に対応する位置に位置し、前述のように、基板Ｗと多孔質体１１０との間のシール材９０で囲まれた領域にめっき液を注入した時に、この注入されためっき液に浸漬されるようになっている。
【００４３】
カソード接点８８はめっき電源１２６の陰極に、アノード９８はめっき電源１２６の陽極にそれぞれ電気的に接続され、補助カソード部１２４は補助電源１２８の陰極に、アノード９８は補助電源１２８の陽極にそれぞれ電気的に接続される。
【００４４】
電極ヘッド２８は、揺動アーム２６に吊下げ保持されており、揺動アーム２６は、サーボモータからなる上下動モータ１３２とボールねじ１３４を有する駆動機構１３６を介して上下動するように構成されている。駆動機構１３６は、初期めっき後、基板保持部３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との間にめっき液を満たしたまま、電極ヘッド２８を第１めっき位置から該第１めっき位置よりも基板Ｗと多孔質体１１０との距離が離れた第２めっき位置に移動させて停止させる。
【００４５】
つまり、電解めっきを行うときには、基板ホルダ３６がめっき位置Ｂ（図３参照）にある時に、図１２に２点鎖線で示すように、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との距離Ｄ１が、例えば０．１〜３ｍｍ程度となる第１めっき位置まで電極ヘッド２８を下降させ、この状態で、めっき液注入部１２２から基板Ｗと多孔質体１１０との隙間のシール材９０で囲まれた領域にめっき液を注入する。この時、めっき液がシール材９０の上方まで達して、補助カソード部１２４がめっき液に浸漬されるまでめっき液を注入し、シール材９０の上方に達しためっき液をめっき液堰１２０で堰き止める。そして、めっき電源１２６を介して、カソード接点８８とアノード９８と間に所定の電圧を印加して初期めっきを行う。
【００４６】
そして、所定時間めっきを行った後、めっき電源１２６を介して、カソード接点８８とアノード９８と間に所定の電圧を印加したまま、更に、補助電源１２８を介して、補助カソード部１２４とアノード９８と間に所定の補助電圧を印加しながら、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との距離Ｄ２が、例えば３〜５０ｍｍ程度となる第２めっき位置まで電極ヘッド２８を上昇させて停止させ、これによって後期めっきを行う。
【００４７】
ここで、多孔質体１１０として、その中心部と外周部との電気抵抗の差が大きいものを使用するほど、第２めっき位置における多孔質体１１０と基板Ｗの距離Ｄ２を広げることが望ましい。しかし、第２めっき位置における多孔質体１１０と基板Ｗの距離Ｄ２を必要以上に広げると電場が基板Ｗの外周部に集中し過ぎてしまい、基板Ｗの中心部が盛り下がっためっき膜の膜厚分布になる。このため、第２めっき位置における多孔質体１１０と基板Ｗの距離Ｄ２は、５０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
また、補助カソード部１２４に流す電流は、基板の抵抗値や装置構成によって様々であるが、基本的には基板に流す電流よりも小さい。なお、多孔質体１１０と基板Ｗの距離を離し始めるタイミング、つまり電極ヘッド２８を第１めっき位置から第２めっき位置に上昇させるタイミングは、多孔質体１１０の中心部と外周部の電気抵抗の違いや、例えば図１（ａ）に示す、シード層（導電膜）７のシート抵抗などの条件によって任意に決めることができる。例えば、電極ヘッド２８を第１めっき位置に維持したまま、また補助電源１２８を印加することなくめっきを行って、例えばシード層７の表面に成膜されるめっき膜が均一になるまでのめっき時間をまず見極め、それ以降の時間において、多孔質体１１０と基板Ｗとの距離を離したり、補助電源を印加したりするようにして決めることができる。
【００４９】
このように、電極ヘッド２８を第１めっき位置から該第１めっき位置よりも基板Ｗと多孔質体１１０との距離が離れた第２めっき位置に移動させて停止させた状態で後期めっきを行うことで、基板Ｗの中心付近でのめっき膜の成長を適度に抑え、更に、補助カソード部１２４を併用することにより、基板Ｗの外周部に成膜されるめっき膜の膜厚をコントロールすることで、基板全面に均一な膜厚のめっき膜を成膜することができる。特に、基板の中心部に電場を集中させながら全面均一なめっき行えるため、よりターミナルエフェクト効果が強くなる４５０ｍｍの大口径ウエハにも対応が可能となる。
【００５０】
次に、前記のめっき装置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めっき装置１２の内部に搬送する。この時、基板ホルダ３６は、下方の基板受渡し位置Ａにあり、搬送ロボット１４は、そのハンドが基板ステージ６８の真上に到達した後に、ハンドを下降させることで、基板Ｗを支持腕７０上に載置する。そして、搬送ロボット１４のハンドを、前記基板搬出入口を通って退去させる。
【００５１】
搬送ロボット１４のハンドの退去が完了した後、飛散防止カップ４０を上昇させ、同時に基板受渡し位置Ａにあった基板ホルダ３６を前処理・洗浄位置Ｃに上昇させる。この時、この上昇に伴って、支持腕７０上に載置された基板は、位置決め板７２と押付け片７４で位置決めされ、チャック爪７６で確実に把持される。
【００５２】
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、多孔質体１１０あるいはアノード９８がめっき液トレー２２内に位置しており、この状態で飛散防止カップ４０の上昇と同時に、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１０６を通じた吸引を行って、多孔質体１１０に含まれるめっき液の交換と泡抜きを行う。なお、飛散防止カップ４０の上昇が完了すると、フレーム側面の基板搬出入口は飛散防止カップ４０で塞がれて閉じ、フレーム内外の雰囲気が遮断状態となる。
【００５３】
飛散防止カップ４０が上昇するとプレコート処理に移る。即ち、基板Ｗを受取った基板ホルダ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６４から、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板の被めっき面に間欠的に吐出する。この時、基板ホルダ３６が回転しているため、プレコート液は基板Ｗの被めっき面の全面に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置へ戻し、基板ホルダ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。
【００５４】
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を、この回転を停止、若しくは回転速度をめっき時速度まで低下させた状態で、めっきを施すめっき位置Ｂまで上昇させる。すると、基板Ｗの周縁部は、カソード接点８８に接触して通電可能な状態となり、同時に基板Ｗの周縁部上面にシール材９０が圧接して、基板Ｗの周縁部が水密的にシールされる。
【００５５】
一方、搬入された基板Ｗのプレコート処理が完了したという信号に基づいて、電極アーム部３０をめっき液トレー２２上方から電解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、この位置に到達した後に、電極ヘッド２８をカソード部３８に向かって下降させ、多孔質体１１０が基板Ｗの被めっき面に接触することなく、多孔質体１１０と基板Ｗとの距離Ｄ１が０.１ｍｍ〜３ｍｍ程度に近接した第１めっき位置に達した時点で電極ヘッド２８の下降を停止させる。
【００５６】
この状態で、めっき液注入部１２２から基板Ｗと多孔質体１１０との隙間のシール材９０で囲まれた領域に、めっき液がシール材９０の上方まで達して、補助カソード部１２４がめっき液に浸漬されるまでめっき液を注入し、シール材９０の上方に達しためっき液をめっき液堰１２０で堰き止める。そして、めっき電源１２６を介して、カソード接点８８とアノード９８と間に所定の電圧を印加して初期めっきを行う。
【００５７】
そして、所定時間めっきを行った後、めっき電源１２６を介して、カソード接点８８とアノード９８と間に所定の電圧を印加したまま、更に、補助電源１２８を介して、補助カソード部１２４とアノード９８と間に所定の補助電圧を印加しながら、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との距離Ｄ２が、例えば３〜５０ｍｍ程度となる第２めっき位置まで電極ヘッド２８を上昇させて停止させ、これによって後期めっきを行う。
【００５８】
これにより、高いシート抵抗をもつ基板Ｗに対しても、シード層７等の導電膜の全面により均一な膜厚のめっき膜を形成して、めっき金属をコンタクトホール３やトレンチ４からなる微細凹部（図１参照）の内部にボイドを生じさせることなく確実に埋込むことができる。
【００５９】
そして、めっき処理が完了すると、電極アーム部３０を上昇させ旋回させて電極ヘッド２８をめっき液トレー２２上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置から基板Ｗに対峙する位置へ移動させて下降させ、めっき液回収ノズル６６から基板Ｗ上のめっき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、基板のめっき面のリンスのために、純水用の固定ノズル３４から基板Ｗの中央部に純水を吐出し、同時に基板ホルダ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。このように、基板Ｗのリンスを行うことで、基板ホルダ３６をめっき位置Ｂから下降させる際に、めっき液が跳ねて、カソード部３８のカソード接点８８が汚染されることが防止される。
【００６０】
リンス終了後に水洗工程に入る。即ち、基板ホルダ３６をめっき位置Ｂから前処理・洗浄位置Ｃへ下降させ、純水用の固定ノズル３４から純水を供給しつつ基板ホルダ３６及びカソード部３８を回転させて水洗を実施する。この時、カソード部３８に直接供給した純水、または基板Ｗの面から飛散した純水によってシール材９０及びカソード接点８８も基板と同時に洗浄することができる。
【００６１】
水洗完了後にドライ工程に入る。即ち、固定ノズル３４からの純水の供給を停止し、更に基板ホルダ３６及びカソード部３８の回転スピードを増して、遠心力により基板表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シール材９０及びカソード接点８８も乾燥される。ドライ工程が完了すると基板ホルダ３６及びカソード部３８の回転を停止させ、基板ホルダ３６を基板受渡し位置Ａまで下降させる。すると、チャック爪７６による基板Ｗの把持が解かれ、基板Ｗは、支持腕７０の上面に載置された状態となる。これと同時に、飛散防止カップ４０も下降させる。
【００６２】
以上でめっき処理及びそれに付帯する前処理や洗浄・乾燥工程の全ての工程を終了し、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。
【００６３】
なお、上記の例では、多孔質体１１０として、中心部おける気孔の割合の方が外周部における気孔の割合よりも高くなって、中心部から外周部に向けて気孔率が徐々に連続して低くなるような気孔率分布を有するように構成したものを使用しているが、図１４に示すように、気孔率を段階的に変化させた複数の多孔質体１４０ａ〜１４０ｄを同心状に組合せて、中心部に比べ外周部の電気抵抗が高くなるように調整された多孔質体１４０を構成するようにしてもよい。
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されないことは勿論である。
【００６４】
（実施例）
導電層として３００Ω／ｓｑのシート抵抗を持つルテニウムを有した３００ｍｍ基板Ｗを用意し、前述のめっき装置を使用して、ルテニウム膜の表面に５００ｎｍの銅めっき膜を成長させた。
【００６５】
先ず、比較例１として、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との距離Ｄ１（図１２参照）が０．５ｍｍとなるまで電極ヘッド２８を下降させ、この状態で、めっき液注入部１２２から基板Ｗと多孔質体１１０との隙間のシール材９０で囲まれた領域にめっき液を注入し、アノード９８と基板のルテニウム膜との間に６．８Ａのめっき電流を流して、１５０秒間のめっきを行い、これによって、ルテニウム膜の表面に５００ｎｍの銅めっき膜を成長させた。この時の初期めっき膜Ｐ１と最終めっき膜Ｐ２における基板位置とめっき膜の膜厚との関係を図１５に示す。この図１５により、初期めっき膜Ｐ１として平坦なめっき膜を形成したとしても、最終めっき膜Ｐ２は、基板の中央部で盛り上がった膜厚分布となることが判る。
【００６６】
次に、比較例２として、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との距離Ｄ１（図１２参照）が０．５ｍｍとなる第１めっき位置まで電極ヘッド２８を下降させ、この状態で、めっき液注入部１２２から基板Ｗと多孔質体１１０との隙間のシール材９０で囲まれた領域にめっき液を注入し、アノード９８と基板のルテニウム膜との間に６．８Ａのめっき電流を流して、１４秒間の初期めっきを行った。しかる後、アノード９８と基板のルテニウム膜との間に６．８Ａの電流を流したまま、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との距離Ｄ２が３０ｍｍとなる第２めっき位置まで電極ヘッド２８を上昇させて停止させ、これにより、合計１５０秒間のめっきを行って、ルテニウム膜の表面に５００ｎｍの銅めっき膜を成長させた。この時の最終めっき膜Ｐ３における基板位置とめっき膜の膜厚との関係を比較例１の最終めっき膜Ｐ２における基板位置とめっき膜の膜厚との関係とともに図１６に示す。この図１６により、初期めっき膜形成後、多孔質体１１０と基板Ｗの距離を３０ｍｍに広げてめっきを行うことにより、電場を分散させて基板中央部のめっき膜の膜厚を減少させることができることが判る。
【００６７】
次に、本発明の実施例１について説明する。図１８（ａ）は、実施例１におけるめっき時間とめっき電流及び補助電流のとの関係を示し、図１８（ｂ）は、めっき時間と多孔質体１１０と基板Ｗとの距離との関係を示す。図１８に示すように、実施例１にあっては、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との距離Ｄ１（図１２参照）が０．５ｍｍとなる第１めっき位置まで電極ヘッド２８を下降させ、この状態で、めっき液注入部１２２から基板Ｗと多孔質体１１０との隙間のシール材９０で囲まれた領域にめっき液を注入し、アノード９８と基板のルテニウム膜との間に６．８Ａのめっき電流を流して、１４秒間の初期めっきを行った。しかる後、アノード９８と基板のルテニウム膜との間に６．８Ａのめっき電流を流したまま、更に、補助電源１２８を介して、補助カソード部１２４とアノード９８と間に１．０Ａの電流を流しながら、基板ホルダ３６で保持した基板Ｗと多孔質体１１０との距離Ｄ２が３０ｍｍとなる第２めっき位置まで電極ヘッド２８を上昇させて停止させ、これにより、合計１５０秒間のめっきを行って、ルテニウム膜の表面に５００ｎｍの銅めっき膜を成長させた。この時の最終めっき膜Ｐ４における基板位置とめっき膜の膜厚との関係を比較例２の最終めっき膜Ｐ３における基板位置とめっき膜の膜厚との関係とともに図１７に示す。この図１７により、初期めっき膜形成後、補助カソード部１２４とアノード９８と間に１．０Ａの電流（補助電流）を流しながら、多孔質体１１０と基板Ｗの距離を３０ｍｍに広げて更にめっき膜を成長させることにより、基板の外周部に集中した電場をコントロールして、基板全面に良好なめっきを行うことができることが判る。
【００６８】
これまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】めっき処理によって銅配線を形成する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に示すめっき装置を示す平面図である。
【図４】図２に示すめっき装置の基板ホルダ及び電極部の拡大断面図（図３のＡ−Ａ線断面図）である。
【図５】図２に示すめっき装置のプレコート・回収アームを示す正面図である。
【図６】図２に示すめっき装置の基板ホルダの平面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】図６のＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】図２に示すめっき装置の電極部の平面図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１１】図２に示すめっき装置の電極アーム部の平面図である。
【図１２】図２に示すめっき装置の電極ヘッド、カソード部及び基板ホルダを概略的に示す電解ヘッドが第２めっき位置に位置する時の断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、多孔質体の中心部おける気孔分布を示し図で、図１３（ｂ）は多孔質体の外周部における気孔分布を示す図である。
【図１４】アノードの他の例を示す断面図である。
【図１５】比較例１の初期めっき膜と最終めっき膜における基板位置とめっき膜の膜厚との関係を示すグラフである。
【図１６】比較例２の最終めっき膜における基板位置とめっき膜の膜厚との関係を比較例１の最終めっき膜における基板位置とめっき膜の膜厚との関係とともに示すグラフである。
【図１７】実施例１の最終めっき膜における基板位置とめっき膜の膜厚との関係を比較例２の最終めっき膜における基板位置とめっき膜の膜厚との関係とともに示すグラフである。
【図１８】図１８（ａ）は、実施例１におけるめっき時間とめっき電流及び補助電流のとの関係を示すグラフで、図１８（ｂ）は、めっき時間と多孔質体と基板との距離との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７０】
７ シード層（導電層）
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
２６ 揺動アーム
２８ 電極ヘッド
３０ 電極アーム部
３６ 基板ホルダ
３８ カソード部
４０ 飛散防止カップ
６８ 基板ステージ
８８ カソード接点
９０ シール材
９４ ハウジング
９８ アノード
１００ めっき液室
１１０，１４０ 多孔質体
１１０ｂ 気孔
１２０ めっき液堰
１２２ めっき液注入部
１２４ 補助カソード部
１２６ めっき電源
１３６ 駆動機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の表面に形成した導電層に接触して通電させるカソード接点と、
ハウジングの内部にアノードを収納し該ハウジングの前記基板保持部で保持した基板と対向する開口端部に多孔質体を配置してめっき液室を区画形成した電極ヘッドと、
前記基板保持部で保持した基板と前記多孔質体との間にめっき液を満たしたまま、前記電極ヘッドを第１めっき位置から該第１めっき位置よりも基板と多孔質体との距離が離れた第２めっき位置に移動させて停止させる駆動機構と、
前記基板保持部で保持した基板の外周部に対向する位置に該基板と離間して配置され、前記基板保持部で保持した基板と前記多孔質体との間に満たしためっき液に浸漬される補助カソード部を有することを特徴とするめっき装置。
【請求項２】
前記多孔質体は、中心部と比べて外周部の電気抵抗が高くなるように調整してあ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】
前記カソード接点と前記補助カソード部にそれぞれ接続される電源を有す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】
カソード接点を接触させた基板表面の導電層と該導電層に対面する位置に配置させたアノードとの間にめっき液を満たし、
前記めっき液中の前記基板の中央部に対向する位置に多孔質体を、外周部に対向する位置に補助カソード部をそれぞれ基板と離間させて配置し、
前記アノードと前記カソード接点との間に電圧を印加して初期めっきを行い、
前記アノードと前記カソード接点との間及び前記アノードと前記補助カソードとの間に電圧を印加しながら前記多孔質体を前記基板から離れる位置に移動させ停止させて後期めっきを行うことを特徴とするめっき方法。
【請求項５】
前記基板の導電層は、少なくともＣｕ、Ｒｕ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、ＷＮＣ、ＷＣ、Ｐｔ、ＩＴＯ、Ｔｉ、ＴｉＷまたはＴ２Ｎのいずれかを有することを特徴とする請求項４記載のめっき方法。
【請求項１】
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の表面に形成した導電層に接触して通電させるカソード接点と、
ハウジングの内部にアノードを収納し該ハウジングの前記基板保持部で保持した基板と対向する開口端部に多孔質体を配置してめっき液室を区画形成した電極ヘッドと、
前記基板保持部で保持した基板と前記多孔質体との間にめっき液を満たしたまま、前記電極ヘッドを第１めっき位置から該第１めっき位置よりも基板と多孔質体との距離が離れた第２めっき位置に移動させて停止させる駆動機構と、
前記基板保持部で保持した基板の外周部に対向する位置に該基板と離間して配置され、前記基板保持部で保持した基板と前記多孔質体との間に満たしためっき液に浸漬される補助カソード部を有することを特徴とするめっき装置。
【請求項２】
前記多孔質体は、中心部と比べて外周部の電気抵抗が高くなるように調整してあ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】
前記カソード接点と前記補助カソード部にそれぞれ接続される電源を有す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】
カソード接点を接触させた基板表面の導電層と該導電層に対面する位置に配置させたアノードとの間にめっき液を満たし、
前記めっき液中の前記基板の中央部に対向する位置に多孔質体を、外周部に対向する位置に補助カソード部をそれぞれ基板と離間させて配置し、
前記アノードと前記カソード接点との間に電圧を印加して初期めっきを行い、
前記アノードと前記カソード接点との間及び前記アノードと前記補助カソードとの間に電圧を印加しながら前記多孔質体を前記基板から離れる位置に移動させ停止させて後期めっきを行うことを特徴とするめっき方法。
【請求項５】
前記基板の導電層は、少なくともＣｕ、Ｒｕ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、ＷＮＣ、ＷＣ、Ｐｔ、ＩＴＯ、Ｔｉ、ＴｉＷまたはＴ２Ｎのいずれかを有することを特徴とする請求項４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１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−７１５３（Ｐ２０１０−７１５３Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７０４６１（Ｐ２００８−１７０４６１）
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【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２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]