めっき装置
【課題】添加剤の消耗量を抑え、効率的にめっき液を使用することでランニングコストと環境負荷の低減を同時に実現することができ、また、高品質のめっき処理を行うことができるめっき装置を提供する。
【解決手段】めっき液４５を保持するめっき槽５０と、カソードに接続された基板Ｗを少なくともめっき液４５中で保持するヘッド部４７と、めっき槽５０の内部に配置されるアノード４８と、めっき液４５をめっき槽５０に供給するめっき液噴出ノズル５３とを備える。めっき液４５の電気伝導率よりも小さい電気伝導率の高抵抗要素３２４を基板Ｗとアノード４８との間に配置する。めっき液噴出ノズル５３は、めっき処理に先立って高抵抗要素３２４にめっき液４５を供給する。
【解決手段】めっき液４５を保持するめっき槽５０と、カソードに接続された基板Ｗを少なくともめっき液４５中で保持するヘッド部４７と、めっき槽５０の内部に配置されるアノード４８と、めっき液４５をめっき槽５０に供給するめっき液噴出ノズル５３とを備える。めっき液４５の電気伝導率よりも小さい電気伝導率の高抵抗要素３２４を基板Ｗとアノード４８との間に配置する。めっき液噴出ノズル５３は、めっき処理に先立って高抵抗要素３２４にめっき液４５を供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、めっき装置に係り、特に半導体基板に形成された配線用の窪みに銅等の金属を充填するためのめっき装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１９（ａ）乃至図１９（ｃ）は、この種の銅配線基板Ｗの製造例を工程順に示すものである。図１９（ａ）に示すように、半導体素子が形成された半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる絶縁膜２が堆積され、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４が形成されている。そして、これらの上に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スパッタリングやＣＶＤ等によりシード層７が形成されている。
【０００３】
そして、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、図１９（ｂ）に示すように、半導体基材１のコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅層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上の銅層６を除去して、コンタクトホール３及び配線用の溝４に充填させた銅層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１９（ｃ）に示すように銅層６からなる配線が形成される。
【０００４】
銅層を形成する電解銅めっきにおいては、めっき液として、その組成に硫酸銅と硫酸を含む硫酸銅めっき液が一般に使用されている。近年の微細配線化に伴い、配線溝又はプラグの形状が高アスペクト比となっているが、硫酸銅めっき液を用いた電解銅めっきによって微細配線パターンに銅の埋め込みを行うためには、均一電着性及びレベリング性の高いめっきプロセスを実現する必要がある。このため、めっき液に添加剤と呼ばれる化合物を加えることが一般に行われている。この添加剤は、析出反応の速度を局所的に制御して被めっき面上での金属イオンの析出を全体として平準化する働きをするものである。このような添加剤としては、
（１） めっき面の随所に結晶核を生成させて析出粒子の微細化を促進するキャリアと呼ばれる硫黄化合物、
（２） 銅析出の過電圧を高めて均一電着性を向上させるポリマ、
（３） めっきが成長しやすい凸部に吸着し過電圧を増加させて凸部の析出を遅らせることにより平坦なめっきを可能とするレベラと呼ばれる窒素化合物、
が一般に使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
めっき液の管理においては、ある一定処理時間毎に所定量のめっき液成分を補給し、それを何回か繰り返したらめっき浴全体を交換するということが一般に行われている。ここで、めっき液に含まれる添加剤は、析出する金属膜内への添加剤の取込、アノードにおける酸化分解などにより、めっき処理の進行に伴って徐々に消耗されるが、添加剤の消耗量が多い場合には、頻繁にめっき浴全体を取り替える必要がある。従って、めっき液の効率的な使用及びそのランニングコストの低減のためには、添加剤の消耗量を抑えることが求められている。
【０００６】
特に、近年、さまざまな生産プロセスにおいて、環境負荷をできるかぎり低減することが求められており、高濃度の廃液を発生する可能性の高いめっきプロセスにおいては、特にめっき浴の長寿命化が期待されている。このような観点からも添加剤の消耗量を抑え、めっき液を無駄なく使うことが時代の流れとなっている。
【０００７】
また、めっき液に含まれる添加剤は、添加量そのものはごくわずかであるにもかかわらず、その効果はきわめて顕著であり、厳密にその濃度を管理しなければ却って逆効果をもたらすことがある。このような観点からも添加剤の消耗量を低減し、添加剤の濃度を一定に保つことが好ましい。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、添加剤の消耗量を抑え、効率的にめっき液を使用することでランニングコストと環境負荷の低減を同時に実現することができ、また、高品質のめっき処理を行うことができるめっき装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の一態様は、めっき液を保持するめっき槽と、カソードに接続された基板を少なくとも上記めっき液中で保持する基板保持部と、上記めっき槽の内部に配置されるアノードと、めっき液を上記めっき槽に供給するめっき液供給手段とを備えためっき装置において、めっき液の電気伝導率よりも小さい電気伝導率の高抵抗要素を上記基板とアノードとの間に配置し、上記めっき液供給手段は、めっき処理に先立って上記高抵抗要素に対してめっき液を供給することを特徴とする。
【００１０】
これにより、基板とアノードとの間に高抵抗要素が配置された場合において、高抵抗要素の気孔の内部に気泡が入り込んだとしても、この気泡を高抵抗要素から追い出すことができるので、高抵抗要素の気孔の内部に入り込んだ気泡がその絶縁作用により電流分布を乱すことを防止することができ、基板全体に亘って均一なめっき処理が可能となる。
【００１１】
この場合において、上記めっき槽を密閉する密閉カバーと、上記高抵抗要素に対してめっき液を供給する際に上記密閉カバーと上記めっき槽のめっき液との間に形成された密閉空間を減圧する減圧手段を備えることとしてもよい。また、上記高抵抗要素に対してめっき液を供給する際に上記高抵抗要素を振動させる振動装置を備えることとしてもよい。このようにすることで、高抵抗要素から上述した気泡が出るのを促進することが可能となり、より高品質なめっき処理が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、めっき液に含まれる添加剤の消耗量を抑えることができるので、めっき液を効率的に使用して、ランニングコストと環境負荷の低減を同時に実現することができる。また、めっき液に含まれる添加剤の消耗量が少なくなることで、めっき液の含有成分の変化を抑えることができるので、より高品質のめっき処理が可能となる。
【００１３】
更に、基板とアノードとの間に高抵抗要素が配置された場合において、高抵抗要素の気孔の内部に気泡が入り込んだとしても、この気泡を高抵抗要素から追い出すことができるので、高抵抗要素の気孔の内部に入り込んだ気泡がその絶縁作用により電流分布を乱すことを防止することができ、基板全体に亘って均一なめっき処理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るめっき装置の第１の実施形態について図１乃至図１５を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態のめっき装置は、半導体基板の表面に銅めっきを施して、この半導体基板の表面に銅層からなる配線を形成するめっき装置を例として説明するが、これ以外のめっき装置にも本発明を適用することができる。
【００１５】
図１は、本実施形態におけるめっき装置を示す平面図である。
図１に示すように、めっき装置は、矩形状の設備１０内に配置されており、半導体基板の銅めっきを連続的に行うように構成されている。この設備１０は、仕切壁１１によってめっき空間１２と清浄空間１３に仕切られ、これらの各めっき空間１２と清浄空間１３は、それぞれ独自に給排気できるようになっている。上記仕切壁１１には開閉自在なシャッタ（図示せず）が設けられている。また、清浄空間１３の圧力は、大気圧より低く、且つめっき空間１２の圧力よりも高くしてあり、これにより、清浄空間１３内の空気が設備１０の外部に流出することがなく、且つめっき空間１２内の空気が清浄空間１３内に流入することがないようなっている。
【００１６】
上記清浄空間１３内には、基板収納用カセットを載置する２つのカセットステージ１５と、めっき処理後の基板を純水で洗浄（リンス）し乾燥する２基の洗浄・乾燥装置１６が配置されている。また、清浄空間１３内には、基板の搬送を行う固定タイプで回転自在な第１搬送装置（４軸ロボット）１７が設置されている。この洗浄・乾燥装置１６としては、例えば基板の表裏両面に超純水を供給する洗浄液供給ノズルを有し、基板を高速でスピンさせて脱水、乾燥させる形式のものが用いられる。
【００１７】
一方、めっき空間１２内には、基板のめっきの前処理を行い、前処理後の基板を反転機２０で反転させる２基の前処理ユニット２１と、基板の表面に該表面を下向きにして銅めっき処理を施す４基のめっき処理ユニット２２と、基板を載置保持する２基の第１基板ステージ２３ａ，２３ｂが配置されている。また、めっき空間１２内には、基板の搬送を行う自走タイプで回転自在な第２搬送装置（４軸ロボット）２４が設置されている。
【００１８】
本実施形態においては、めっき後の基板を薬液で洗浄する２基の薬液洗浄装置２５が清浄空間１３内に配置されており、この薬液洗浄装置２５と上記洗浄・乾燥装置１６との間に第２基板ステージ２６ａ，２６ｂが配置されている。また、２基の薬液洗浄装置２５の間には、基板の搬送を行う固定タイプで回転自在な第３搬送装置（４軸ロボット）２７が設置されている。
【００１９】
第１搬送装置１７は、カセットステージ１５に載置されたカセット、洗浄・乾燥装置１６及び第２基板ステージ２６ａ，２６ｂの間で基板を搬送し、第２搬送装置２４は、第１基板ステージ２３ａ，２３ｂ、前処理ユニット２１及びめっき処理ユニット２２の間で基板を搬送する。また、第３搬送装置２７は、第１基板ステージ２３ａ，２３ｂ、薬液洗浄装置２５及び第２基板ステージ２６ａ，２６ｂの間で基板を搬送する。なお、第１基板ステージ２３ｂ及び第２基板ステージ２６ｂは、基板を水洗い可能に構成されており、また、基板を反転させる反転機２０を備えている。
【００２０】
図２は、設備１０内の気流の流れを示す。清浄空間１３においては、配管３０より新鮮な外部空気が取込まれ、この外部空気は、ファンにより高性能フィルタ３１を通して清浄空間１３内に押込まれ、天井３２ａよりダウンフローのクリーンエアとして洗浄・乾燥装置１６及び薬液洗浄装置２５の周囲に供給される。供給されたクリーンエアの大部分は、床３２ｂから循環配管３３を通して天井３２ａ側に戻され、再び高性能フィルタ３１を通してファンにより清浄空間１３内に押込まれて清浄空間１３内を循環する。一部の気流は、洗浄・乾燥装置１６及び薬液洗浄装置２５内から配管３４により外部に排気される。これにより、清浄空間１３内は、大気圧より低い圧力に設定される。
【００２１】
前処理ユニット２１及びめっき処理ユニット２２が存在するめっき空間１２は、清浄空間ではない（汚染ゾーン）とはいいながらも、基板表面にパーティクルが付着することは許されない。このため、配管３５から取込まれ高性能フィルタ３６を通して天井３７ａ側からファンによりめっき空間１２内に押込まれたダウンフローのクリーンエアを流すことにより、基板にパーティクルが付着することを防止している。しかしながら、ダウンフローを形成するクリーンエアの全流量を外部からの給排気に依存すると、膨大な給排気量が必要となる。このため、めっき空間１２内を清浄空間１３より低い圧力に保つ程度に配管３８より外部排気を行い、ダウンフローの大部分の気流を床３７ｂから延びる循環配管３９を通した循環気流でまかなうようにしている。
【００２２】
これにより、循環配管３９から天井３７ａ側に戻ったエアは、再びファンにより押込まれ高性能フィルタ３６を通ってめっき空間１２内にクリーンエアとして供給されて循環する。ここで、前処理ユニット２１、めっき処理ユニット２２、第２搬送装置２４及びめっき液調整タンク４０からの薬液ミストや気体を含むエアは、上記配管３８を通して外部に排出されて、めっき空間１２内は、清浄空間１３より低い圧力に設定される。
【００２３】
ここで、上記前処理ユニット２１、第１基板ステージ２３ｂ及び第２基板ステージ２６ｂに設けられている反転機２０を図３及び図４に示す。図３及び図４に示すように、反転機２０は、モータ（図示せず）の駆動に伴って回転するシールケース１１０と、このシールケース１１０の内部に収容されたリンク等の機構によって開閉する円弧状の一対のハンド１１１と、このハンド１１１に垂設されたスタッド１１２に回転自在に支承されて基板を把持するチャックコマ１１３とを備えている。チャックコマ１１３で形成される平面は、シールケース１１０の軸心と偏心量ｅだけオフセットした位置に配置されている。
【００２４】
このように構成することで、基板を把持してハンド１１１を反転させた時に、基板を上記偏心量ｅの２倍の距離２ｅだけ上下方向に同時に移動させることができ、これによって、例えば前処理ユニット２１の飛散防止カバーに反転機２０の駆動部を貫通させるための開口を設ける際に、この開口を前処理ユニット２１の基板チャックの位置より上方に設けることが可能となる。
【００２５】
ところで、設備１０内の第１基板ステージ２３ａの下方には、調整運転用基板を収納する容器２８が設けられている。上記第２搬送装置２４は、調整運転用基板をこの容器２８から取り出し、調整運転終了後に調整運転用基板を再び容器２８に戻すようになっている。このように、調整運転用基板を収容する容器２８を設備１０の内部に設けることにより、調整運転の際に調整運転用基板を外部から導入することに伴う汚染やスループットの低下を防止することができる。
【００２６】
なお、容器２８の配置位置は、いずれかの搬送装置で調整運転用基板の取り出し及び収納が可能な位置であれば、設備１０内のどの位置でもよいが、第１基板ステージ２３ａの近傍に配置すれば、調整運転用基板を使用した調整運転を前処理からめっき処理と始め、洗浄し乾燥させた後に容器２８内に収容することができる。
【００２７】
本実施形態においては、第１搬送装置１７として、落し込みタイプの２本のハンドを有し、上側のハンドをドライハンド、下側のハンドをウエットハンドとしたものを使用し、一方、第２搬送装置２４及び第３搬送装置２７として落し込みタイプの２本のハンドを有し、上下のハンドをウエットハンドとしたものを使用するが、これに限定されるものではない。
【００２８】
また、本実施形態においては、例えば希フッ化水素酸や過酸化水素水等の薬液で基板の表面を洗浄する薬液洗浄装置２５が設けられている例を説明するが、めっき後の基板を薬液で洗浄する必要がない場合には、薬液洗浄装置２５を省略してもよい。この場合において、カセットステージ１５に載置されたカセット、洗浄・乾燥装置１６及び第１基板ステージ２３ａ，２３ｂの間の基板の搬送を第１搬送装置１７により行えば、第３搬送装置２７及び第２基板ステージ２６ａ，２６ｂを省略することもできる。
【００２９】
次に、本実施形態における基板の流れの概要を説明する。
まず、基板は表面（素子形成面、処理面）を上に向けてカセットに収納され、カセットステージ１５上に載置される。そして、第１搬送装置１７が基板をカセットから取り出し、第２基板ステージ２６ａ上に移動して、基板を第２基板ステージ２６ａ上に載置する。次に、第３搬送装置２７が第２基板ステージ２６ａ上の基板を受け取り、これを第１基板ステージ２３ａに移す。更に、第２搬送装置２４が第１基板ステージ２３ａから基板を受け取って前処理ユニット２１に渡す。前処理ユニット２１での前処理終了後、基板の表面が下に向くように反転機２０で基板を反転させ、再び第２搬送装置２４に渡す。そして、第２搬送装置２４は基板をめっき処理ユニット２２のヘッド部に渡す。
【００３０】
めっき処理ユニット２２で基板のめっき処理及び液切りを行った後、基板は第２搬送装置２４に渡され、第２搬送装置２４はこの基板を第１基板ステージ２３ｂに渡す。基板は、第１基板ステージ２３ｂの反転機２０によって、表面が上に向くように反転され、第３搬送装置２７によって薬液洗浄装置２５に移される。薬液洗浄装置２５において薬液洗浄、純水リンス、スピン液切りされた基板は、第３搬送装置２７により第２基板ステージ２６ｂへ運ばれる。次に、第１搬送装置１７が第２基板ステージ２６ｂから基板を受取り、洗浄・乾燥装置１６に基板を移送し、洗浄・乾燥装置１６で純水（脱イオン水を含む）によるリンスとスピン乾燥を行う。乾燥された基板は、第１搬送装置１７によりカセットステージ１５に載置されたカセット内に収納される。
【００３１】
次に、設備１０内に配置されためっき処理ユニット２２についてより詳細に説明する。
図５は、めっき処理ユニット２２の要部を示す図である。図５に示すように、めっき処理ユニット２２は、略円筒状で内部にめっき液４５を収容するめっき処理槽４６と、このめっき処理槽４６の内部に配置されて基板を保持するヘッド部４７とから主に構成されている。なお、図５は、基板Ｗを保持したヘッド部４７を下降させためっき処理時の状態を示している。
【００３２】
図５に示すように、めっき処理槽４６には、上方に開放し、例えば含リン銅からなるアノード４８を底部に配置しためっき室４９と、このめっき室４９内にめっき液４５を保有するめっき槽５０が設けられている。アノード４８は、外部の制御部にあるめっき用電源の陽極に接続されている。なお、アノード４８を、例えば含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成するのは、めっきの進行に伴ってアノード４８の表面にブラックフィルムと呼ばれる黒膜を形成するためであり、このブラックフィルムによりスライムの生成が抑制される。
【００３３】
アノード４８は、図５に示すように、アノード保持体５２に一体に保持されており、このアノード保持体５２は、めっき槽５０に対して着脱自在に、即ち把手５１を介して引抜き自在に装着されている。また、めっき槽５０の表面とアノード保持体５２のフランジ部５２ａの裏面との間には、めっき液の外部への漏洩を防止するシール材２００が介装されている。このように、めっき槽５０に対して着脱自在に装着したアノード保持体５２にアノード４８を一体に保持することで、アノード保持体５２を介してアノード４８のめっき槽５０との着脱を容易に行って、このメンテナンスや交換等の便を図ることができる。
【００３４】
図６は、図５のめっき処理槽４６の平面図である。図５及び図６に示すように、めっき槽５０の内周壁には、めっき室４９の中心に向かって水平に突出するめっき液噴出ノズル（めっき液供給手段）５３が円周方向に沿って等間隔で配置されており、このめっき液噴出ノズル５３は、めっき槽５０の内部を上下に延びるめっき液供給路５４に連通している。本実施形態においては、めっき槽５０の周壁内部に、図６に示すように、円周方向に沿って４個に分割された円弧状のめっき液溜め２０２が設けられている。各めっき液溜め２０２の長手方向の両端には、それぞれ２個のめっき液噴出ノズル５３が設けられており、各めっき液溜め２０２はその長手方向の中央位置で上記めっき液供給路５４に連通している。
【００３５】
また、めっき槽５０には、めっき室４９内のめっき液４５を該めっき室４９の底部周縁から引抜く第１めっき液排出口５７と、めっき槽５０の上端部に設けた堰部材５８をオーバーフローしためっき液４５を排出する第２めっき液排出口５９が設けられている。第１めっき液排出口５７は、例えばφ１６〜２０ｍｍ程度の大きさの円形の形状をしており、円周方向に沿って等ピッチで複数個（図６では１６個）設けられている。また、第２めっき液排出口５９は、例えば中心角が約２５゜の円弧状に延びる形状をしており、図６では３個設けられている。
【００３６】
図７は、本実施形態のめっき装置におけるめっき液の流れの状態を示すめっき液フロー図である。めっき液供給路５４とめっき液調整タンク４０とはめっき液供給管５５で接続され、このめっき液供給管５５の途中に、二次側の圧力を調整する制御弁５６が介装されている。この制御弁５６を介してめっき液溜め２０２に所定流量のめっき液が供給され、めっき液供給手段としてのめっき液噴出ノズル５３からめっき室４９の内部に所定流量のめっき液が噴出される。
【００３７】
また、第１めっき液排出口５７は、めっき液排出管６０ａを介してリザーバ２２６に接続されており、このめっき液排出管６０ａの途中に流量調整器６１ａが介装されている。一方、第２めっき液排出口５９は、めっき液排出管６０ｂを介してリザーバ２２６に接続され、この途中に流量調整器６１ｂ（図７においては図示せず）が介装されている。この流量調節器６１ｂは省略することもできる。
【００３８】
めっき液噴出ノズル５３から噴出されためっき液４５は、第１めっき液排出口５７と第２めっき液排出口５９の双方または一方からリザーバ２２６に排出されて、めっき室４９内の液量は所定量に保たれるようになっている。リザーバ２２６に入っためっき液は、リザーバ２２６からポンプ２２８によりめっき液調整タンク４０に入り、このめっき液調整タンク４０でめっき液の温度調整、各種成分の濃度計測と調整が行われる。その後、ポンプ２３４の駆動に伴って、めっき液調整タンク４０からフィルタ２３６を通してめっき液が各めっき処理ユニット２２のめっき液噴出ノズル５３に供給される。なお、めっき液調整タンク４０には、温度コントローラ２３０や、サンプル液を取り出して分析するめっき液分析ユニット２３２が付設されている。
【００３９】
図６に示すように、めっき室４９の底部付近の高さ方向に沿った所定位置には、水平方向に延びる横穴２０４が設けられ、側壁には、先端部（下端）が横穴２０４に達してめっき液４５の液面が該横穴２０４の形成位置より下がったことを検知する液面検知センサ２０６が設けられている。この液面検知センサ２０６は、例えば、先端部をテフロン（登録商標）により形成し、この先端部が空気中にある時にはテフロン（登録商標）と空気の屈折率の差が大きくなって、光が全反射して元の方向（受光部）に戻り、先端部が液中にある時にはテフロン（登録商標）と液体の屈折率の差が小さくなって、光が殆ど液中に放射されて元の方向（受光部）へ戻らなくなる特性を利用して液体の有無を検出するものである。これによって、めっき液４５が最低液面より上にあるか否かを常時監視して、めっき液４５が最低液面よりも下になった場合にめっき液排出管６０ａの途中の流量調整器６１ａを絞ること等でこれに対処するようにしている。
【００４０】
ところで、めっき室４９の内周面近傍には、めっき室４９内のめっき液４５の水平方向に沿って外方に向かう流れを堰き止める鉛直整流リング６２と、めっき槽５０に外周端を固着した水平整流リング６３とが設けられている。鉛直整流リング６２は水平整流リング６３の内周端に連結されている。
【００４１】
めっき液噴出ノズル５３からめっき室４９の中心部に向かって水平に噴出されためっき液は、めっき室４９の中央部でぶつかり、上下に分かれた流れとなる。そして、この上方への流れは、基板がない時には鉛直整流リング６２の内側でめっき液４５の液面の中央部を上方に押上げ、基板が降下して接液する場合に基板の中央部から接液し気泡を外部へ押し流す働きをする。一方、下方への流れはアノード４８の中央から外周への水平方向の流れへと変化し、アノード４８の表面に形成されたブラックフィルムの剥離微粒子を押し流して、アノード４８の外周から水平整流リング６３の下方を通過して第１めっき液排出口５７へ流れて、ブラックフィルムの剥離片が基板の処理面に接近付着することを低減できるようになっている。
【００４２】
ここで、電解めっきにあっては、めっき液中における電流密度がめっき膜の膜厚を支配し、膜厚を均一にするためには、めっき液中の電流密度分布をより均一にする必要がある。本実施形態にあっては、下記のように、基板の周辺部に電気的接点があるので、この基板の周辺部に位置するめっき液の電流密度が高くなる傾向があるが、この近傍に鉛直方向に延びる鉛直整流リング６２を、該鉛直整流リング６２の下部に水平方向外方に延びる水平整流リング６３をそれぞれ配置して電流を遮断することで、電流の回り込みを少なくして、局部的な電流の集中を少なくすることができ、これによって、めっき液中の電流密度分布をより均一にして、基板の周縁部におけるめっき膜の膜厚が厚くなるのを防止することができる。なお、本実施形態では、鉛直整流リングと水平整流リングで電流を遮断して電流の回り込みを少なくするようにした例を示しているが、これに限定されるものではない。
【００４３】
図８は、めっき処理ユニット２２のヘッド部４７の部分拡大図である。図５及び図８に示すように、めっき処理ユニット２２のヘッド部４７は、回転自在な中空円筒状のハウジング７０と、下面に基板Ｗを保持してハウジング７０と一体に回転する円板状の基板テーブル７１とを備えている。ハウジング７０の下端には、内方に突出するリング状の基板保持部７２が設けられており、この基板保持部７２内周面の一部には、基板Ｗの案内となるテーパ面が形成されている。この基板保持部７２と基板押えである基板テーブル７１とにより基板Ｗの周縁部が挟持され、基板Ｗが保持される。なお、ハウジング７０の円筒面の両側には、基板Ｗ及びロボットハンドをハウジングの内部に挿入又は取り出すための開口９６が設けられている。
【００４４】
また、図８に示すように、基板保持部７２には、内方に延出するリング状の下部シール材７３が取付けられている。この下部シール材７３の上面の先端は上方に尖塔状に突出している。一方、基板テーブル７１の下面の周縁部には上部シール材７４が取付けられており、この上部シール７４の一部は尖塔状に基板テーブル７１の下面から下方に突出している。このような構成により、基板Ｗを保持した際に、基板Ｗの下面と下部シール材７３が、基板Ｗの上面と上部シール材７４がそれぞれ圧接して、これらの接触部分を確実にシールするようになっている。
【００４５】
また、基板保持部７２には、水平方向に外方に延び、更に外方に向けて上方に傾斜して延びる空気抜き穴７５が円周方向に沿って等間隔に８０個設けられている。この空気抜き穴７５は、ヘッド部４７がめっき位置にある場合に、外周開口端の約半分がめっき室４９内のめっき液４５の液面から外部に露出する位置に設けられている。これにより、上述しためっき室４９内のめっき液４５の上方への流れが、基板Ｗと接液して基板Ｗの中央部から気泡を外部へ押し流す働きをした際に、この流れに乗った気泡が、この空気抜き穴７５から順次外方に排出されて、基板Ｗとめっき液４５との間に気泡が残らないようなっている。
【００４６】
なお、空気抜き穴７５の傾斜角θは、例えば３０°に設定されており、この空気抜き穴７５は、外方に向け２０゜以上上方に傾斜させることが好ましく、３０°程度が特に好ましい。また、空気の抜けを考慮した場合、空気抜き穴７５の直径は、２ｍｍ以上５ｍｍ以下で、３ｍｍ程度が好ましい。また、空気抜き穴を途中で２つに分岐させ、その一方を液面付近で開口させ、他方を液面より完全に上方の位置で開口させることとしてもよい。更に、空気抜き穴を直線状にしたり、外方に沿って途中から２方向に分岐させたりなど、任意の形状に形成することができる。基板Ｗを保持した時の該基板Ｗの下面と、空気抜き穴７５の上端との間隔Ｓが１．５ｍｍ程度以下の時に、短時間で空気抜きを行えることが確かめられている。
【００４７】
図８に示すように、ハウジング７０の基板保持部７２には、基板Ｗを保持した時に基板Ｗと通電する板ばね状のカソード電極用接点７６が配置され、上記基板テーブル７１の外方には、該基板テーブル７１が下降した時に上記カソード電極用接点７６に給電する給電接点（プローブ）７７が下方に向けて垂設されている。基板Ｗと基板保持部７２の下部シール材７３によるシールによって、カソード電極用接点７６及び給電接点７７のめっき液４５への接触が防止されている。
【００４８】
本実施形態では、図９に示すように、円周方向に６つに分割されたカソード電極板２０８が備えられ、この各カソード電極板２０８に内方に延びる各１５個のカソード電極用接点７６が設けられている。そして、この各カソード電極板２０８に各給電接点７７から個別に給電されるようになっており、これによって、電圧分布をより均一とすることができる。
【００４９】
図１０はヘッド部４７の平面図、図１１はヘッド部４７の正面図である。ヘッド部４７は、固定フレーム８０に固着したレール８１に沿って、例えばボールねじを介して上下移動するスライダ８２に取付けられたベース８３を有し、このベース８３に上記ハウジング７０が回転自在に支承されている。一方、上記基板テーブル７１は、上記ハウジング７０の軸部の内部を同心状に貫通して延びるテーブル軸８４の下端に連結されている。このテーブル軸８４は、スプライン部８５を介して、回転不能、即ちハウジング７０とテーブル軸８４とが一体となって回転し、相対的に上下動するように構成されている。
【００５０】
上記ベース８３には、サーボモータ８６が取付けられ、このサーボモータ８６の駆動プーリ８７と上記ハウジング７０の軸部に固着された従動プーリ８８との間にタイミングベルト８９が掛け渡されている。これにより、サーボモータ８６の回転駆動に伴って、図１２に実線で示す部材、即ちハウジング７０、テーブル軸８４及び基板テーブル７１が基板Ｗを保持した状態で一体となって回転するようになっている。
【００５１】
上記ベース８３には、ブラケット９０が垂直に取付けられ、このブラケット９０にエア駆動のアクチュエータ９１が取付けられている。一方、上記テーブル軸８４の上側にはコネクタ９５が連結され、このコネクタ９５と上記アクチュエータ９１とアクチュエータスライダ９３とは上下に相対運動をする。これにより、図１３に実線で示す部材（ただし、アクチュエータを除く）、即ちテーブル軸８４及び基板テーブル７１等が上下動するようになっている。
【００５２】
なお、高速回転によるロータリジョイント９４の消耗を予防するため、通電が不要な液切りのための高速回転時にはロータリジョイント９４をコネクタ９２から切り離すためにアクチュエータ９７とアクチュエータスライダ９８が備えられている。また、基板テーブル７１に設けられた給電接点７７は、テーブル軸８４の中を通り、ロータリジョイント９４を介してめっき用電源の陰極に接続されている。
【００５３】
上記基板テーブル７１の外周部には、基板Ｗを基板テーブル７１の下面に保持するためのチャック機構１００が、この例では円周方向に３箇所に設けられている。このチャック機構１００は、ベルクランク状のフック１０１を有している。このフック１０１は、図１４及び図１５に示すように、ほぼ中央をピン１０２を介して回転自在に支承され、このピン１０２の上方の内方に延びるレバー部１０１ａと基板テーブル７１の上面との間に圧縮コイルばね１０３が介装されて、閉じる方向に付勢されている。これにより、通常は、このコイルばね１０３の付勢力で、フック１０１の下端に設けた爪１０４が基板Ｗの下方に入り込んで、基板Ｗを保持するようになっている。
【００５４】
一方、図１４に示すように、上記フック１０１のレバー部１０１ａの上方位置には、エアシリンダ１０５の作動に伴って上下動するプッシャ１０６が上記ベース８３に取付けられて配置されている。これによって、基板テーブル７１が上昇した時に、プッシャ１０６を下降させ、上記フック１０１を圧縮コイルばね１０３の付勢力に抗して開く方向に回転させることで、基板Ｗの保持を解くように構成されている。なお、ハウジング７０のプッシャ１０６に対向する位置には、このプッシャ１０６の上下動を阻害しないように開口１０７が設けられている。
【００５５】
ここで、フック１０１は基板テーブル７１が上部に位置している時に基板Ｗを基板テーブル７１の下面に保持するためのものであり、基板テーブル７１が下降して、基板テーブル７１の上部シール材７４とハウジング７０の下部シール材７３で基板を挟持して保持している時には、フック１０１が基板テーブル７１に当接することで基板Ｗより離れるため、基板Ｗの間に微小な隙間を生じ、基板Ｗはフック１０１によっては保持されないように調整されている。
【００５６】
次に、このように構成されためっき装置による一連のめっき処理を詳細に説明する。
基板は表面（素子形成面、処理面）を上に向けカセットに収納されて設備１０内のカセットステージ１５に載置される。すると、第１搬送装置１７がそのハンドをカセット内に挿入し、落し込みタイプのハンドにより基板の表面を保持して１枚の基板をカセットから取り出し、回転して第２基板ステージ２６ａ上に基板を載置する。次に、第３搬送装置２７が第２基板ステージ２６ａにある基板をその落し込みタイプのハンドにより下から保持して回転して、基板を第１基板ステージ２３ａ上に載置する。
【００５７】
第２搬送装置２４は、第１基板ステージ２３ａの近くまで自走し、この上の基板を落し込みタイプのハンドで下から保持して、前処理ユニット２１の方に回転し、前処理ユニット２１の飛散防止カバーに設けた基板出入れ用のスリットを通して、基板を前処理ユニット２１の基板チャックに渡す。
【００５８】
前処理ユニット２１の基板チャックは、フィンガを開いて基板をフィンガの間に位置させ、フィンガを閉じることによって基板を保持する。次に、反転機２０のハンド１１１の移動の邪魔にならない位置に待機していた前処理液ノズルを基板の中央付近の上部に回転移動させ、基板を保持した基板チャックを、中速（例えば、３００ｍｉｎ−１程度）で回転させながら、基板上部の前処理液ノズルから前処理液を流し、液が速やかに基板全面に広がった段階で回転速度を上昇させて、基板上の余分の前処理液を遠心力で液切りする。
【００５９】
基板の液切りが終了し、基板チャックを停止させた後、反転機２０のハンド１１１を下降させ、そのハンド１１１によって基板を掴み、前処理ユニット２１の基板チャックのフィンガを開いて基板を反転機２０に渡す。反転機２０は反転しても反転機２０のハンド１１１が基板チャックに当たらない位置まで上昇し、水平な反転軸を中心に１８０度回転させて基板の表面を下に向ける。反転機２０は基板を第２搬送装置２４に渡せる位置まで下降し、停止する。
【００６０】
なお、反転機２０のハンド１１１は、第３搬送装置２７から基板を受け取る時、及び前処理後に基板チャックから基板を受け取る時には、反転軸の下側にあるが、ハンド１１１を反転軸を中心に反転させて基板を第２搬送装置２４に渡す時には、反転軸の上側に位置している。
【００６１】
第２搬送装置２４は、落込みタイプのハンドを飛散防止カバーのスリットからその内部に挿入して、反転機２０のハンド１１１に保持された基板のすぐ下側の基板の外周エッジ部分のみがハンドに接するようにハンドを配置し、反転機２０のハンド１１１が基板を開放して、基板表面を下にして基板を保持する。第２搬送装置２４は、基板を前処理ユニット２１から取り出し、一つの所定のめっき処理ユニット２２の前まで自走する。
【００６２】
めっき処理ユニット２２のハウジング７０及び基板テーブル７１は、ベース８３の上昇によって基板着脱位置まで上昇し、基板テーブル７１は更にアクチュエータ９１によってハウジング７０の上端まで持ち上げられており、エアシリンダ１０５を作動させてプッシャ１０６を押下げ、基板テーブル７１の外周の３箇所のフック１０１を開放させる。
【００６３】
第２搬送装置２４は、ハンドと基板をハウジング７０の開口９６からこの内部に挿入し、基板テーブル７１の直下近傍位置までハンドを持ち上げる。この状態でプッシャ１０６を上昇させて、フック１０１のレバー部１０１ａと基板テーブル７１の上面との間にある圧縮コイルばね１０３の付勢力でフック１０１を閉じ基板を保持する。基板がフック１０１によって保持された後、第２搬送装置２４のハンドを少し下降させて、ハウジング７０の開口９６から引き出す。
【００６４】
次に、アクチュエータ９１により基板テーブル７１を下降させて、基板をハウジング７０の基板保持部７２の内側のテーパ状の部分でセンタリングして、基板保持部７２の下部シール材７３上に載置し、更に基板を基板テーブル７１の外周付近の上部シール材７４に押付けてめっき液が電極接点側に入り込まないようにシールする。同時に、基板テーブル７１を下降させて、カソード電極用接点７６に給電接点７７を圧接させることで、確実な接触を得る。
【００６５】
ここで、フック１０１は、極小な隙間を持って基板をフック１０１上に載せる形で保持しており、基板テーブル７１がハウジング７０から上昇している場合には、上部シール材７４によりガタのない程度に保持されているが、基板テーブル７１が下降して下部シール材７３と上部シール材７４でシールした状態では、上部シール材７４が凹むことにより基板が安定して保持され、フック１０１は基板テーブル７１により停止されて基板Ｗから僅かに離れた状態にあって、基板を保持しないようになる。従って、基板は３箇所のフック１０１の影響を受けずに下部シール材７３と上部シール材７４により均等に保持される。
【００６６】
この状態で、めっき処理槽４６のめっき液噴出ノズル５３からめっき液を噴出すると、液面の中央部が盛り上がった形状になる。同時に、サーボモータ８６を回転させてハウジング７０と基板Ｗと基板テーブル７１を中速度（例えば、１５０ｍｉｎ−１）で回転させながら、ボールねじ等を介してベース８３を下降させる。この回転速度は、下記の空気抜きを考慮すると、１００〜２５０ｍｉｎ−１程度が好ましい。すると、基板の中央がめっき液４５の液面に接触した後、盛り上がった液面との接触面積が次第に増加し、周囲まで液が充たされるようになる。基板の下面の周囲は、下部シール材７３が基板面から突出しているため、エアが残りやすいが、ハウジング７０の回転により気泡を含んだめっき液を空気抜き穴７５から外部に押し流すことにより、基板下面の気泡を除去する。これにより、基板表面の気泡を完全に除去し、均一な処理を可能にする。基板にめっきを施す所定位置は、基板がめっき室４９内のめっき液４５に浸漬され、且つハウジング７０の開口９６からめっき液が浸入しない位置に設定されている。
【００６７】
基板が所定の位置まで下降した時、ハウジング７０を中速度で数秒間回転させて空気抜きを行った後、この回転速度を低速回転（例えば、１００ｍｉｎ−１）に低下させ、アノード４８を陽極、基板処理面を陰極としためっき電流を流して電解めっきを行う。この回転速度は、例えば０〜２２５ｍｉｎ−１の範囲である。めっき処理の間は、めっき液をめっき液噴出ノズル５３から所定の流量で継続して供給し、第１めっき液排出口５７及び第２めっき液排出口５９から排出させ、めっき液調整タンク４０を通して循環させる。めっき膜厚は電流密度と通電時間によって定まるので、希望する析出量に応じた通電時間（めっき時間）を設定する。
【００６８】
このめっき時間は、例えば１２０〜１５０秒であり、例えば１Ａ程度の電流で４０秒程度のめっき処理を行い、その後、例えば７．４Ａ程度の電流でめっき処理を行うことで、均一でむらのないめっき膜を得ることができる。
【００６９】
本実施形態において使用するめっき液には、例えばキャリアとしてチオ尿素やアクリルチオ尿素などの硫黄を含有する成分が、ポリマとしてポリエーテルやポリエチレングリコール及びそれらの誘導体等から構成される成分が、レベラとしてポリアミンのような正電荷をもった窒素化合物などが添加剤として含有されている。このような添加剤をめっき液に含めることで、均一電着性及びレベリング性の高いめっきを実現している。
【００７０】
ここで、めっき時においては、めっき液を５〜３０ｌ／ｍｉｎ程度の流量で供給し、めっき処理を行っていない非めっき時においては、１〜１５ｌ／ｍｉｎ程度の流量で上記めっき液噴出ノズル５３から供給する。即ち、非めっき時のめっき液の供給量をめっき時のめっき液の供給量よりも少なくしている。基板のめっきを行う過程で、基板とアノードで構成されるめっき空間のめっき液に含まれる添加剤は、析出する金属膜内への添加剤の取り込み、アノードにおける酸化分解などにより、めっき処理の進行に伴って徐々に消耗されるが、このように非めっき時のめっき液の供給量をめっき時のめっき液の供給量よりも少なくすることで、めっき液に含まれる添加剤の消耗量を少なくすることができる。めっき液の供給量を、めっき時において１５ｌ／ｍｉｎ、非めっき時において５ｌ／ｍｉｎとして実験を行ったところ、めっき時及び非めっき時の双方においてめっき液の供給量を１５ｌ／ｍｉｎとした場合の消耗量の６５％にまで添加剤の消耗量を低減することができた。
【００７１】
通電を終了した後、ベース８３を上昇させて、ハウジング７０、基板Ｗ及び基板テーブル７１をめっき室４９内のめっき液４５の液面より上の位置で、処理槽カバーの上端より下の位置にまで持ち上げ、高速（例えば、５００〜８００ｍｉｎ−１）で回転させてめっき液を遠心力により液切りする。液切りが終了した後、ハウジング７０の回転を所定の方向に向くように停止させ、ベース８３を上昇させて、ハウジング７０を基板の着脱位置まで上昇させる。ハウジング７０が基板着脱位置まで上昇した後、アクチュエータ９１によって基板テーブル７１を更に基板着脱位置まで上昇させる。
【００７２】
次に、第２搬送装置２４のハンドをハウジング７０の開口９６からこの内部に挿入し、基板を受け取る位置まで上昇させる。そして、プッシャ１０６を下降させフック１０１のレバー部１０１ａを押してフック１０１を開放させ、フック１０１によって保持されていた基板をハンドの落し込みハンドに落し込む。この状態で、ハンドを若干下降させて、ハウジング７０の開口からハンドとそれに保持した基板を取り出す。基板はハンドによる取付けの時と同様に、基板の表面を下に向けて、基板のエッジ部のみがハンドに接触するように保持される。
【００７３】
第２搬送装置２４に保持された基板は、基板の表面に下に向けたまま第１基板ステージ２３ｂの反転機２０に渡される。反転機２０は２本のハンド１１１で基板外周を掴み、基板の表裏両面に超純水を供給してリンスを行う。そして、水平な反転軸の回りに基板を１８０度回転させてこの表面を上に向ける。次に、第３搬送装置２７が第１基板ステージ２３ｂの反転機２０に載置された基板をハンドで保持し、薬液洗浄装置２５に移送する。
【００７４】
薬液洗浄装置２５では、６本のフィンガで基板を保持し、その表面を上に向けて回転させ、基板の表面、エッジ、裏面をそれぞれケミカル洗浄液により洗浄する。薬液洗浄が終了すると、超純水によりリンスを行った後、フィンガに保持された基板を高速で回転させ、基板の液切りを行う。
【００７５】
液切りが終了すると、第３搬送装置２７のハンドによって基板を表面を上に向けて取り出し、第２基板ステージ２６ｂに載置する。第２基板ステージ２６ｂにおいて、更に超純水により基板をリンスする。
【００７６】
次に、第１搬送装置１７がハンドにより第２基板ステージ２６ｂに保持された基板を受け取り、洗浄・乾燥装置１６に基板を渡す。洗浄・乾燥装置１６は超純水（脱イオン水を含む）によって基板の表面、裏面を洗浄し、高速回転により液切り乾燥させる。そして、第１搬送装置１７のハンドにより基板を表面を上に向けて保持し、カセットステージ１５のカセットの所定の位置に基板を収納する。
【００７７】
次に、本発明に係るめっき装置の第２の実施形態について図１６を参照して詳細に説明する。なお、上述の第１の実施形態における部材又は要素と同一の作用又は機能を有する部材又は要素には同一の符号を付し、特に説明しない部分については第１の実施形態と同様である。
【００７８】
図１６は、本実施形態におけるめっき処理ユニットを模式的に示す図である。
図１６に示すように、本実施形態におけるめっき処理ユニット３００は、上方に開口し内部にめっき液４５を保持する円筒状のめっき槽３０２と、半導体ウエハ等の基板Ｗを着脱自在に下向きに保持する基板テーブル３０４を有する上下動可能なヘッド部３０６とを備えている。めっき槽３０２の上方は密閉カバー３０８で覆われており、これによってめっき液４５の上方に密閉空間３１０が形成されている。この密閉空間３１０は密閉カバー３０８に取付けられた排気経路３１２を介して減圧手段としての真空ポンプ３１４に接続されており、該真空ポンプ３１４の駆動によって上記密閉空間３１０内を減圧することが可能となっている。
【００７９】
めっき槽３０２の内部に保持されためっき液４５中には、水平に配置された平板状のアノード体３２０が浸漬されている。アノード体３２０は、例えば含リン銅からなるアノード３２２と、このアノード３２２の周囲を覆う高抵抗要素３２４とから構成されている。また、めっき槽３０２の外壁面には、例えば超音波振動を行う振動装置３１６が取付けられており、この振動装置３１６はアノード体３２０と略同一高さの位置に配置されている。基板Ｗの下面（めっき面）には導電層が形成されており、この導電層はその周縁部にカソード電極との接点を有している。
【００８０】
電解めっきにおいては、めっき液中のアノード（陽極電極）と基板の導電層（陰極電極）との間に所定の電圧を印加することにより、基板の導電層の表面にめっき膜を形成している。基板の導電層にも電気抵抗があるが、基板のカソード電極接点から離れた位置では、この導電層の電気抵抗によりその位置を流れる電流が小さくなるので、この位置におけるめっき膜の成長速度が相対的に低下してしまう。特に導電層の膜厚が薄い場合には、導電層の電気抵抗が更に大きくなるため、このような現象が顕著に現れ、基板の全面に亘って均一なめっき膜を形成することができない。
【００８１】
そこで、本実施形態においては、導電層の電気抵抗が無視できる程度に電気的抵抗を大きくした高抵抗要素３２４でアノード３２２を覆うことにより、基板Ｗの導電層の電気抵抗による影響を抑えている。これによって、基板Ｗ内の電流密度の差を小さくすることができ、基板Ｗの全面に亘ってめっき膜を均一に形成することができる。本実施形態においては、例えば気孔率３０％、平均ポア径１００μｍのアルミナ製の多孔質セラミックスの内部にめっき液を含有させることにより上記高抵抗要素３２４が構成されている。このような多孔質セラミックス自体は絶縁体であるが、この内部にめっき液４５を複雑に入り込ませ、高抵抗要素３２４の内部におけるめっき液４５の経路を厚さ方向にかなり長くすることにより、高抵抗要素３２４の電気伝導率をめっき液４５の電気伝導率より小さくしている。なお、これに限らず、炭化シリコンセラミックス、塩化ビニルを繊維状に束ね、これを互いに溶着させたもの、あるいは、ポリビニルアルコールなどの発泡体やテフロン（登録商標）などの繊維を織布や不織布の様態に成形したものなどを用いて高抵抗要素３２４を構成することもできる。また、高抵抗要素３２４の気孔率、ポア径、気孔の屈曲率等は目的に応じて適宜選択することができる。
【００８２】
めっき槽３０２の底部中央には、上方に向けためっき液４５の噴流を形成するためのめっき液供給手段としてのめっき液噴出管３３０が設けられている。このめっき液噴出管３３０はめっき液供給管５５を介してめっき液調整タンク４０に接続されており、このめっき液供給管５５の途中に、二次側の圧力を調整する制御弁５６が介装されている。この制御弁５６を介してめっき液噴出管３３０からめっき槽３０２の内部に所定流量のめっき液４５が噴出される。また、めっき槽３０２の上部外側には、めっき液受け３３２が配置されており、このめっき液受け３３２はめっき液戻り管３３４を介してめっき液調整タンク４０に接続されている。めっき液戻り管３３４の途中にはバルブ３３６が介装されている。
【００８３】
めっき液噴出管３３０から噴出され、めっき槽３０２をオーバーフローしためっき液４５は、めっき液受け３３２で回収され、めっき液戻り管３３４を介してめっき液調整タンク４０に流入する。めっき液調整タンク４０において、めっき液４５の温度調整、各種成分の濃度計測と調整が行われた後、ポンプ２３４の駆動に伴って、めっき液調整タンク４０からフィルタ２３６を通してめっき液４５がめっき液噴出管３３０に供給される。
【００８４】
ところで、上述のように、アノード３２２を高抵抗要素３２４で覆ったアノード体３２０を使用した場合、高抵抗要素３２４の気孔の内部に気泡が入り込む場合がある。このような気泡は絶縁体として作用し、めっき処理時の電流分布を乱す原因となる。これを防止するため、本実施形態においては、めっき処理ユニット３００でめっき処理を行うのに先立って、めっき液噴出管３３０からめっき液４５をアノード体３２０に噴射しつつ、減圧手段としての真空ポンプ３１４を駆動して上記密閉空間３１０を減圧している。この減圧の際には、上記めっき液戻り管３３４に設置されたバルブ３３６を閉めておく。このように、めっき液噴出管３３０からめっき液４５をアノード体３２０に噴射することで、高抵抗要素３２４の気孔の内部に入り込んだ気泡を高抵抗要素３２４から外部に追い出すことができる。また、上記密閉空間３１０を減圧することで高抵抗要素３２４から気泡が出るのを促進することができる。更に、上記振動装置３１６によってアノード体３２０に振動を与えることとすると、この促進効果を更に高めることができる。
【００８５】
このように、アノード体３２０の高抵抗要素３２４から気泡を追い出した後、基板テーブル３０４に保持された基板Ｗのめっき処理を行う。このめっき処理においては、まず、ヘッド部３０６を下降させ、基板テーブル３０４に保持された基板Ｗをめっき液４５内の所定の位置まで下降させる。そして、アノード体３２０のアノード３２２と基板Ｗの導電層との間に所定の電圧を印加しつつ、めっき液４５をめっき槽３０２の底部のめっき液噴出管３３０から上方に噴出し、基板Ｗの下面（めっき面）にめっき液４５の噴流を当てる。これにより基板Ｗの下面にめっき膜が形成される。ここで、本実施形態においても、上述の第１の実施形態と同様に、非めっき時のめっき液の供給量をめっき時のめっき液の供給量よりも少なくしており、これにより、めっき液４５に含まれる添加剤の消耗量を低減している。
【００８６】
本実施形態では、めっき液噴出管３３０からアノード体３２０にめっき液４５を噴射し、高抵抗要素３２４の気孔の内部の気泡を追い出すこととしたが、例えば、図１７に示すように、めっき液噴出管３３０とは別に、めっき液噴出管３３８をアノード体３２０、特に高抵抗要素３２４に接続し、めっき処理に先立ってこのめっき液噴出管３３８からアノード体３２０にめっき液を供給することとしてもよい。このように直接高抵抗要素３２４にめっき液を供給することとすれば、より効果的に気泡を高抵抗要素３２４から追い出すことができる。また、図１８に示すように、複数の高抵抗要素３２４がめっき液４５内に配置されているような場合においても、本発明を適用できることは言うまでもない。
【００８７】
これまで本発明の一実施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、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいものであることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるめっき装置を示す平面図である。
【図２】図１に示すめっき装置内の気流の流れを示す説明図である。
【図３】図１に示す前処理ユニット、第１基板ステージ及び第２基板ステージに設けられた反転機を示す平面図である。
【図４】図３の正面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるめっき処理ユニットの要部を示す拡大断面図である。
【図６】図５に示すめっき処理槽の平面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態のめっき装置におけるめっき液の流れの状態を示すめっき液フロー図である。
【図８】図５の部分拡大図である。
【図９】図８に示すカソード電極用接点の配置状態を示す平面図である。
【図１０】図５に示すめっき処理ユニットのヘッド部の平面図である。
【図１１】図１０の正面図である。
【図１２】図５に示すめっき処理ユニットのヘッド部の回転動作を説明するための図である。
【図１３】図５に示すめっき処理ユニットのヘッド部の昇降動作を説明するための図である。
【図１４】図５に示すめっき処理ユニットのヘッド部のチャック部の着脱動作を説明するための図である。
【図１５】図１４の部分拡大図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態におけるめっき処理ユニットを模式的に示す図である。
【図１７】本発明の他の実施形態におけるめっき処理ユニットを模式的に示す図である。
【図１８】本発明の他の実施形態におけるめっき処理ユニットを模式的に示す図である。
【図１９】銅めっきによって銅配線を形成する例を工程に示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 設備
１１ 仕切壁
１２ めっき空間
１３ 清浄空間
１５ カセットステージ
１６ 洗浄・乾燥装置
１７，２４，２７ 搬送装置
２０ 反転機
２１ 前処理ユニット
２２，３００ めっき処理ユニット
２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂ 基板ステージ
２５ 薬液洗浄装置
２８ 容器
３１，３６ フィルタ
３３，３９ 循環配管
４０ めっき液調整タンク
４５ めっき液
４６ めっき処理槽
４７ ヘッド部
４８，３２２ アノード
４９ めっき室
５０，３０２ めっき槽
５１ 把手
５２ アノード保持体
５２ａ フランジ部
５３ めっき液噴出ノズル
５４ めっき液供給路
５５ めっき液供給管
５６ 制御弁
５７，５９ めっき液排出口
５８ 堰部材
６０ａ，６０ｂ めっき液排出管
６１ａ 流量調整器
６２ 鉛直整流リング
６３ 水平整流リング
７０ ハウジング
７１ 基板テーブル
７２ 基板保持部
７３ 下部シール材
７４ 上部シール材
７５ 空気抜き穴
７６ カソード電極用接点
７７ 給電接点
８０ 固定フレーム
８１ レール
８２ スライダ
８３ ベース
８４ テーブル軸
８５ スプライン部
８６ サーボモータ
８７ 駆動プーリ
８８ 従動プーリ
８９ タイミングベルト
９０ ブラケット
９１ アクチュエータ
９２，９５ コネクタ
９３ アクチュエータスライダ
９４ ロータリジョイント
９６ 開口
９７ アクチュエータ
９８ アクチュエータスライダ
１００ チャック機構
１０１ フック
１０１ａ レバー部
１０２ ピン
１０４ 爪
１０５ エアシリンダ
１０６ プッシャ
１０７ 開口
１１０ シールケース
１１１ ハンド
１１２ スタッド
１１３ チャックコマ
２００ シール材
２０２ めっき液溜め
２０４ 横穴
２０６ 液面検知センサ
２０８ カソード電極板
２２６ リザーバ
２２８，２３４ ポンプ
２３０ 温度コントローラ
２３２ めっき液分析ユニット
２３６ フィルタ
３０４ 基板テーブル
３０６ ヘッド部
３０８ 密閉カバー
３１０ 密閉空間
３１２ 排気経路
３１４ 真空ポンプ
３１６ 振動装置
３２０ アノード体
３２４ 高抵抗要素
３３０，３３８ めっき液噴出管
３３２ めっき液受け
３３４ めっき液戻り管
３３６ バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、めっき装置に係り、特に半導体基板に形成された配線用の窪みに銅等の金属を充填するためのめっき装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１９（ａ）乃至図１９（ｃ）は、この種の銅配線基板Ｗの製造例を工程順に示すものである。図１９（ａ）に示すように、半導体素子が形成された半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる絶縁膜２が堆積され、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４が形成されている。そして、これらの上に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スパッタリングやＣＶＤ等によりシード層７が形成されている。
【０００３】
そして、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、図１９（ｂ）に示すように、半導体基材１のコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅層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上の銅層６を除去して、コンタクトホール３及び配線用の溝４に充填させた銅層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１９（ｃ）に示すように銅層６からなる配線が形成される。
【０００４】
銅層を形成する電解銅めっきにおいては、めっき液として、その組成に硫酸銅と硫酸を含む硫酸銅めっき液が一般に使用されている。近年の微細配線化に伴い、配線溝又はプラグの形状が高アスペクト比となっているが、硫酸銅めっき液を用いた電解銅めっきによって微細配線パターンに銅の埋め込みを行うためには、均一電着性及びレベリング性の高いめっきプロセスを実現する必要がある。このため、めっき液に添加剤と呼ばれる化合物を加えることが一般に行われている。この添加剤は、析出反応の速度を局所的に制御して被めっき面上での金属イオンの析出を全体として平準化する働きをするものである。このような添加剤としては、
（１） めっき面の随所に結晶核を生成させて析出粒子の微細化を促進するキャリアと呼ばれる硫黄化合物、
（２） 銅析出の過電圧を高めて均一電着性を向上させるポリマ、
（３） めっきが成長しやすい凸部に吸着し過電圧を増加させて凸部の析出を遅らせることにより平坦なめっきを可能とするレベラと呼ばれる窒素化合物、
が一般に使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
めっき液の管理においては、ある一定処理時間毎に所定量のめっき液成分を補給し、それを何回か繰り返したらめっき浴全体を交換するということが一般に行われている。ここで、めっき液に含まれる添加剤は、析出する金属膜内への添加剤の取込、アノードにおける酸化分解などにより、めっき処理の進行に伴って徐々に消耗されるが、添加剤の消耗量が多い場合には、頻繁にめっき浴全体を取り替える必要がある。従って、めっき液の効率的な使用及びそのランニングコストの低減のためには、添加剤の消耗量を抑えることが求められている。
【０００６】
特に、近年、さまざまな生産プロセスにおいて、環境負荷をできるかぎり低減することが求められており、高濃度の廃液を発生する可能性の高いめっきプロセスにおいては、特にめっき浴の長寿命化が期待されている。このような観点からも添加剤の消耗量を抑え、めっき液を無駄なく使うことが時代の流れとなっている。
【０００７】
また、めっき液に含まれる添加剤は、添加量そのものはごくわずかであるにもかかわらず、その効果はきわめて顕著であり、厳密にその濃度を管理しなければ却って逆効果をもたらすことがある。このような観点からも添加剤の消耗量を低減し、添加剤の濃度を一定に保つことが好ましい。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、添加剤の消耗量を抑え、効率的にめっき液を使用することでランニングコストと環境負荷の低減を同時に実現することができ、また、高品質のめっき処理を行うことができるめっき装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の一態様は、めっき液を保持するめっき槽と、カソードに接続された基板を少なくとも上記めっき液中で保持する基板保持部と、上記めっき槽の内部に配置されるアノードと、めっき液を上記めっき槽に供給するめっき液供給手段とを備えためっき装置において、めっき液の電気伝導率よりも小さい電気伝導率の高抵抗要素を上記基板とアノードとの間に配置し、上記めっき液供給手段は、めっき処理に先立って上記高抵抗要素に対してめっき液を供給することを特徴とする。
【００１０】
これにより、基板とアノードとの間に高抵抗要素が配置された場合において、高抵抗要素の気孔の内部に気泡が入り込んだとしても、この気泡を高抵抗要素から追い出すことができるので、高抵抗要素の気孔の内部に入り込んだ気泡がその絶縁作用により電流分布を乱すことを防止することができ、基板全体に亘って均一なめっき処理が可能となる。
【００１１】
この場合において、上記めっき槽を密閉する密閉カバーと、上記高抵抗要素に対してめっき液を供給する際に上記密閉カバーと上記めっき槽のめっき液との間に形成された密閉空間を減圧する減圧手段を備えることとしてもよい。また、上記高抵抗要素に対してめっき液を供給する際に上記高抵抗要素を振動させる振動装置を備えることとしてもよい。このようにすることで、高抵抗要素から上述した気泡が出るのを促進することが可能となり、より高品質なめっき処理が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、めっき液に含まれる添加剤の消耗量を抑えることができるので、めっき液を効率的に使用して、ランニングコストと環境負荷の低減を同時に実現することができる。また、めっき液に含まれる添加剤の消耗量が少なくなることで、めっき液の含有成分の変化を抑えることができるので、より高品質のめっき処理が可能となる。
【００１３】
更に、基板とアノードとの間に高抵抗要素が配置された場合において、高抵抗要素の気孔の内部に気泡が入り込んだとしても、この気泡を高抵抗要素から追い出すことができるので、高抵抗要素の気孔の内部に入り込んだ気泡がその絶縁作用により電流分布を乱すことを防止することができ、基板全体に亘って均一なめっき処理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るめっき装置の第１の実施形態について図１乃至図１５を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態のめっき装置は、半導体基板の表面に銅めっきを施して、この半導体基板の表面に銅層からなる配線を形成するめっき装置を例として説明するが、これ以外のめっき装置にも本発明を適用することができる。
【００１５】
図１は、本実施形態におけるめっき装置を示す平面図である。
図１に示すように、めっき装置は、矩形状の設備１０内に配置されており、半導体基板の銅めっきを連続的に行うように構成されている。この設備１０は、仕切壁１１によってめっき空間１２と清浄空間１３に仕切られ、これらの各めっき空間１２と清浄空間１３は、それぞれ独自に給排気できるようになっている。上記仕切壁１１には開閉自在なシャッタ（図示せず）が設けられている。また、清浄空間１３の圧力は、大気圧より低く、且つめっき空間１２の圧力よりも高くしてあり、これにより、清浄空間１３内の空気が設備１０の外部に流出することがなく、且つめっき空間１２内の空気が清浄空間１３内に流入することがないようなっている。
【００１６】
上記清浄空間１３内には、基板収納用カセットを載置する２つのカセットステージ１５と、めっき処理後の基板を純水で洗浄（リンス）し乾燥する２基の洗浄・乾燥装置１６が配置されている。また、清浄空間１３内には、基板の搬送を行う固定タイプで回転自在な第１搬送装置（４軸ロボット）１７が設置されている。この洗浄・乾燥装置１６としては、例えば基板の表裏両面に超純水を供給する洗浄液供給ノズルを有し、基板を高速でスピンさせて脱水、乾燥させる形式のものが用いられる。
【００１７】
一方、めっき空間１２内には、基板のめっきの前処理を行い、前処理後の基板を反転機２０で反転させる２基の前処理ユニット２１と、基板の表面に該表面を下向きにして銅めっき処理を施す４基のめっき処理ユニット２２と、基板を載置保持する２基の第１基板ステージ２３ａ，２３ｂが配置されている。また、めっき空間１２内には、基板の搬送を行う自走タイプで回転自在な第２搬送装置（４軸ロボット）２４が設置されている。
【００１８】
本実施形態においては、めっき後の基板を薬液で洗浄する２基の薬液洗浄装置２５が清浄空間１３内に配置されており、この薬液洗浄装置２５と上記洗浄・乾燥装置１６との間に第２基板ステージ２６ａ，２６ｂが配置されている。また、２基の薬液洗浄装置２５の間には、基板の搬送を行う固定タイプで回転自在な第３搬送装置（４軸ロボット）２７が設置されている。
【００１９】
第１搬送装置１７は、カセットステージ１５に載置されたカセット、洗浄・乾燥装置１６及び第２基板ステージ２６ａ，２６ｂの間で基板を搬送し、第２搬送装置２４は、第１基板ステージ２３ａ，２３ｂ、前処理ユニット２１及びめっき処理ユニット２２の間で基板を搬送する。また、第３搬送装置２７は、第１基板ステージ２３ａ，２３ｂ、薬液洗浄装置２５及び第２基板ステージ２６ａ，２６ｂの間で基板を搬送する。なお、第１基板ステージ２３ｂ及び第２基板ステージ２６ｂは、基板を水洗い可能に構成されており、また、基板を反転させる反転機２０を備えている。
【００２０】
図２は、設備１０内の気流の流れを示す。清浄空間１３においては、配管３０より新鮮な外部空気が取込まれ、この外部空気は、ファンにより高性能フィルタ３１を通して清浄空間１３内に押込まれ、天井３２ａよりダウンフローのクリーンエアとして洗浄・乾燥装置１６及び薬液洗浄装置２５の周囲に供給される。供給されたクリーンエアの大部分は、床３２ｂから循環配管３３を通して天井３２ａ側に戻され、再び高性能フィルタ３１を通してファンにより清浄空間１３内に押込まれて清浄空間１３内を循環する。一部の気流は、洗浄・乾燥装置１６及び薬液洗浄装置２５内から配管３４により外部に排気される。これにより、清浄空間１３内は、大気圧より低い圧力に設定される。
【００２１】
前処理ユニット２１及びめっき処理ユニット２２が存在するめっき空間１２は、清浄空間ではない（汚染ゾーン）とはいいながらも、基板表面にパーティクルが付着することは許されない。このため、配管３５から取込まれ高性能フィルタ３６を通して天井３７ａ側からファンによりめっき空間１２内に押込まれたダウンフローのクリーンエアを流すことにより、基板にパーティクルが付着することを防止している。しかしながら、ダウンフローを形成するクリーンエアの全流量を外部からの給排気に依存すると、膨大な給排気量が必要となる。このため、めっき空間１２内を清浄空間１３より低い圧力に保つ程度に配管３８より外部排気を行い、ダウンフローの大部分の気流を床３７ｂから延びる循環配管３９を通した循環気流でまかなうようにしている。
【００２２】
これにより、循環配管３９から天井３７ａ側に戻ったエアは、再びファンにより押込まれ高性能フィルタ３６を通ってめっき空間１２内にクリーンエアとして供給されて循環する。ここで、前処理ユニット２１、めっき処理ユニット２２、第２搬送装置２４及びめっき液調整タンク４０からの薬液ミストや気体を含むエアは、上記配管３８を通して外部に排出されて、めっき空間１２内は、清浄空間１３より低い圧力に設定される。
【００２３】
ここで、上記前処理ユニット２１、第１基板ステージ２３ｂ及び第２基板ステージ２６ｂに設けられている反転機２０を図３及び図４に示す。図３及び図４に示すように、反転機２０は、モータ（図示せず）の駆動に伴って回転するシールケース１１０と、このシールケース１１０の内部に収容されたリンク等の機構によって開閉する円弧状の一対のハンド１１１と、このハンド１１１に垂設されたスタッド１１２に回転自在に支承されて基板を把持するチャックコマ１１３とを備えている。チャックコマ１１３で形成される平面は、シールケース１１０の軸心と偏心量ｅだけオフセットした位置に配置されている。
【００２４】
このように構成することで、基板を把持してハンド１１１を反転させた時に、基板を上記偏心量ｅの２倍の距離２ｅだけ上下方向に同時に移動させることができ、これによって、例えば前処理ユニット２１の飛散防止カバーに反転機２０の駆動部を貫通させるための開口を設ける際に、この開口を前処理ユニット２１の基板チャックの位置より上方に設けることが可能となる。
【００２５】
ところで、設備１０内の第１基板ステージ２３ａの下方には、調整運転用基板を収納する容器２８が設けられている。上記第２搬送装置２４は、調整運転用基板をこの容器２８から取り出し、調整運転終了後に調整運転用基板を再び容器２８に戻すようになっている。このように、調整運転用基板を収容する容器２８を設備１０の内部に設けることにより、調整運転の際に調整運転用基板を外部から導入することに伴う汚染やスループットの低下を防止することができる。
【００２６】
なお、容器２８の配置位置は、いずれかの搬送装置で調整運転用基板の取り出し及び収納が可能な位置であれば、設備１０内のどの位置でもよいが、第１基板ステージ２３ａの近傍に配置すれば、調整運転用基板を使用した調整運転を前処理からめっき処理と始め、洗浄し乾燥させた後に容器２８内に収容することができる。
【００２７】
本実施形態においては、第１搬送装置１７として、落し込みタイプの２本のハンドを有し、上側のハンドをドライハンド、下側のハンドをウエットハンドとしたものを使用し、一方、第２搬送装置２４及び第３搬送装置２７として落し込みタイプの２本のハンドを有し、上下のハンドをウエットハンドとしたものを使用するが、これに限定されるものではない。
【００２８】
また、本実施形態においては、例えば希フッ化水素酸や過酸化水素水等の薬液で基板の表面を洗浄する薬液洗浄装置２５が設けられている例を説明するが、めっき後の基板を薬液で洗浄する必要がない場合には、薬液洗浄装置２５を省略してもよい。この場合において、カセットステージ１５に載置されたカセット、洗浄・乾燥装置１６及び第１基板ステージ２３ａ，２３ｂの間の基板の搬送を第１搬送装置１７により行えば、第３搬送装置２７及び第２基板ステージ２６ａ，２６ｂを省略することもできる。
【００２９】
次に、本実施形態における基板の流れの概要を説明する。
まず、基板は表面（素子形成面、処理面）を上に向けてカセットに収納され、カセットステージ１５上に載置される。そして、第１搬送装置１７が基板をカセットから取り出し、第２基板ステージ２６ａ上に移動して、基板を第２基板ステージ２６ａ上に載置する。次に、第３搬送装置２７が第２基板ステージ２６ａ上の基板を受け取り、これを第１基板ステージ２３ａに移す。更に、第２搬送装置２４が第１基板ステージ２３ａから基板を受け取って前処理ユニット２１に渡す。前処理ユニット２１での前処理終了後、基板の表面が下に向くように反転機２０で基板を反転させ、再び第２搬送装置２４に渡す。そして、第２搬送装置２４は基板をめっき処理ユニット２２のヘッド部に渡す。
【００３０】
めっき処理ユニット２２で基板のめっき処理及び液切りを行った後、基板は第２搬送装置２４に渡され、第２搬送装置２４はこの基板を第１基板ステージ２３ｂに渡す。基板は、第１基板ステージ２３ｂの反転機２０によって、表面が上に向くように反転され、第３搬送装置２７によって薬液洗浄装置２５に移される。薬液洗浄装置２５において薬液洗浄、純水リンス、スピン液切りされた基板は、第３搬送装置２７により第２基板ステージ２６ｂへ運ばれる。次に、第１搬送装置１７が第２基板ステージ２６ｂから基板を受取り、洗浄・乾燥装置１６に基板を移送し、洗浄・乾燥装置１６で純水（脱イオン水を含む）によるリンスとスピン乾燥を行う。乾燥された基板は、第１搬送装置１７によりカセットステージ１５に載置されたカセット内に収納される。
【００３１】
次に、設備１０内に配置されためっき処理ユニット２２についてより詳細に説明する。
図５は、めっき処理ユニット２２の要部を示す図である。図５に示すように、めっき処理ユニット２２は、略円筒状で内部にめっき液４５を収容するめっき処理槽４６と、このめっき処理槽４６の内部に配置されて基板を保持するヘッド部４７とから主に構成されている。なお、図５は、基板Ｗを保持したヘッド部４７を下降させためっき処理時の状態を示している。
【００３２】
図５に示すように、めっき処理槽４６には、上方に開放し、例えば含リン銅からなるアノード４８を底部に配置しためっき室４９と、このめっき室４９内にめっき液４５を保有するめっき槽５０が設けられている。アノード４８は、外部の制御部にあるめっき用電源の陽極に接続されている。なお、アノード４８を、例えば含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成するのは、めっきの進行に伴ってアノード４８の表面にブラックフィルムと呼ばれる黒膜を形成するためであり、このブラックフィルムによりスライムの生成が抑制される。
【００３３】
アノード４８は、図５に示すように、アノード保持体５２に一体に保持されており、このアノード保持体５２は、めっき槽５０に対して着脱自在に、即ち把手５１を介して引抜き自在に装着されている。また、めっき槽５０の表面とアノード保持体５２のフランジ部５２ａの裏面との間には、めっき液の外部への漏洩を防止するシール材２００が介装されている。このように、めっき槽５０に対して着脱自在に装着したアノード保持体５２にアノード４８を一体に保持することで、アノード保持体５２を介してアノード４８のめっき槽５０との着脱を容易に行って、このメンテナンスや交換等の便を図ることができる。
【００３４】
図６は、図５のめっき処理槽４６の平面図である。図５及び図６に示すように、めっき槽５０の内周壁には、めっき室４９の中心に向かって水平に突出するめっき液噴出ノズル（めっき液供給手段）５３が円周方向に沿って等間隔で配置されており、このめっき液噴出ノズル５３は、めっき槽５０の内部を上下に延びるめっき液供給路５４に連通している。本実施形態においては、めっき槽５０の周壁内部に、図６に示すように、円周方向に沿って４個に分割された円弧状のめっき液溜め２０２が設けられている。各めっき液溜め２０２の長手方向の両端には、それぞれ２個のめっき液噴出ノズル５３が設けられており、各めっき液溜め２０２はその長手方向の中央位置で上記めっき液供給路５４に連通している。
【００３５】
また、めっき槽５０には、めっき室４９内のめっき液４５を該めっき室４９の底部周縁から引抜く第１めっき液排出口５７と、めっき槽５０の上端部に設けた堰部材５８をオーバーフローしためっき液４５を排出する第２めっき液排出口５９が設けられている。第１めっき液排出口５７は、例えばφ１６〜２０ｍｍ程度の大きさの円形の形状をしており、円周方向に沿って等ピッチで複数個（図６では１６個）設けられている。また、第２めっき液排出口５９は、例えば中心角が約２５゜の円弧状に延びる形状をしており、図６では３個設けられている。
【００３６】
図７は、本実施形態のめっき装置におけるめっき液の流れの状態を示すめっき液フロー図である。めっき液供給路５４とめっき液調整タンク４０とはめっき液供給管５５で接続され、このめっき液供給管５５の途中に、二次側の圧力を調整する制御弁５６が介装されている。この制御弁５６を介してめっき液溜め２０２に所定流量のめっき液が供給され、めっき液供給手段としてのめっき液噴出ノズル５３からめっき室４９の内部に所定流量のめっき液が噴出される。
【００３７】
また、第１めっき液排出口５７は、めっき液排出管６０ａを介してリザーバ２２６に接続されており、このめっき液排出管６０ａの途中に流量調整器６１ａが介装されている。一方、第２めっき液排出口５９は、めっき液排出管６０ｂを介してリザーバ２２６に接続され、この途中に流量調整器６１ｂ（図７においては図示せず）が介装されている。この流量調節器６１ｂは省略することもできる。
【００３８】
めっき液噴出ノズル５３から噴出されためっき液４５は、第１めっき液排出口５７と第２めっき液排出口５９の双方または一方からリザーバ２２６に排出されて、めっき室４９内の液量は所定量に保たれるようになっている。リザーバ２２６に入っためっき液は、リザーバ２２６からポンプ２２８によりめっき液調整タンク４０に入り、このめっき液調整タンク４０でめっき液の温度調整、各種成分の濃度計測と調整が行われる。その後、ポンプ２３４の駆動に伴って、めっき液調整タンク４０からフィルタ２３６を通してめっき液が各めっき処理ユニット２２のめっき液噴出ノズル５３に供給される。なお、めっき液調整タンク４０には、温度コントローラ２３０や、サンプル液を取り出して分析するめっき液分析ユニット２３２が付設されている。
【００３９】
図６に示すように、めっき室４９の底部付近の高さ方向に沿った所定位置には、水平方向に延びる横穴２０４が設けられ、側壁には、先端部（下端）が横穴２０４に達してめっき液４５の液面が該横穴２０４の形成位置より下がったことを検知する液面検知センサ２０６が設けられている。この液面検知センサ２０６は、例えば、先端部をテフロン（登録商標）により形成し、この先端部が空気中にある時にはテフロン（登録商標）と空気の屈折率の差が大きくなって、光が全反射して元の方向（受光部）に戻り、先端部が液中にある時にはテフロン（登録商標）と液体の屈折率の差が小さくなって、光が殆ど液中に放射されて元の方向（受光部）へ戻らなくなる特性を利用して液体の有無を検出するものである。これによって、めっき液４５が最低液面より上にあるか否かを常時監視して、めっき液４５が最低液面よりも下になった場合にめっき液排出管６０ａの途中の流量調整器６１ａを絞ること等でこれに対処するようにしている。
【００４０】
ところで、めっき室４９の内周面近傍には、めっき室４９内のめっき液４５の水平方向に沿って外方に向かう流れを堰き止める鉛直整流リング６２と、めっき槽５０に外周端を固着した水平整流リング６３とが設けられている。鉛直整流リング６２は水平整流リング６３の内周端に連結されている。
【００４１】
めっき液噴出ノズル５３からめっき室４９の中心部に向かって水平に噴出されためっき液は、めっき室４９の中央部でぶつかり、上下に分かれた流れとなる。そして、この上方への流れは、基板がない時には鉛直整流リング６２の内側でめっき液４５の液面の中央部を上方に押上げ、基板が降下して接液する場合に基板の中央部から接液し気泡を外部へ押し流す働きをする。一方、下方への流れはアノード４８の中央から外周への水平方向の流れへと変化し、アノード４８の表面に形成されたブラックフィルムの剥離微粒子を押し流して、アノード４８の外周から水平整流リング６３の下方を通過して第１めっき液排出口５７へ流れて、ブラックフィルムの剥離片が基板の処理面に接近付着することを低減できるようになっている。
【００４２】
ここで、電解めっきにあっては、めっき液中における電流密度がめっき膜の膜厚を支配し、膜厚を均一にするためには、めっき液中の電流密度分布をより均一にする必要がある。本実施形態にあっては、下記のように、基板の周辺部に電気的接点があるので、この基板の周辺部に位置するめっき液の電流密度が高くなる傾向があるが、この近傍に鉛直方向に延びる鉛直整流リング６２を、該鉛直整流リング６２の下部に水平方向外方に延びる水平整流リング６３をそれぞれ配置して電流を遮断することで、電流の回り込みを少なくして、局部的な電流の集中を少なくすることができ、これによって、めっき液中の電流密度分布をより均一にして、基板の周縁部におけるめっき膜の膜厚が厚くなるのを防止することができる。なお、本実施形態では、鉛直整流リングと水平整流リングで電流を遮断して電流の回り込みを少なくするようにした例を示しているが、これに限定されるものではない。
【００４３】
図８は、めっき処理ユニット２２のヘッド部４７の部分拡大図である。図５及び図８に示すように、めっき処理ユニット２２のヘッド部４７は、回転自在な中空円筒状のハウジング７０と、下面に基板Ｗを保持してハウジング７０と一体に回転する円板状の基板テーブル７１とを備えている。ハウジング７０の下端には、内方に突出するリング状の基板保持部７２が設けられており、この基板保持部７２内周面の一部には、基板Ｗの案内となるテーパ面が形成されている。この基板保持部７２と基板押えである基板テーブル７１とにより基板Ｗの周縁部が挟持され、基板Ｗが保持される。なお、ハウジング７０の円筒面の両側には、基板Ｗ及びロボットハンドをハウジングの内部に挿入又は取り出すための開口９６が設けられている。
【００４４】
また、図８に示すように、基板保持部７２には、内方に延出するリング状の下部シール材７３が取付けられている。この下部シール材７３の上面の先端は上方に尖塔状に突出している。一方、基板テーブル７１の下面の周縁部には上部シール材７４が取付けられており、この上部シール７４の一部は尖塔状に基板テーブル７１の下面から下方に突出している。このような構成により、基板Ｗを保持した際に、基板Ｗの下面と下部シール材７３が、基板Ｗの上面と上部シール材７４がそれぞれ圧接して、これらの接触部分を確実にシールするようになっている。
【００４５】
また、基板保持部７２には、水平方向に外方に延び、更に外方に向けて上方に傾斜して延びる空気抜き穴７５が円周方向に沿って等間隔に８０個設けられている。この空気抜き穴７５は、ヘッド部４７がめっき位置にある場合に、外周開口端の約半分がめっき室４９内のめっき液４５の液面から外部に露出する位置に設けられている。これにより、上述しためっき室４９内のめっき液４５の上方への流れが、基板Ｗと接液して基板Ｗの中央部から気泡を外部へ押し流す働きをした際に、この流れに乗った気泡が、この空気抜き穴７５から順次外方に排出されて、基板Ｗとめっき液４５との間に気泡が残らないようなっている。
【００４６】
なお、空気抜き穴７５の傾斜角θは、例えば３０°に設定されており、この空気抜き穴７５は、外方に向け２０゜以上上方に傾斜させることが好ましく、３０°程度が特に好ましい。また、空気の抜けを考慮した場合、空気抜き穴７５の直径は、２ｍｍ以上５ｍｍ以下で、３ｍｍ程度が好ましい。また、空気抜き穴を途中で２つに分岐させ、その一方を液面付近で開口させ、他方を液面より完全に上方の位置で開口させることとしてもよい。更に、空気抜き穴を直線状にしたり、外方に沿って途中から２方向に分岐させたりなど、任意の形状に形成することができる。基板Ｗを保持した時の該基板Ｗの下面と、空気抜き穴７５の上端との間隔Ｓが１．５ｍｍ程度以下の時に、短時間で空気抜きを行えることが確かめられている。
【００４７】
図８に示すように、ハウジング７０の基板保持部７２には、基板Ｗを保持した時に基板Ｗと通電する板ばね状のカソード電極用接点７６が配置され、上記基板テーブル７１の外方には、該基板テーブル７１が下降した時に上記カソード電極用接点７６に給電する給電接点（プローブ）７７が下方に向けて垂設されている。基板Ｗと基板保持部７２の下部シール材７３によるシールによって、カソード電極用接点７６及び給電接点７７のめっき液４５への接触が防止されている。
【００４８】
本実施形態では、図９に示すように、円周方向に６つに分割されたカソード電極板２０８が備えられ、この各カソード電極板２０８に内方に延びる各１５個のカソード電極用接点７６が設けられている。そして、この各カソード電極板２０８に各給電接点７７から個別に給電されるようになっており、これによって、電圧分布をより均一とすることができる。
【００４９】
図１０はヘッド部４７の平面図、図１１はヘッド部４７の正面図である。ヘッド部４７は、固定フレーム８０に固着したレール８１に沿って、例えばボールねじを介して上下移動するスライダ８２に取付けられたベース８３を有し、このベース８３に上記ハウジング７０が回転自在に支承されている。一方、上記基板テーブル７１は、上記ハウジング７０の軸部の内部を同心状に貫通して延びるテーブル軸８４の下端に連結されている。このテーブル軸８４は、スプライン部８５を介して、回転不能、即ちハウジング７０とテーブル軸８４とが一体となって回転し、相対的に上下動するように構成されている。
【００５０】
上記ベース８３には、サーボモータ８６が取付けられ、このサーボモータ８６の駆動プーリ８７と上記ハウジング７０の軸部に固着された従動プーリ８８との間にタイミングベルト８９が掛け渡されている。これにより、サーボモータ８６の回転駆動に伴って、図１２に実線で示す部材、即ちハウジング７０、テーブル軸８４及び基板テーブル７１が基板Ｗを保持した状態で一体となって回転するようになっている。
【００５１】
上記ベース８３には、ブラケット９０が垂直に取付けられ、このブラケット９０にエア駆動のアクチュエータ９１が取付けられている。一方、上記テーブル軸８４の上側にはコネクタ９５が連結され、このコネクタ９５と上記アクチュエータ９１とアクチュエータスライダ９３とは上下に相対運動をする。これにより、図１３に実線で示す部材（ただし、アクチュエータを除く）、即ちテーブル軸８４及び基板テーブル７１等が上下動するようになっている。
【００５２】
なお、高速回転によるロータリジョイント９４の消耗を予防するため、通電が不要な液切りのための高速回転時にはロータリジョイント９４をコネクタ９２から切り離すためにアクチュエータ９７とアクチュエータスライダ９８が備えられている。また、基板テーブル７１に設けられた給電接点７７は、テーブル軸８４の中を通り、ロータリジョイント９４を介してめっき用電源の陰極に接続されている。
【００５３】
上記基板テーブル７１の外周部には、基板Ｗを基板テーブル７１の下面に保持するためのチャック機構１００が、この例では円周方向に３箇所に設けられている。このチャック機構１００は、ベルクランク状のフック１０１を有している。このフック１０１は、図１４及び図１５に示すように、ほぼ中央をピン１０２を介して回転自在に支承され、このピン１０２の上方の内方に延びるレバー部１０１ａと基板テーブル７１の上面との間に圧縮コイルばね１０３が介装されて、閉じる方向に付勢されている。これにより、通常は、このコイルばね１０３の付勢力で、フック１０１の下端に設けた爪１０４が基板Ｗの下方に入り込んで、基板Ｗを保持するようになっている。
【００５４】
一方、図１４に示すように、上記フック１０１のレバー部１０１ａの上方位置には、エアシリンダ１０５の作動に伴って上下動するプッシャ１０６が上記ベース８３に取付けられて配置されている。これによって、基板テーブル７１が上昇した時に、プッシャ１０６を下降させ、上記フック１０１を圧縮コイルばね１０３の付勢力に抗して開く方向に回転させることで、基板Ｗの保持を解くように構成されている。なお、ハウジング７０のプッシャ１０６に対向する位置には、このプッシャ１０６の上下動を阻害しないように開口１０７が設けられている。
【００５５】
ここで、フック１０１は基板テーブル７１が上部に位置している時に基板Ｗを基板テーブル７１の下面に保持するためのものであり、基板テーブル７１が下降して、基板テーブル７１の上部シール材７４とハウジング７０の下部シール材７３で基板を挟持して保持している時には、フック１０１が基板テーブル７１に当接することで基板Ｗより離れるため、基板Ｗの間に微小な隙間を生じ、基板Ｗはフック１０１によっては保持されないように調整されている。
【００５６】
次に、このように構成されためっき装置による一連のめっき処理を詳細に説明する。
基板は表面（素子形成面、処理面）を上に向けカセットに収納されて設備１０内のカセットステージ１５に載置される。すると、第１搬送装置１７がそのハンドをカセット内に挿入し、落し込みタイプのハンドにより基板の表面を保持して１枚の基板をカセットから取り出し、回転して第２基板ステージ２６ａ上に基板を載置する。次に、第３搬送装置２７が第２基板ステージ２６ａにある基板をその落し込みタイプのハンドにより下から保持して回転して、基板を第１基板ステージ２３ａ上に載置する。
【００５７】
第２搬送装置２４は、第１基板ステージ２３ａの近くまで自走し、この上の基板を落し込みタイプのハンドで下から保持して、前処理ユニット２１の方に回転し、前処理ユニット２１の飛散防止カバーに設けた基板出入れ用のスリットを通して、基板を前処理ユニット２１の基板チャックに渡す。
【００５８】
前処理ユニット２１の基板チャックは、フィンガを開いて基板をフィンガの間に位置させ、フィンガを閉じることによって基板を保持する。次に、反転機２０のハンド１１１の移動の邪魔にならない位置に待機していた前処理液ノズルを基板の中央付近の上部に回転移動させ、基板を保持した基板チャックを、中速（例えば、３００ｍｉｎ−１程度）で回転させながら、基板上部の前処理液ノズルから前処理液を流し、液が速やかに基板全面に広がった段階で回転速度を上昇させて、基板上の余分の前処理液を遠心力で液切りする。
【００５９】
基板の液切りが終了し、基板チャックを停止させた後、反転機２０のハンド１１１を下降させ、そのハンド１１１によって基板を掴み、前処理ユニット２１の基板チャックのフィンガを開いて基板を反転機２０に渡す。反転機２０は反転しても反転機２０のハンド１１１が基板チャックに当たらない位置まで上昇し、水平な反転軸を中心に１８０度回転させて基板の表面を下に向ける。反転機２０は基板を第２搬送装置２４に渡せる位置まで下降し、停止する。
【００６０】
なお、反転機２０のハンド１１１は、第３搬送装置２７から基板を受け取る時、及び前処理後に基板チャックから基板を受け取る時には、反転軸の下側にあるが、ハンド１１１を反転軸を中心に反転させて基板を第２搬送装置２４に渡す時には、反転軸の上側に位置している。
【００６１】
第２搬送装置２４は、落込みタイプのハンドを飛散防止カバーのスリットからその内部に挿入して、反転機２０のハンド１１１に保持された基板のすぐ下側の基板の外周エッジ部分のみがハンドに接するようにハンドを配置し、反転機２０のハンド１１１が基板を開放して、基板表面を下にして基板を保持する。第２搬送装置２４は、基板を前処理ユニット２１から取り出し、一つの所定のめっき処理ユニット２２の前まで自走する。
【００６２】
めっき処理ユニット２２のハウジング７０及び基板テーブル７１は、ベース８３の上昇によって基板着脱位置まで上昇し、基板テーブル７１は更にアクチュエータ９１によってハウジング７０の上端まで持ち上げられており、エアシリンダ１０５を作動させてプッシャ１０６を押下げ、基板テーブル７１の外周の３箇所のフック１０１を開放させる。
【００６３】
第２搬送装置２４は、ハンドと基板をハウジング７０の開口９６からこの内部に挿入し、基板テーブル７１の直下近傍位置までハンドを持ち上げる。この状態でプッシャ１０６を上昇させて、フック１０１のレバー部１０１ａと基板テーブル７１の上面との間にある圧縮コイルばね１０３の付勢力でフック１０１を閉じ基板を保持する。基板がフック１０１によって保持された後、第２搬送装置２４のハンドを少し下降させて、ハウジング７０の開口９６から引き出す。
【００６４】
次に、アクチュエータ９１により基板テーブル７１を下降させて、基板をハウジング７０の基板保持部７２の内側のテーパ状の部分でセンタリングして、基板保持部７２の下部シール材７３上に載置し、更に基板を基板テーブル７１の外周付近の上部シール材７４に押付けてめっき液が電極接点側に入り込まないようにシールする。同時に、基板テーブル７１を下降させて、カソード電極用接点７６に給電接点７７を圧接させることで、確実な接触を得る。
【００６５】
ここで、フック１０１は、極小な隙間を持って基板をフック１０１上に載せる形で保持しており、基板テーブル７１がハウジング７０から上昇している場合には、上部シール材７４によりガタのない程度に保持されているが、基板テーブル７１が下降して下部シール材７３と上部シール材７４でシールした状態では、上部シール材７４が凹むことにより基板が安定して保持され、フック１０１は基板テーブル７１により停止されて基板Ｗから僅かに離れた状態にあって、基板を保持しないようになる。従って、基板は３箇所のフック１０１の影響を受けずに下部シール材７３と上部シール材７４により均等に保持される。
【００６６】
この状態で、めっき処理槽４６のめっき液噴出ノズル５３からめっき液を噴出すると、液面の中央部が盛り上がった形状になる。同時に、サーボモータ８６を回転させてハウジング７０と基板Ｗと基板テーブル７１を中速度（例えば、１５０ｍｉｎ−１）で回転させながら、ボールねじ等を介してベース８３を下降させる。この回転速度は、下記の空気抜きを考慮すると、１００〜２５０ｍｉｎ−１程度が好ましい。すると、基板の中央がめっき液４５の液面に接触した後、盛り上がった液面との接触面積が次第に増加し、周囲まで液が充たされるようになる。基板の下面の周囲は、下部シール材７３が基板面から突出しているため、エアが残りやすいが、ハウジング７０の回転により気泡を含んだめっき液を空気抜き穴７５から外部に押し流すことにより、基板下面の気泡を除去する。これにより、基板表面の気泡を完全に除去し、均一な処理を可能にする。基板にめっきを施す所定位置は、基板がめっき室４９内のめっき液４５に浸漬され、且つハウジング７０の開口９６からめっき液が浸入しない位置に設定されている。
【００６７】
基板が所定の位置まで下降した時、ハウジング７０を中速度で数秒間回転させて空気抜きを行った後、この回転速度を低速回転（例えば、１００ｍｉｎ−１）に低下させ、アノード４８を陽極、基板処理面を陰極としためっき電流を流して電解めっきを行う。この回転速度は、例えば０〜２２５ｍｉｎ−１の範囲である。めっき処理の間は、めっき液をめっき液噴出ノズル５３から所定の流量で継続して供給し、第１めっき液排出口５７及び第２めっき液排出口５９から排出させ、めっき液調整タンク４０を通して循環させる。めっき膜厚は電流密度と通電時間によって定まるので、希望する析出量に応じた通電時間（めっき時間）を設定する。
【００６８】
このめっき時間は、例えば１２０〜１５０秒であり、例えば１Ａ程度の電流で４０秒程度のめっき処理を行い、その後、例えば７．４Ａ程度の電流でめっき処理を行うことで、均一でむらのないめっき膜を得ることができる。
【００６９】
本実施形態において使用するめっき液には、例えばキャリアとしてチオ尿素やアクリルチオ尿素などの硫黄を含有する成分が、ポリマとしてポリエーテルやポリエチレングリコール及びそれらの誘導体等から構成される成分が、レベラとしてポリアミンのような正電荷をもった窒素化合物などが添加剤として含有されている。このような添加剤をめっき液に含めることで、均一電着性及びレベリング性の高いめっきを実現している。
【００７０】
ここで、めっき時においては、めっき液を５〜３０ｌ／ｍｉｎ程度の流量で供給し、めっき処理を行っていない非めっき時においては、１〜１５ｌ／ｍｉｎ程度の流量で上記めっき液噴出ノズル５３から供給する。即ち、非めっき時のめっき液の供給量をめっき時のめっき液の供給量よりも少なくしている。基板のめっきを行う過程で、基板とアノードで構成されるめっき空間のめっき液に含まれる添加剤は、析出する金属膜内への添加剤の取り込み、アノードにおける酸化分解などにより、めっき処理の進行に伴って徐々に消耗されるが、このように非めっき時のめっき液の供給量をめっき時のめっき液の供給量よりも少なくすることで、めっき液に含まれる添加剤の消耗量を少なくすることができる。めっき液の供給量を、めっき時において１５ｌ／ｍｉｎ、非めっき時において５ｌ／ｍｉｎとして実験を行ったところ、めっき時及び非めっき時の双方においてめっき液の供給量を１５ｌ／ｍｉｎとした場合の消耗量の６５％にまで添加剤の消耗量を低減することができた。
【００７１】
通電を終了した後、ベース８３を上昇させて、ハウジング７０、基板Ｗ及び基板テーブル７１をめっき室４９内のめっき液４５の液面より上の位置で、処理槽カバーの上端より下の位置にまで持ち上げ、高速（例えば、５００〜８００ｍｉｎ−１）で回転させてめっき液を遠心力により液切りする。液切りが終了した後、ハウジング７０の回転を所定の方向に向くように停止させ、ベース８３を上昇させて、ハウジング７０を基板の着脱位置まで上昇させる。ハウジング７０が基板着脱位置まで上昇した後、アクチュエータ９１によって基板テーブル７１を更に基板着脱位置まで上昇させる。
【００７２】
次に、第２搬送装置２４のハンドをハウジング７０の開口９６からこの内部に挿入し、基板を受け取る位置まで上昇させる。そして、プッシャ１０６を下降させフック１０１のレバー部１０１ａを押してフック１０１を開放させ、フック１０１によって保持されていた基板をハンドの落し込みハンドに落し込む。この状態で、ハンドを若干下降させて、ハウジング７０の開口からハンドとそれに保持した基板を取り出す。基板はハンドによる取付けの時と同様に、基板の表面を下に向けて、基板のエッジ部のみがハンドに接触するように保持される。
【００７３】
第２搬送装置２４に保持された基板は、基板の表面に下に向けたまま第１基板ステージ２３ｂの反転機２０に渡される。反転機２０は２本のハンド１１１で基板外周を掴み、基板の表裏両面に超純水を供給してリンスを行う。そして、水平な反転軸の回りに基板を１８０度回転させてこの表面を上に向ける。次に、第３搬送装置２７が第１基板ステージ２３ｂの反転機２０に載置された基板をハンドで保持し、薬液洗浄装置２５に移送する。
【００７４】
薬液洗浄装置２５では、６本のフィンガで基板を保持し、その表面を上に向けて回転させ、基板の表面、エッジ、裏面をそれぞれケミカル洗浄液により洗浄する。薬液洗浄が終了すると、超純水によりリンスを行った後、フィンガに保持された基板を高速で回転させ、基板の液切りを行う。
【００７５】
液切りが終了すると、第３搬送装置２７のハンドによって基板を表面を上に向けて取り出し、第２基板ステージ２６ｂに載置する。第２基板ステージ２６ｂにおいて、更に超純水により基板をリンスする。
【００７６】
次に、第１搬送装置１７がハンドにより第２基板ステージ２６ｂに保持された基板を受け取り、洗浄・乾燥装置１６に基板を渡す。洗浄・乾燥装置１６は超純水（脱イオン水を含む）によって基板の表面、裏面を洗浄し、高速回転により液切り乾燥させる。そして、第１搬送装置１７のハンドにより基板を表面を上に向けて保持し、カセットステージ１５のカセットの所定の位置に基板を収納する。
【００７７】
次に、本発明に係るめっき装置の第２の実施形態について図１６を参照して詳細に説明する。なお、上述の第１の実施形態における部材又は要素と同一の作用又は機能を有する部材又は要素には同一の符号を付し、特に説明しない部分については第１の実施形態と同様である。
【００７８】
図１６は、本実施形態におけるめっき処理ユニットを模式的に示す図である。
図１６に示すように、本実施形態におけるめっき処理ユニット３００は、上方に開口し内部にめっき液４５を保持する円筒状のめっき槽３０２と、半導体ウエハ等の基板Ｗを着脱自在に下向きに保持する基板テーブル３０４を有する上下動可能なヘッド部３０６とを備えている。めっき槽３０２の上方は密閉カバー３０８で覆われており、これによってめっき液４５の上方に密閉空間３１０が形成されている。この密閉空間３１０は密閉カバー３０８に取付けられた排気経路３１２を介して減圧手段としての真空ポンプ３１４に接続されており、該真空ポンプ３１４の駆動によって上記密閉空間３１０内を減圧することが可能となっている。
【００７９】
めっき槽３０２の内部に保持されためっき液４５中には、水平に配置された平板状のアノード体３２０が浸漬されている。アノード体３２０は、例えば含リン銅からなるアノード３２２と、このアノード３２２の周囲を覆う高抵抗要素３２４とから構成されている。また、めっき槽３０２の外壁面には、例えば超音波振動を行う振動装置３１６が取付けられており、この振動装置３１６はアノード体３２０と略同一高さの位置に配置されている。基板Ｗの下面（めっき面）には導電層が形成されており、この導電層はその周縁部にカソード電極との接点を有している。
【００８０】
電解めっきにおいては、めっき液中のアノード（陽極電極）と基板の導電層（陰極電極）との間に所定の電圧を印加することにより、基板の導電層の表面にめっき膜を形成している。基板の導電層にも電気抵抗があるが、基板のカソード電極接点から離れた位置では、この導電層の電気抵抗によりその位置を流れる電流が小さくなるので、この位置におけるめっき膜の成長速度が相対的に低下してしまう。特に導電層の膜厚が薄い場合には、導電層の電気抵抗が更に大きくなるため、このような現象が顕著に現れ、基板の全面に亘って均一なめっき膜を形成することができない。
【００８１】
そこで、本実施形態においては、導電層の電気抵抗が無視できる程度に電気的抵抗を大きくした高抵抗要素３２４でアノード３２２を覆うことにより、基板Ｗの導電層の電気抵抗による影響を抑えている。これによって、基板Ｗ内の電流密度の差を小さくすることができ、基板Ｗの全面に亘ってめっき膜を均一に形成することができる。本実施形態においては、例えば気孔率３０％、平均ポア径１００μｍのアルミナ製の多孔質セラミックスの内部にめっき液を含有させることにより上記高抵抗要素３２４が構成されている。このような多孔質セラミックス自体は絶縁体であるが、この内部にめっき液４５を複雑に入り込ませ、高抵抗要素３２４の内部におけるめっき液４５の経路を厚さ方向にかなり長くすることにより、高抵抗要素３２４の電気伝導率をめっき液４５の電気伝導率より小さくしている。なお、これに限らず、炭化シリコンセラミックス、塩化ビニルを繊維状に束ね、これを互いに溶着させたもの、あるいは、ポリビニルアルコールなどの発泡体やテフロン（登録商標）などの繊維を織布や不織布の様態に成形したものなどを用いて高抵抗要素３２４を構成することもできる。また、高抵抗要素３２４の気孔率、ポア径、気孔の屈曲率等は目的に応じて適宜選択することができる。
【００８２】
めっき槽３０２の底部中央には、上方に向けためっき液４５の噴流を形成するためのめっき液供給手段としてのめっき液噴出管３３０が設けられている。このめっき液噴出管３３０はめっき液供給管５５を介してめっき液調整タンク４０に接続されており、このめっき液供給管５５の途中に、二次側の圧力を調整する制御弁５６が介装されている。この制御弁５６を介してめっき液噴出管３３０からめっき槽３０２の内部に所定流量のめっき液４５が噴出される。また、めっき槽３０２の上部外側には、めっき液受け３３２が配置されており、このめっき液受け３３２はめっき液戻り管３３４を介してめっき液調整タンク４０に接続されている。めっき液戻り管３３４の途中にはバルブ３３６が介装されている。
【００８３】
めっき液噴出管３３０から噴出され、めっき槽３０２をオーバーフローしためっき液４５は、めっき液受け３３２で回収され、めっき液戻り管３３４を介してめっき液調整タンク４０に流入する。めっき液調整タンク４０において、めっき液４５の温度調整、各種成分の濃度計測と調整が行われた後、ポンプ２３４の駆動に伴って、めっき液調整タンク４０からフィルタ２３６を通してめっき液４５がめっき液噴出管３３０に供給される。
【００８４】
ところで、上述のように、アノード３２２を高抵抗要素３２４で覆ったアノード体３２０を使用した場合、高抵抗要素３２４の気孔の内部に気泡が入り込む場合がある。このような気泡は絶縁体として作用し、めっき処理時の電流分布を乱す原因となる。これを防止するため、本実施形態においては、めっき処理ユニット３００でめっき処理を行うのに先立って、めっき液噴出管３３０からめっき液４５をアノード体３２０に噴射しつつ、減圧手段としての真空ポンプ３１４を駆動して上記密閉空間３１０を減圧している。この減圧の際には、上記めっき液戻り管３３４に設置されたバルブ３３６を閉めておく。このように、めっき液噴出管３３０からめっき液４５をアノード体３２０に噴射することで、高抵抗要素３２４の気孔の内部に入り込んだ気泡を高抵抗要素３２４から外部に追い出すことができる。また、上記密閉空間３１０を減圧することで高抵抗要素３２４から気泡が出るのを促進することができる。更に、上記振動装置３１６によってアノード体３２０に振動を与えることとすると、この促進効果を更に高めることができる。
【００８５】
このように、アノード体３２０の高抵抗要素３２４から気泡を追い出した後、基板テーブル３０４に保持された基板Ｗのめっき処理を行う。このめっき処理においては、まず、ヘッド部３０６を下降させ、基板テーブル３０４に保持された基板Ｗをめっき液４５内の所定の位置まで下降させる。そして、アノード体３２０のアノード３２２と基板Ｗの導電層との間に所定の電圧を印加しつつ、めっき液４５をめっき槽３０２の底部のめっき液噴出管３３０から上方に噴出し、基板Ｗの下面（めっき面）にめっき液４５の噴流を当てる。これにより基板Ｗの下面にめっき膜が形成される。ここで、本実施形態においても、上述の第１の実施形態と同様に、非めっき時のめっき液の供給量をめっき時のめっき液の供給量よりも少なくしており、これにより、めっき液４５に含まれる添加剤の消耗量を低減している。
【００８６】
本実施形態では、めっき液噴出管３３０からアノード体３２０にめっき液４５を噴射し、高抵抗要素３２４の気孔の内部の気泡を追い出すこととしたが、例えば、図１７に示すように、めっき液噴出管３３０とは別に、めっき液噴出管３３８をアノード体３２０、特に高抵抗要素３２４に接続し、めっき処理に先立ってこのめっき液噴出管３３８からアノード体３２０にめっき液を供給することとしてもよい。このように直接高抵抗要素３２４にめっき液を供給することとすれば、より効果的に気泡を高抵抗要素３２４から追い出すことができる。また、図１８に示すように、複数の高抵抗要素３２４がめっき液４５内に配置されているような場合においても、本発明を適用できることは言うまでもない。
【００８７】
これまで本発明の一実施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、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいものであることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるめっき装置を示す平面図である。
【図２】図１に示すめっき装置内の気流の流れを示す説明図である。
【図３】図１に示す前処理ユニット、第１基板ステージ及び第２基板ステージに設けられた反転機を示す平面図である。
【図４】図３の正面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるめっき処理ユニットの要部を示す拡大断面図である。
【図６】図５に示すめっき処理槽の平面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態のめっき装置におけるめっき液の流れの状態を示すめっき液フロー図である。
【図８】図５の部分拡大図である。
【図９】図８に示すカソード電極用接点の配置状態を示す平面図である。
【図１０】図５に示すめっき処理ユニットのヘッド部の平面図である。
【図１１】図１０の正面図である。
【図１２】図５に示すめっき処理ユニットのヘッド部の回転動作を説明するための図である。
【図１３】図５に示すめっき処理ユニットのヘッド部の昇降動作を説明するための図である。
【図１４】図５に示すめっき処理ユニットのヘッド部のチャック部の着脱動作を説明するための図である。
【図１５】図１４の部分拡大図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態におけるめっき処理ユニットを模式的に示す図である。
【図１７】本発明の他の実施形態におけるめっき処理ユニットを模式的に示す図である。
【図１８】本発明の他の実施形態におけるめっき処理ユニットを模式的に示す図である。
【図１９】銅めっきによって銅配線を形成する例を工程に示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 設備
１１ 仕切壁
１２ めっき空間
１３ 清浄空間
１５ カセットステージ
１６ 洗浄・乾燥装置
１７，２４，２７ 搬送装置
２０ 反転機
２１ 前処理ユニット
２２，３００ めっき処理ユニット
２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂ 基板ステージ
２５ 薬液洗浄装置
２８ 容器
３１，３６ フィルタ
３３，３９ 循環配管
４０ めっき液調整タンク
４５ めっき液
４６ めっき処理槽
４７ ヘッド部
４８，３２２ アノード
４９ めっき室
５０，３０２ めっき槽
５１ 把手
５２ アノード保持体
５２ａ フランジ部
５３ めっき液噴出ノズル
５４ めっき液供給路
５５ めっき液供給管
５６ 制御弁
５７，５９ めっき液排出口
５８ 堰部材
６０ａ，６０ｂ めっき液排出管
６１ａ 流量調整器
６２ 鉛直整流リング
６３ 水平整流リング
７０ ハウジング
７１ 基板テーブル
７２ 基板保持部
７３ 下部シール材
７４ 上部シール材
７５ 空気抜き穴
７６ カソード電極用接点
７７ 給電接点
８０ 固定フレーム
８１ レール
８２ スライダ
８３ ベース
８４ テーブル軸
８５ スプライン部
８６ サーボモータ
８７ 駆動プーリ
８８ 従動プーリ
８９ タイミングベルト
９０ ブラケット
９１ アクチュエータ
９２，９５ コネクタ
９３ アクチュエータスライダ
９４ ロータリジョイント
９６ 開口
９７ アクチュエータ
９８ アクチュエータスライダ
１００ チャック機構
１０１ フック
１０１ａ レバー部
１０２ ピン
１０４ 爪
１０５ エアシリンダ
１０６ プッシャ
１０７ 開口
１１０ シールケース
１１１ ハンド
１１２ スタッド
１１３ チャックコマ
２００ シール材
２０２ めっき液溜め
２０４ 横穴
２０６ 液面検知センサ
２０８ カソード電極板
２２６ リザーバ
２２８，２３４ ポンプ
２３０ 温度コントローラ
２３２ めっき液分析ユニット
２３６ フィルタ
３０４ 基板テーブル
３０６ ヘッド部
３０８ 密閉カバー
３１０ 密閉空間
３１２ 排気経路
３１４ 真空ポンプ
３１６ 振動装置
３２０ アノード体
３２４ 高抵抗要素
３３０，３３８ めっき液噴出管
３３２ めっき液受け
３３４ めっき液戻り管
３３６ バルブ
【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、カソードに接続された基板を少なくとも上記めっき液中で保持する基板保持部と、上記めっき槽の内部に配置されるアノードと、めっき液を上記めっき槽に供給するめっき液供給手段とを備えためっき装置において、
めっき液の電気伝導率よりも小さい電気伝導率の高抵抗要素を上記基板とアノードとの間に配置し、
上記めっき液供給手段は、めっき処理に先立って上記高抵抗要素に対してめっき液を供給することを特徴とするめっき装置。
【請求項２】
上記めっき槽を密閉する密閉カバーと、
上記高抵抗要素に対してめっき液を供給する際に上記密閉カバーと上記めっき槽のめっき液との間に形成された密閉空間を減圧する減圧手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のめっき装置。
【請求項３】
上記高抵抗要素に対してめっき液を供給する際に上記高抵抗要素を振動させる振動装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載のめっき装置。
【請求項１】
めっき液を保持するめっき槽と、カソードに接続された基板を少なくとも上記めっき液中で保持する基板保持部と、上記めっき槽の内部に配置されるアノードと、めっき液を上記めっき槽に供給するめっき液供給手段とを備えためっき装置において、
めっき液の電気伝導率よりも小さい電気伝導率の高抵抗要素を上記基板とアノードとの間に配置し、
上記めっき液供給手段は、めっき処理に先立って上記高抵抗要素に対してめっき液を供給することを特徴とするめっき装置。
【請求項２】
上記めっき槽を密閉する密閉カバーと、
上記高抵抗要素に対してめっき液を供給する際に上記密閉カバーと上記めっき槽のめっき液との間に形成された密閉空間を減圧する減圧手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のめっき装置。
【請求項３】
上記高抵抗要素に対してめっき液を供給する際に上記高抵抗要素を振動させる振動装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載のめっき装置。
【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１９】
【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１９】
【公開番号】特開２００６−２６５７３８（Ｐ２００６−２６５７３８Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４５１７０（Ｐ２００６−１４５１７０）
【出願日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【分割の表示】特願２０００−４０３８７６（Ｐ２０００−４０３８７６）の分割
【原出願日】平成１２年１２月４日（２０００．１２．４）
【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１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【分割の表示】特願２０００−４０３８７６（Ｐ２０００−４０３８７６）の分割
【原出願日】平成１２年１２月４日（２０００．１２．４）
【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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