電気めっき装置、及び電気めっき方法
【課題】ボイドの発生を抑止しつつ均一なめっき膜を形成するめっき装置及びめっき方法を提供する。
【解決手段】本発明による電気めっき装置は、ホルダ２０、めっき槽１０、電源７０、スイッチ回路２３とを具備する。ホルダ２０は、被めっき体４０を有する半導体ウエハ３０を保持する。めっき槽１０アノード電極５０を含むめっき液１００を保持する。電源７０は、被めっき体４０とアノード電極との間に定電圧を供給する。スイッチ回路２３は、電源７０に対して、被めっき体４０と並列に接続される。ホルダ２０は、スイッチ回路２３を介して電源７０に接続されるダミーカソード電極２２とを備える。ダミーカソード電極２２は、ホルダ２０がめっき液１００内に浸漬される際、被めっき体４０より先にめっき液１００に接触する位置に露出して設けられる。スイッチ回路２３は、ダミーカソード電極２２がめっき液１００に接した後に、電源７０とダミーカソード電極２２との接続を遮断する。
【解決手段】本発明による電気めっき装置は、ホルダ２０、めっき槽１０、電源７０、スイッチ回路２３とを具備する。ホルダ２０は、被めっき体４０を有する半導体ウエハ３０を保持する。めっき槽１０アノード電極５０を含むめっき液１００を保持する。電源７０は、被めっき体４０とアノード電極との間に定電圧を供給する。スイッチ回路２３は、電源７０に対して、被めっき体４０と並列に接続される。ホルダ２０は、スイッチ回路２３を介して電源７０に接続されるダミーカソード電極２２とを備える。ダミーカソード電極２２は、ホルダ２０がめっき液１００内に浸漬される際、被めっき体４０より先にめっき液１００に接触する位置に露出して設けられる。スイッチ回路２３は、ダミーカソード電極２２がめっき液１００に接した後に、電源７０とダミーカソード電極２２との接続を遮断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ上にめっきを施す電気めっき装置、及び電気めっき方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハに対するＣｕダマシン法による配線形成プロセスに於いて、配線パタンの微細化が進むにつれ、ビアやトレンチへの埋設性能の向上が要求されている。ビアやトレンチにＣｕを埋め込む方法として電気めっき法が採用されている。この電気めっき法において、埋設性能の向上を実現するため、従来技術では、Ｃｕシード膜を薄膜化してビアやトレンチのオーバーハングを抑制する手法がとられてきた。
【０００３】
Ｃｕシード膜は、強酸であるＣｕめっき液に触れると溶解してしまう。このため、従来技術では、Ｃｕシード膜がＣｕめっき液に着液（接触）した瞬間に大きな電流を流して即時に成膜を開始することで、Ｃｕシード膜の溶解を防止する手法が行われている。この場合、Ｃｕシード膜がＣｕめっき液に着液する前から、Ｃｕめっき液内のアノード電極とカソード電極（Ｃｕシード膜）との間に電圧（待機電圧）をかけておく必要がある。
【０００４】
電気めっき処理において、被めっき膜をめっき液に浸漬する前から待機電圧を印加することによってシード膜の溶解を抑制し、ボイドのない均一めっきを形成する方法が、例えば、特開２００３−１２９２９４に記載されている（特許文献１参照）。
【０００５】
一方、半導体ウエハをめっき液内に浸漬すると、ビアやトレンチ等の被めっき面に気泡が滞留することがある。このため、半導体ウエハをめっき液に浸漬する際、半導体ウエハを液面に対して傾斜させて入槽する方法が採用されている。
【０００６】
図１Ａから図２を参照して、従来技術によるめっき装置の詳細を説明する。図１Ａから図１Ｃは、従来技術によるＣｕめっき装置の構成及び動作を示す図である。図１Ａを参照して、従来技術によるＣｕメッキ装置は、めっき槽１０、ウエハホルダ１２０、ホルダ制御装置６０、電源１７０を具備する。めっき槽１０は、内槽１１及び外槽１２を備え、内槽１１内の底面には、Ｃｕアノード電極５０と、めっき液１００を内槽１１に送りこむためのめっき液噴流口１３が設けられている。また、内槽１１からオーバーフローしためっき液１００を廃出するために、外槽１４の底面には、めっき液排液口１４が設けられている。
【０００７】
ウエハホルダ１２０は、表面にＣｕシード膜４０が成膜されたウエハ３０を保持する。Ｃｕシード膜４０は、ウエハ３０の外周領域においてコンタクト２１（通電電極）を介して電源１７０に接続される。ウエハ３０の処理表面（Ｃｕシード膜４０）は、ウエハホルダ１２０の底面において図面Ｙ軸下向き（液面に対抗する向き）に露出するように保持され、コンタクト２１は、図示しないオーリング等の封止部材で封止される。電源１７０は、Ｃｕアノード電極５０とＣｕシード膜４０（カソード）との間に一定の電圧を印加する。ホルダ制御装置６０は、ウエハホルダ１２０の昇降、回転、及び傾斜を制御する。
【０００８】
従来技術によるめっき装置では、ウエハ３０をめっき液に浸漬する前からＣｕアノード電極５０とＣｕシード膜４０との間に定電圧（待機電圧）が印加される。ウエハ３０は、待機電圧が印加された状態を維持したまま、めっき液１００に挿入（入槽）される。この際、図１Ｂを参照して、ウエハホルダ１２０は、液面に対して所定の角度で傾斜し、回転しながら下降してめっき液１００に挿入される。これにより、ウエハ３０表面におけるビアやトレンチ等の被めっき部分に存在する気泡を除去することができる。
【０００９】
Ｃｕシード膜４０がめっき液１００に接触（着液）した瞬間より、Ｃｕシード膜４０表面ではＣｕが析出し、アノード電極５０表面ではＣｕが溶解してめっき処理が開始される。めっき膜の諸特性を安定させることを目的に、Ｃｕシード膜４０が着液した直後、電源１７０は定電圧制御から定電流制御に切り替える。
【００１０】
以上のように、従来技術によるめっき装置では、めっき液に浸漬する前からＣｕめっき層とアノード電極との間に待機電圧を印加することで、めっき液との接触時におけるＣｕシード膜の溶解を防止することができる。又、半導体ウエハをめっき液の液面に対して傾斜し、且つ回転して浸漬することで、被めっき面において滞留している気泡を除去することができる。このように、図１Ａに示すようなめっき装置によれば、Ｃｕシード膜の溶解や気泡に起因するボイドの発生を抑制することができ、安定したＣｕ膜を形成することができる。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１２９２９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
近年、テクノロジの微細化にともない、Ｃｕシード膜４０の薄膜化が進んでいる。このため、薄膜化したＣｕシード膜４０の溶解を防止するため、Ｃｕシード膜４０（カソード）とＣｕアノード電極５０との間に、より大きな電圧（待機電圧）を印加して大きな初期電流を流す必要がある。例えば、膜厚が６５ｎｍノードの平均的なＣｕシード膜において、Ｃｕめっきの初期電流密度が３０Ａ／ｍ2程度の場合、ビアまたはトレンチ側壁のＣｕシード膜が溶解し、ビアまたはトレンチ内にボイドが発生する。これを防止する為には、３０Ａ／ｍ2より大きなめっき初期電流密度を発生させる為の待機電圧が必要である。
【００１３】
一方、半導体ウエハを傾斜して浸漬するめっき方法では、半導体ウエハの周辺部が中央部よりも先にめっき液に着液する。図１Ｂを参照して、Ｃｕシード膜４０とめっき液１００が最初に接触する領域（接触領域２００）は、Ｃｕシード膜４０全体に比べて微小面積である。このとき、大きな待機電圧が、Ｃｕシード膜４０（カソード）とＣｕアノード電極５０との間に印加されている場合、接触領域２００に電流が集中し、高い電流密度となる。
【００１４】
図２は、Ｃｕシード膜４０に流れる電流密度Ｉの時間推移を示す図である。Ｃｕシード膜４０がめっき液１００に接触する時刻Ｔ１において接触領域２００に電流が集中する。すなわち、時刻Ｔ１では電流密度Ｉが大きくなり、接触領域２００に大きな電流が流れる。この後、他の領域がめっき液１００に浸漬されると、電流経路は分散されるため、電流密度Ｉは減少し、時刻Ｔ２では、図１Ｃに示すように所定の面積（例えば全ての面積）のＣｕシード膜４０が浸漬され、電流密度Ｉは一定の値となる。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間は短時間であるが、この間、接触領域２００に流れる電流量は、他の領域に比べて大きくなる。単位面積当たりの析出量(めっき金属の膜厚みと比例)は、単位面積当たりの電流量に応じた値となる。このため、接触領域２００、すなわち、半導体ウエハの周辺部の領域には、他の領域よりも多くの銅が析出してしまう。
【００１５】
以上のように、従来技術によるめっき装置では、めっき液と最初に接触する領域において過大電流が発生し、銅が異常析出する。これにより、半導体ウエハの周辺部に埋め込まれるめっき量は中央部よりも多くなり、ウエハ全体に形成されるめっき膜の膜厚は不均一となる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段を構成する技術的事項の記述には、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号が付加されている。但し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。
【００１７】
本発明による電気めっき装置は、ホルダ（２０）、めっき槽（１０）、電源（７０）、スイッチ回路（２３）とを具備する。ホルダ（２０）は、被めっき体（４０）を有する半導体ウエハ（３０）を保持する。めっき槽（１０）アノード電極（５０）を含むめっき液（１００）を保持する。電源（７０）は、被めっき体（４０）とアノード電極との間に定電圧を供給する。スイッチ回路（２３）は、電源（７０）に対して、被めっき体（４０）と並列に接続される。ホルダ（２０）は、スイッチ回路（２３）を介して電源（７０）に接続されるダミーカソード電極（２２）とを備える。ダミーカソード電極（２２）は、ホルダ（２０）がめっき液（１００）内に浸漬される際、被めっき体（４０）より先にめっき液（１００）に接触する位置に露出して設けられる。スイッチ回路（２３）は、ダミーカソード電極（２２）がめっき液（１００）に接した後に、電源（７０）とダミーカソード電極（２２）との接続を遮断する。
【００１８】
このように、被めっき体（４０）とダミーカソード電極（２２）は電源（７０）に並列接続され、被めっき体（４０）より先にダミーカソード電極（２２）がめっき液（１００）に接触するため、接液当初、ダミーカソード電極（２２）に電流が集中する。このため、めっきされる金属の異常析出がダミーカソード電極（２２）で発生する。又、被めっき体（４０）がめっき液（１００）に接触する頃には、電流密度も減少しているため、被めっき体（４０）に対する異常析出を抑制することができる。又、スイッチ回路（２３）がオフ状態になると、被めっき体（４０）表面に析出した金属がめっき液（１００）中に溶解していき、めっき前の表面状態に戻る。
【００１９】
本発明による電気めっき方法は、上述の電気めっき装置を用いて行われる電気めっき方法において、被めっき体（４０）及びダミーカソード電極（２２）のそれぞれと、アノード電極（５０）との間に定電圧を供給しながら、被めっき体（４０）より先にダミーカソード（２２）をめっき液（１００）に浸漬するステップと、ダミーカソード電極（２）がめっき液（１００）に接触した後に、ダミーカソード電極（２２）に対する定電圧の供給を遮断するステップとを具備する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による電気めっき装置、及び電気めっき方法によれば、ボイドの発生を抑止しつつ均一なめっき膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図面において同一、又は類似の参照符号は、同一、類似、又は等価な構成要素を示している。
【００２２】
（構成）
図３Ａ、図４及び図５を参照して、本発明によるめっき装置の構成の詳細を説明する。図３Ａから図３Ｃは、本発明によるＣｕめっき装置の構成及び動作を示す図である。本発明によるめっき装置は、めっき槽１０、ウエハホルダ２０、ホルダ制御装置６０、電源７０を具備する。めっき槽１０は、めっき液１００を保持する内槽１１と、内槽１１からオーバーフローしためっき液１００を保持する外槽１２とを備える。内槽１１内の底面には、Ｃｕアノード電極５０と、めっき液１００を内槽１１に送りこむためのめっき液噴流口１３が設けられる。又、内槽１１からオーバーフローしためっき液１００を廃出するために、外槽１４の底面には、めっき液排液口１４が設けられる。
【００２３】
ウエハホルダ２０は、表面に被めっき体であるＣｕシード膜４０が成膜された半導体ウエハ３０（以下、ウエハ３０と称す）を保持する。Ｃｕシード膜４０は、ウエハ３０の外周領域においてコンタクト２１（通電電極）を介して電源７０に接続される。ウエハ３０の処理表面（Ｃｕシード膜４０）は、ウエハホルダ２０の底面において図面Ｙ軸下向き（液面に対抗する向き）に露出するように保持される。コンタクト２１は、図示しないオーリング等の封止部材で封止される。
【００２４】
本発明によるウエハホルダ２０は、ダミーカソード電極２２とスイッチ回路２３とを更に備える。ダミーカソード電極２２は、ウエハホルダ２０の底面に埋め込まれており、スイッチ回路２３を介して電源７０と接続している。図４は、ウエハホルダをＹ軸方向下方（ウエハ側）から見た底面構造を示す平面図である。図３Ａ及び図４を参照して、ダミーカソード電極２２は、ウエハホルダ２３の外周部に、一部が被めっき面となるように露出して設置される。又、ダミーカソード電極２２は、保持されるウエハ３０の外側の領域に離隔して設けられることが好ましい。更に、ダミーカソード電極２２の形状は、ウエハ３０との距離が一様となる形状が好ましい。通常、ウエハ３０は円形であるため、その形状は円形（リング形）であることが好ましい。コンタクト２１は、ウエハ２０の外縁部のコンタクト形成領域２５に形成される。
【００２５】
ダミーカソード電極２２は、図４に示すように、ウエハ３０を囲むように１つの電極（金属板又は金属膜）で形成されていても良いし、図５に示すように、複数の電極（金属板又は金属膜）で形成されていても良い。この場合、複数の電極はそれぞれスイッチ回路２３の一端に共通接続される。又、図示しないが、ダミーカソード電極２２は、被めっき面となる露出部分がある程度の表面積を有するように配置されれば配線によって構成されても良い。ダミーカソード電極２２をウエハ３０の外周部に設ける場合、ダミーカソード電極２２の直径は、ウエハの直径より大きい事が必要である。現在、３００ｍｍウエハが主流になりつつあるため、直径が３００ｍｍより大きなダミーカソード電極２２を設ける必要がある。しかし、このような大きさで表面が均一なダミーカソード電極２２を１つのパーツで構成するのは製造の観点から難しく、且つ高コストとなる。このため、図５に示す一例のように複数に分割された金属板（金属膜）によってダミーカソード電極２２が構成されていれば、高精度で、低コストの部材供給が可能となる。
【００２６】
ダミーカソード電極２２の材質はＰｔ、Ｔｉ、ＳＵＳ等、めっき液１００中の硫酸に耐性を持つ金属が好ましい。ダミーカソード電極２２のサイズは、内径がウエハ直径より１ｍｍ〜１０ｍｍ大きい事が好ましく、その径方向の幅は、めっき液１００に接触した際、銅が異常析出する領域より大きいことが必要である。すなわち、ウエハ３０（Ｃｕシード膜４０）が着液した際の電流密度が、銅の異常析出を起こさない大きさとなるように、ダミーカソード電極２２の大きさ（被めっき面となる表面積）を設定することが好ましい。このため、ダミーカソード電極２２の径方向の幅は、５ｍｍ〜２０ｍｍが好ましい。
【００２７】
スイッチ回路２３は、電源７０とダミーカソード電極２２との間に接続され、電源７０とダミーカソード電極２２との接続を制御する。スイッチ回路２３がオン状態のとき、ダミーカソード電極２２と、コンタクト２１（Ｃｕシード膜４０）とは電源に共通接続される。この際、電源７０は、共通の定電圧をダミーカソード電極２２及びＣｕシード膜４０に印加する。スイッチ回路２３がオフ状態のとき、ダミーカソード電極２２と電源７０との接続は切断される。尚、スイッチ回路２３は、ウエハホルダ２０の外部に設けられても良い。
【００２８】
電源７０は、Ｃｕアノード電極５０とＣｕシード膜４０（カソード）又はダミーカソード電極２２との間に一定の電圧を印加する。電源７０は、Ｃｕアノード電極５０に高電圧、Ｃｕシード膜４０（カソード）又はダミーカソード電極２２に低電圧を印加する。更に、めっき膜の諸特性を安定させることを目的に、Ｃｕシード膜４０がめっき液１００に着液後、電源７０は定電圧制御から定電流制御に切り替えられる。この切り替えは、Ｃｕシード膜４０の着液面積が所定の値となると実行される。例えば、定電圧制御から定電流制御に切り替えは、Ｃｕシード膜４０に流れる電流値に応じて行われても良いし、めっき処理の開始からカウントされた時間に応じて行われても良い。通常、電源７０は、Ｃｕシード膜４０表面の全てがめっき液１００に着液すると、定電圧制御から定電流制御に切り替えられる。又、この切り替え制御は、スイッチ回路２３の切断制御と同時的に行われても良い。
【００２９】
ホルダ制御装置６０は、ウエハホルダ２０の昇降、回転、及び傾斜を制御する。図３Ａ〜図３Ｃを参照して、重力方向をＹ軸、液面方向をＸ軸とすると、ウエハホルダ２０はＹ軸方向に昇降し、Ａ軸周りに回転し、Ｘ軸に対し所定の角度を有するＢ軸にウエハ３０の表面が平行となるように傾斜する。本発明によるホルダ制御装置６０は、ウエハホルダ２０を傾斜及び回転させながらめっき槽１０内に移動し、めっき液１００に浸漬する。Ｃｕシード膜４０の全てがめっき液１００に浸漬されると、ホルダ制御装置６０は、ウエハ３０が液面（Ｃｕアノード電極５０）と平行になるようにウエハホルダ２０を制御する。
【００３０】
（動作）
図３Ａから図３Ｃ、及び図６を参照して、本発明によるめっき装置のめっき処理動作の詳細を説明する。先ず、ウエハホルダ２０がＣｕめっき液１００に接液する以前に、Ｃｕアノード電極５０が陽極、ダミーカソード電極２２、及びＣｕシード膜４０が陰極となるように、電源７０から一定の電圧（待機電圧）が印加される（図６参照、時刻Ｔ０）。この際、スイッチ回路２３はオン状態に制御される。
【００３１】
図３Ａを参照して、ウエハホルダ２０は、めっき液１００に対して所定の角度に傾斜し、回転しながらめっき槽１０内に下降する（図６参照、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１）。この際、Cuシード膜４０とＣｕアノード電極５０との間に上述の待機電圧が印加されながら、ウエハホルダ２０はめっき槽１０内に下降する。
【００３２】
図３Ｂを参照して、時刻Ｔ１においてウエハホルダ２０は、めっき液１００に接触（着液）する。この際、ウエハホルダ２０はめっき液の液面（Ｘ軸方向）に対して傾斜（Ｂ軸方向）しているため、被めっき面であるＣｕシード膜４０よりも先にダミーカソード電極２２がめっき液１００に接触する。ダミーカソード電極２３が着液した瞬間より、ダミーカソード電極３０では銅が析出を開始し、アノード電極５０表面では銅が溶解を開始してめっき処理が行なわれる。図６を参照して、ダミーカソード電極２２に対して一定の待機電圧が印加されているため、めっき液１００と接触した時刻Ｔ１では、ダミーカソード電極２２に電流が集中する。このため、時刻Ｔ１では大きな電流密度Ｉによって、めっき液１００に接触するダミーカソード電極２２の表面に銅が異常析出する。
【００３３】
ウエハホルダ２０が下降を続けると、ダミーカソード電極２２とめっき液１００との接触面積が増加し、更にはＣｕシード膜４０がめっき液１００に接触する（図６参照、時刻Ｔ２）。Ｃｕシード膜４０が着液した瞬間より、Ｃｕシード膜表面では銅が析出を開始し、アノード電極５０表面では銅が溶解を開始してめっき処理が行なわれる。ウエハホルダ２０の下降（時間の経過）にともないめっき液１００に着液するダミーカソード電極２２の面積は増大するため、ダミーカソード電極２２−アノード電極５０間に流れる電流密度Ｉは減少する。これにより、Ｃｕシード膜２２がめっき液１００に接触する時刻Ｔ２における電流密度Ｉは、銅の異常析出が抑制される程度の大きさとなる。
【００３４】
更に、ウエハホルダ２０が下降すると、めっき液１００に着液するカソード（ダミーカソード電極２２、Ｃｕシード膜２２）の面積は増大するため、カソード−アノード電極５０間に流れる電流密度Ｉは減少する。図３Ｃを参照して、Ｃｕシード膜４０における所定の面積がめっき液に浸漬されると、スイッチ回路２３はオフ状態となるように制御され、ダミーカソード電極２２と電源７０との間の接続が遮断される（図６参照、時刻Ｔ３）。例えば、電流密度Ｉが所定の電流密度ｉｔとなったときにスイッチ回路２３はオフ状態に制御される。あるいは、Ｃｕシード膜４０の全てがめっき液１００に浸漬されたときにスイッチ回路２３はオフ状態に制御される。このように、スイッチ回路２３のオンオフ制御は、電流密度Ｉに応じて行われても良いし、ウエハホルダ２０の下降開始からの時間の経過に応じて行われても良い。通常、ウエハホルダ２０とめっき液１００との接触時刻Ｔ１からＣｕシード膜４０の全てが浸漬されるまでの時間は短時間（μ秒オーダー）である。このため、スイッチ回路２３は、ウエハホルダ２０がウエハ液１００に接触直後にオフ状態となるように制御されることが好ましい。
【００３５】
スイッチ回路２３によってダミーカソード電極２３とＣｕアノード電極５０との接続が遮断されると、時刻Ｔ３までにめっき液１００に浸漬されたダミーカソード電極２３が減少するため、電流密度Ｉは上昇する。しかし、Ｃｕシード膜４０の面積に比べて、ダミーカソード電極２３の面積は小さいため、電流密度Ｉの上昇分は小さく、めっき処理に影響を与えることはない。
【００３６】
又、スイッチ回路２３がオフ状態となる時刻Ｔ３と同時的に、電源７０は定電圧制御から定電流制御に切り替えられる。これにより、めっき膜の諸特性は安定する。更に、これに前後して、ウエハホルダ２０は、傾斜状態から（Ｃｕアノード電極５０）と平行な状態（水平状態）に移行する。ウエハ３０とＣｕアノード電極５０が平行な状態となることで、均一なめっき処理を行うことができる。電源７０に対する定電圧制御から定電流制御に切り替え制御は、時刻Ｔ３と同時的に行われても、電流密度Ｉが安定する時刻Ｔ４に行われてもどちらでも良い。又、電流密度Ｉが安定する時刻Ｔ４において、ウエハ３０とＣｕアノード電極５０とが平行となるように制御されても良い。
【００３７】
スイッチ回路２３がオフ状態になると、Ｃｕシード膜４０表面では定電流制御でのＣｕめっき成膜が継続され、ダミーカソード電極３０表面では、時刻Ｔ３までの期間にわずかに析出したＣｕがめっき液１００中に溶解していき、Ｃｕめっき前の表面状態に戻る。又、Ｃｕシード膜４０に対するめっき処理の間、スイッチ回路２３によってダミーカソード電極２３を介して流れる電流は遮断される。これにより、ウエハ３０におけるダミーカソード電極２３周辺領域とウエハ３０の中心領域の電界が均一となり、めっき膜の膜厚を均一にすることができる。
【００３８】
以上のように、本発明では、Ｃｕシード膜４０に接続するコンタクト２１とダミーカソード電極２２は、電源７０とめっき液１００内のＣｕアド−ド電極５０との間に並列接続され、一定の電圧が印加されている。これにより、ダミーカソード電極２２は、Ｃｕシード膜４０とともに被めっき面となる。すなわち、めっき処理の間に被めっき面に流れる電流密度は、めっき液１００に着液したＣｕシード膜４０とダミーカソード電極２２の面積に応じた値となる。本発明によるめっき装置では、所望の被めっき面であるＣｕシード膜４０より先に、ダミーカソード電極２２がめっき液１００と接触するため、ダミーカソード電極２２に大きな電流密度が発生する。又、Ｃｕシード膜４０がめっき液１００に接触するとき、ダミーカソード電極２２の一部が既にめっき液１００に浸漬しているため、電流密度は接触当初に比べ減少している。以上のことから、従来技術で述べた銅の異常析出は、ダミーカソード電極２２において発生し、Ｃｕシード膜４０がめっき液１００に浸漬するときには抑制される。従って、本発明によるめっき装置では、所望のＣｕめっき膜特性を得ることができる。更に、本発明によるめっき装置では、ウエハ３０の表面をめっき液１００の液面に対して傾斜して浸漬しているため、ボイドの発生を抑止しつつ均一なめっき膜を形成することことができる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。ダミーカソード電極２２は、ウエハホルダ２０に保持されるウエハ３０表面より、めっき液１００に突出した位置に設けられることが好ましいが、ウエハ３０より先にめっき液１００に着液すれば、ウエハ３０表面と同一面上に設けられても良い。又、ダミーカソード電極２２の表面において気泡の発生を防止するため、ダミーカソード電極２２の表面とウエハホルダ２０の表面が同一面となるように構成されることが好ましい。更に、本実施の形態では、銅配線をめっきするめっき装置について説明したが、他の金属配線（例えば金配線）をめっきするめっき装置にも適用できる。この場合、被めっき体となるＣｕシード膜４０に替えて他の金属シード層が用いられても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】図１Ａは、従来技術によるめっき装置の構成及びめっき処理の一例を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、従来技術によるめっき装置の構成及びめっき処理の一例を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、従来技術によるめっき装置の構成及びめっき処理の一例を示す図である。
【図２】図２は、従来技術によるめっき処理における電流密度の推移を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明によるめっき装置の実施の形態における構成及びめっき方法を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明によるめっき装置の実施の形態における構成及びめっき方法を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明によるめっき装置の実施の形態における構成及びめっき方法を示す図である。
【図４】図４は、本発明によるウエハホルダの底面構造の一例を示す平面図である。
【図５】図５は、本発明によるウエハホルダの底面構造の一例を示す平面図である。
【図６】図６は、本発明によるめっき処理における電流密度の推移を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０：めっき槽
２０：ウエハホルダ
２１：コンタクト
２２：ダミーカソード電極
２３：スイッチ回路
３０：ウエハ
４０：Ｃｕシード膜
５０：Ｃｕアノード電極
６０：ウエハホルダ制御装置
１００：めっき液
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ上にめっきを施す電気めっき装置、及び電気めっき方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハに対するＣｕダマシン法による配線形成プロセスに於いて、配線パタンの微細化が進むにつれ、ビアやトレンチへの埋設性能の向上が要求されている。ビアやトレンチにＣｕを埋め込む方法として電気めっき法が採用されている。この電気めっき法において、埋設性能の向上を実現するため、従来技術では、Ｃｕシード膜を薄膜化してビアやトレンチのオーバーハングを抑制する手法がとられてきた。
【０００３】
Ｃｕシード膜は、強酸であるＣｕめっき液に触れると溶解してしまう。このため、従来技術では、Ｃｕシード膜がＣｕめっき液に着液（接触）した瞬間に大きな電流を流して即時に成膜を開始することで、Ｃｕシード膜の溶解を防止する手法が行われている。この場合、Ｃｕシード膜がＣｕめっき液に着液する前から、Ｃｕめっき液内のアノード電極とカソード電極（Ｃｕシード膜）との間に電圧（待機電圧）をかけておく必要がある。
【０００４】
電気めっき処理において、被めっき膜をめっき液に浸漬する前から待機電圧を印加することによってシード膜の溶解を抑制し、ボイドのない均一めっきを形成する方法が、例えば、特開２００３−１２９２９４に記載されている（特許文献１参照）。
【０００５】
一方、半導体ウエハをめっき液内に浸漬すると、ビアやトレンチ等の被めっき面に気泡が滞留することがある。このため、半導体ウエハをめっき液に浸漬する際、半導体ウエハを液面に対して傾斜させて入槽する方法が採用されている。
【０００６】
図１Ａから図２を参照して、従来技術によるめっき装置の詳細を説明する。図１Ａから図１Ｃは、従来技術によるＣｕめっき装置の構成及び動作を示す図である。図１Ａを参照して、従来技術によるＣｕメッキ装置は、めっき槽１０、ウエハホルダ１２０、ホルダ制御装置６０、電源１７０を具備する。めっき槽１０は、内槽１１及び外槽１２を備え、内槽１１内の底面には、Ｃｕアノード電極５０と、めっき液１００を内槽１１に送りこむためのめっき液噴流口１３が設けられている。また、内槽１１からオーバーフローしためっき液１００を廃出するために、外槽１４の底面には、めっき液排液口１４が設けられている。
【０００７】
ウエハホルダ１２０は、表面にＣｕシード膜４０が成膜されたウエハ３０を保持する。Ｃｕシード膜４０は、ウエハ３０の外周領域においてコンタクト２１（通電電極）を介して電源１７０に接続される。ウエハ３０の処理表面（Ｃｕシード膜４０）は、ウエハホルダ１２０の底面において図面Ｙ軸下向き（液面に対抗する向き）に露出するように保持され、コンタクト２１は、図示しないオーリング等の封止部材で封止される。電源１７０は、Ｃｕアノード電極５０とＣｕシード膜４０（カソード）との間に一定の電圧を印加する。ホルダ制御装置６０は、ウエハホルダ１２０の昇降、回転、及び傾斜を制御する。
【０００８】
従来技術によるめっき装置では、ウエハ３０をめっき液に浸漬する前からＣｕアノード電極５０とＣｕシード膜４０との間に定電圧（待機電圧）が印加される。ウエハ３０は、待機電圧が印加された状態を維持したまま、めっき液１００に挿入（入槽）される。この際、図１Ｂを参照して、ウエハホルダ１２０は、液面に対して所定の角度で傾斜し、回転しながら下降してめっき液１００に挿入される。これにより、ウエハ３０表面におけるビアやトレンチ等の被めっき部分に存在する気泡を除去することができる。
【０００９】
Ｃｕシード膜４０がめっき液１００に接触（着液）した瞬間より、Ｃｕシード膜４０表面ではＣｕが析出し、アノード電極５０表面ではＣｕが溶解してめっき処理が開始される。めっき膜の諸特性を安定させることを目的に、Ｃｕシード膜４０が着液した直後、電源１７０は定電圧制御から定電流制御に切り替える。
【００１０】
以上のように、従来技術によるめっき装置では、めっき液に浸漬する前からＣｕめっき層とアノード電極との間に待機電圧を印加することで、めっき液との接触時におけるＣｕシード膜の溶解を防止することができる。又、半導体ウエハをめっき液の液面に対して傾斜し、且つ回転して浸漬することで、被めっき面において滞留している気泡を除去することができる。このように、図１Ａに示すようなめっき装置によれば、Ｃｕシード膜の溶解や気泡に起因するボイドの発生を抑制することができ、安定したＣｕ膜を形成することができる。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１２９２９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
近年、テクノロジの微細化にともない、Ｃｕシード膜４０の薄膜化が進んでいる。このため、薄膜化したＣｕシード膜４０の溶解を防止するため、Ｃｕシード膜４０（カソード）とＣｕアノード電極５０との間に、より大きな電圧（待機電圧）を印加して大きな初期電流を流す必要がある。例えば、膜厚が６５ｎｍノードの平均的なＣｕシード膜において、Ｃｕめっきの初期電流密度が３０Ａ／ｍ2程度の場合、ビアまたはトレンチ側壁のＣｕシード膜が溶解し、ビアまたはトレンチ内にボイドが発生する。これを防止する為には、３０Ａ／ｍ2より大きなめっき初期電流密度を発生させる為の待機電圧が必要である。
【００１３】
一方、半導体ウエハを傾斜して浸漬するめっき方法では、半導体ウエハの周辺部が中央部よりも先にめっき液に着液する。図１Ｂを参照して、Ｃｕシード膜４０とめっき液１００が最初に接触する領域（接触領域２００）は、Ｃｕシード膜４０全体に比べて微小面積である。このとき、大きな待機電圧が、Ｃｕシード膜４０（カソード）とＣｕアノード電極５０との間に印加されている場合、接触領域２００に電流が集中し、高い電流密度となる。
【００１４】
図２は、Ｃｕシード膜４０に流れる電流密度Ｉの時間推移を示す図である。Ｃｕシード膜４０がめっき液１００に接触する時刻Ｔ１において接触領域２００に電流が集中する。すなわち、時刻Ｔ１では電流密度Ｉが大きくなり、接触領域２００に大きな電流が流れる。この後、他の領域がめっき液１００に浸漬されると、電流経路は分散されるため、電流密度Ｉは減少し、時刻Ｔ２では、図１Ｃに示すように所定の面積（例えば全ての面積）のＣｕシード膜４０が浸漬され、電流密度Ｉは一定の値となる。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間は短時間であるが、この間、接触領域２００に流れる電流量は、他の領域に比べて大きくなる。単位面積当たりの析出量(めっき金属の膜厚みと比例)は、単位面積当たりの電流量に応じた値となる。このため、接触領域２００、すなわち、半導体ウエハの周辺部の領域には、他の領域よりも多くの銅が析出してしまう。
【００１５】
以上のように、従来技術によるめっき装置では、めっき液と最初に接触する領域において過大電流が発生し、銅が異常析出する。これにより、半導体ウエハの周辺部に埋め込まれるめっき量は中央部よりも多くなり、ウエハ全体に形成されるめっき膜の膜厚は不均一となる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段を構成する技術的事項の記述には、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号が付加されている。但し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。
【００１７】
本発明による電気めっき装置は、ホルダ（２０）、めっき槽（１０）、電源（７０）、スイッチ回路（２３）とを具備する。ホルダ（２０）は、被めっき体（４０）を有する半導体ウエハ（３０）を保持する。めっき槽（１０）アノード電極（５０）を含むめっき液（１００）を保持する。電源（７０）は、被めっき体（４０）とアノード電極との間に定電圧を供給する。スイッチ回路（２３）は、電源（７０）に対して、被めっき体（４０）と並列に接続される。ホルダ（２０）は、スイッチ回路（２３）を介して電源（７０）に接続されるダミーカソード電極（２２）とを備える。ダミーカソード電極（２２）は、ホルダ（２０）がめっき液（１００）内に浸漬される際、被めっき体（４０）より先にめっき液（１００）に接触する位置に露出して設けられる。スイッチ回路（２３）は、ダミーカソード電極（２２）がめっき液（１００）に接した後に、電源（７０）とダミーカソード電極（２２）との接続を遮断する。
【００１８】
このように、被めっき体（４０）とダミーカソード電極（２２）は電源（７０）に並列接続され、被めっき体（４０）より先にダミーカソード電極（２２）がめっき液（１００）に接触するため、接液当初、ダミーカソード電極（２２）に電流が集中する。このため、めっきされる金属の異常析出がダミーカソード電極（２２）で発生する。又、被めっき体（４０）がめっき液（１００）に接触する頃には、電流密度も減少しているため、被めっき体（４０）に対する異常析出を抑制することができる。又、スイッチ回路（２３）がオフ状態になると、被めっき体（４０）表面に析出した金属がめっき液（１００）中に溶解していき、めっき前の表面状態に戻る。
【００１９】
本発明による電気めっき方法は、上述の電気めっき装置を用いて行われる電気めっき方法において、被めっき体（４０）及びダミーカソード電極（２２）のそれぞれと、アノード電極（５０）との間に定電圧を供給しながら、被めっき体（４０）より先にダミーカソード（２２）をめっき液（１００）に浸漬するステップと、ダミーカソード電極（２）がめっき液（１００）に接触した後に、ダミーカソード電極（２２）に対する定電圧の供給を遮断するステップとを具備する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による電気めっき装置、及び電気めっき方法によれば、ボイドの発生を抑止しつつ均一なめっき膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図面において同一、又は類似の参照符号は、同一、類似、又は等価な構成要素を示している。
【００２２】
（構成）
図３Ａ、図４及び図５を参照して、本発明によるめっき装置の構成の詳細を説明する。図３Ａから図３Ｃは、本発明によるＣｕめっき装置の構成及び動作を示す図である。本発明によるめっき装置は、めっき槽１０、ウエハホルダ２０、ホルダ制御装置６０、電源７０を具備する。めっき槽１０は、めっき液１００を保持する内槽１１と、内槽１１からオーバーフローしためっき液１００を保持する外槽１２とを備える。内槽１１内の底面には、Ｃｕアノード電極５０と、めっき液１００を内槽１１に送りこむためのめっき液噴流口１３が設けられる。又、内槽１１からオーバーフローしためっき液１００を廃出するために、外槽１４の底面には、めっき液排液口１４が設けられる。
【００２３】
ウエハホルダ２０は、表面に被めっき体であるＣｕシード膜４０が成膜された半導体ウエハ３０（以下、ウエハ３０と称す）を保持する。Ｃｕシード膜４０は、ウエハ３０の外周領域においてコンタクト２１（通電電極）を介して電源７０に接続される。ウエハ３０の処理表面（Ｃｕシード膜４０）は、ウエハホルダ２０の底面において図面Ｙ軸下向き（液面に対抗する向き）に露出するように保持される。コンタクト２１は、図示しないオーリング等の封止部材で封止される。
【００２４】
本発明によるウエハホルダ２０は、ダミーカソード電極２２とスイッチ回路２３とを更に備える。ダミーカソード電極２２は、ウエハホルダ２０の底面に埋め込まれており、スイッチ回路２３を介して電源７０と接続している。図４は、ウエハホルダをＹ軸方向下方（ウエハ側）から見た底面構造を示す平面図である。図３Ａ及び図４を参照して、ダミーカソード電極２２は、ウエハホルダ２３の外周部に、一部が被めっき面となるように露出して設置される。又、ダミーカソード電極２２は、保持されるウエハ３０の外側の領域に離隔して設けられることが好ましい。更に、ダミーカソード電極２２の形状は、ウエハ３０との距離が一様となる形状が好ましい。通常、ウエハ３０は円形であるため、その形状は円形（リング形）であることが好ましい。コンタクト２１は、ウエハ２０の外縁部のコンタクト形成領域２５に形成される。
【００２５】
ダミーカソード電極２２は、図４に示すように、ウエハ３０を囲むように１つの電極（金属板又は金属膜）で形成されていても良いし、図５に示すように、複数の電極（金属板又は金属膜）で形成されていても良い。この場合、複数の電極はそれぞれスイッチ回路２３の一端に共通接続される。又、図示しないが、ダミーカソード電極２２は、被めっき面となる露出部分がある程度の表面積を有するように配置されれば配線によって構成されても良い。ダミーカソード電極２２をウエハ３０の外周部に設ける場合、ダミーカソード電極２２の直径は、ウエハの直径より大きい事が必要である。現在、３００ｍｍウエハが主流になりつつあるため、直径が３００ｍｍより大きなダミーカソード電極２２を設ける必要がある。しかし、このような大きさで表面が均一なダミーカソード電極２２を１つのパーツで構成するのは製造の観点から難しく、且つ高コストとなる。このため、図５に示す一例のように複数に分割された金属板（金属膜）によってダミーカソード電極２２が構成されていれば、高精度で、低コストの部材供給が可能となる。
【００２６】
ダミーカソード電極２２の材質はＰｔ、Ｔｉ、ＳＵＳ等、めっき液１００中の硫酸に耐性を持つ金属が好ましい。ダミーカソード電極２２のサイズは、内径がウエハ直径より１ｍｍ〜１０ｍｍ大きい事が好ましく、その径方向の幅は、めっき液１００に接触した際、銅が異常析出する領域より大きいことが必要である。すなわち、ウエハ３０（Ｃｕシード膜４０）が着液した際の電流密度が、銅の異常析出を起こさない大きさとなるように、ダミーカソード電極２２の大きさ（被めっき面となる表面積）を設定することが好ましい。このため、ダミーカソード電極２２の径方向の幅は、５ｍｍ〜２０ｍｍが好ましい。
【００２７】
スイッチ回路２３は、電源７０とダミーカソード電極２２との間に接続され、電源７０とダミーカソード電極２２との接続を制御する。スイッチ回路２３がオン状態のとき、ダミーカソード電極２２と、コンタクト２１（Ｃｕシード膜４０）とは電源に共通接続される。この際、電源７０は、共通の定電圧をダミーカソード電極２２及びＣｕシード膜４０に印加する。スイッチ回路２３がオフ状態のとき、ダミーカソード電極２２と電源７０との接続は切断される。尚、スイッチ回路２３は、ウエハホルダ２０の外部に設けられても良い。
【００２８】
電源７０は、Ｃｕアノード電極５０とＣｕシード膜４０（カソード）又はダミーカソード電極２２との間に一定の電圧を印加する。電源７０は、Ｃｕアノード電極５０に高電圧、Ｃｕシード膜４０（カソード）又はダミーカソード電極２２に低電圧を印加する。更に、めっき膜の諸特性を安定させることを目的に、Ｃｕシード膜４０がめっき液１００に着液後、電源７０は定電圧制御から定電流制御に切り替えられる。この切り替えは、Ｃｕシード膜４０の着液面積が所定の値となると実行される。例えば、定電圧制御から定電流制御に切り替えは、Ｃｕシード膜４０に流れる電流値に応じて行われても良いし、めっき処理の開始からカウントされた時間に応じて行われても良い。通常、電源７０は、Ｃｕシード膜４０表面の全てがめっき液１００に着液すると、定電圧制御から定電流制御に切り替えられる。又、この切り替え制御は、スイッチ回路２３の切断制御と同時的に行われても良い。
【００２９】
ホルダ制御装置６０は、ウエハホルダ２０の昇降、回転、及び傾斜を制御する。図３Ａ〜図３Ｃを参照して、重力方向をＹ軸、液面方向をＸ軸とすると、ウエハホルダ２０はＹ軸方向に昇降し、Ａ軸周りに回転し、Ｘ軸に対し所定の角度を有するＢ軸にウエハ３０の表面が平行となるように傾斜する。本発明によるホルダ制御装置６０は、ウエハホルダ２０を傾斜及び回転させながらめっき槽１０内に移動し、めっき液１００に浸漬する。Ｃｕシード膜４０の全てがめっき液１００に浸漬されると、ホルダ制御装置６０は、ウエハ３０が液面（Ｃｕアノード電極５０）と平行になるようにウエハホルダ２０を制御する。
【００３０】
（動作）
図３Ａから図３Ｃ、及び図６を参照して、本発明によるめっき装置のめっき処理動作の詳細を説明する。先ず、ウエハホルダ２０がＣｕめっき液１００に接液する以前に、Ｃｕアノード電極５０が陽極、ダミーカソード電極２２、及びＣｕシード膜４０が陰極となるように、電源７０から一定の電圧（待機電圧）が印加される（図６参照、時刻Ｔ０）。この際、スイッチ回路２３はオン状態に制御される。
【００３１】
図３Ａを参照して、ウエハホルダ２０は、めっき液１００に対して所定の角度に傾斜し、回転しながらめっき槽１０内に下降する（図６参照、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１）。この際、Cuシード膜４０とＣｕアノード電極５０との間に上述の待機電圧が印加されながら、ウエハホルダ２０はめっき槽１０内に下降する。
【００３２】
図３Ｂを参照して、時刻Ｔ１においてウエハホルダ２０は、めっき液１００に接触（着液）する。この際、ウエハホルダ２０はめっき液の液面（Ｘ軸方向）に対して傾斜（Ｂ軸方向）しているため、被めっき面であるＣｕシード膜４０よりも先にダミーカソード電極２２がめっき液１００に接触する。ダミーカソード電極２３が着液した瞬間より、ダミーカソード電極３０では銅が析出を開始し、アノード電極５０表面では銅が溶解を開始してめっき処理が行なわれる。図６を参照して、ダミーカソード電極２２に対して一定の待機電圧が印加されているため、めっき液１００と接触した時刻Ｔ１では、ダミーカソード電極２２に電流が集中する。このため、時刻Ｔ１では大きな電流密度Ｉによって、めっき液１００に接触するダミーカソード電極２２の表面に銅が異常析出する。
【００３３】
ウエハホルダ２０が下降を続けると、ダミーカソード電極２２とめっき液１００との接触面積が増加し、更にはＣｕシード膜４０がめっき液１００に接触する（図６参照、時刻Ｔ２）。Ｃｕシード膜４０が着液した瞬間より、Ｃｕシード膜表面では銅が析出を開始し、アノード電極５０表面では銅が溶解を開始してめっき処理が行なわれる。ウエハホルダ２０の下降（時間の経過）にともないめっき液１００に着液するダミーカソード電極２２の面積は増大するため、ダミーカソード電極２２−アノード電極５０間に流れる電流密度Ｉは減少する。これにより、Ｃｕシード膜２２がめっき液１００に接触する時刻Ｔ２における電流密度Ｉは、銅の異常析出が抑制される程度の大きさとなる。
【００３４】
更に、ウエハホルダ２０が下降すると、めっき液１００に着液するカソード（ダミーカソード電極２２、Ｃｕシード膜２２）の面積は増大するため、カソード−アノード電極５０間に流れる電流密度Ｉは減少する。図３Ｃを参照して、Ｃｕシード膜４０における所定の面積がめっき液に浸漬されると、スイッチ回路２３はオフ状態となるように制御され、ダミーカソード電極２２と電源７０との間の接続が遮断される（図６参照、時刻Ｔ３）。例えば、電流密度Ｉが所定の電流密度ｉｔとなったときにスイッチ回路２３はオフ状態に制御される。あるいは、Ｃｕシード膜４０の全てがめっき液１００に浸漬されたときにスイッチ回路２３はオフ状態に制御される。このように、スイッチ回路２３のオンオフ制御は、電流密度Ｉに応じて行われても良いし、ウエハホルダ２０の下降開始からの時間の経過に応じて行われても良い。通常、ウエハホルダ２０とめっき液１００との接触時刻Ｔ１からＣｕシード膜４０の全てが浸漬されるまでの時間は短時間（μ秒オーダー）である。このため、スイッチ回路２３は、ウエハホルダ２０がウエハ液１００に接触直後にオフ状態となるように制御されることが好ましい。
【００３５】
スイッチ回路２３によってダミーカソード電極２３とＣｕアノード電極５０との接続が遮断されると、時刻Ｔ３までにめっき液１００に浸漬されたダミーカソード電極２３が減少するため、電流密度Ｉは上昇する。しかし、Ｃｕシード膜４０の面積に比べて、ダミーカソード電極２３の面積は小さいため、電流密度Ｉの上昇分は小さく、めっき処理に影響を与えることはない。
【００３６】
又、スイッチ回路２３がオフ状態となる時刻Ｔ３と同時的に、電源７０は定電圧制御から定電流制御に切り替えられる。これにより、めっき膜の諸特性は安定する。更に、これに前後して、ウエハホルダ２０は、傾斜状態から（Ｃｕアノード電極５０）と平行な状態（水平状態）に移行する。ウエハ３０とＣｕアノード電極５０が平行な状態となることで、均一なめっき処理を行うことができる。電源７０に対する定電圧制御から定電流制御に切り替え制御は、時刻Ｔ３と同時的に行われても、電流密度Ｉが安定する時刻Ｔ４に行われてもどちらでも良い。又、電流密度Ｉが安定する時刻Ｔ４において、ウエハ３０とＣｕアノード電極５０とが平行となるように制御されても良い。
【００３７】
スイッチ回路２３がオフ状態になると、Ｃｕシード膜４０表面では定電流制御でのＣｕめっき成膜が継続され、ダミーカソード電極３０表面では、時刻Ｔ３までの期間にわずかに析出したＣｕがめっき液１００中に溶解していき、Ｃｕめっき前の表面状態に戻る。又、Ｃｕシード膜４０に対するめっき処理の間、スイッチ回路２３によってダミーカソード電極２３を介して流れる電流は遮断される。これにより、ウエハ３０におけるダミーカソード電極２３周辺領域とウエハ３０の中心領域の電界が均一となり、めっき膜の膜厚を均一にすることができる。
【００３８】
以上のように、本発明では、Ｃｕシード膜４０に接続するコンタクト２１とダミーカソード電極２２は、電源７０とめっき液１００内のＣｕアド−ド電極５０との間に並列接続され、一定の電圧が印加されている。これにより、ダミーカソード電極２２は、Ｃｕシード膜４０とともに被めっき面となる。すなわち、めっき処理の間に被めっき面に流れる電流密度は、めっき液１００に着液したＣｕシード膜４０とダミーカソード電極２２の面積に応じた値となる。本発明によるめっき装置では、所望の被めっき面であるＣｕシード膜４０より先に、ダミーカソード電極２２がめっき液１００と接触するため、ダミーカソード電極２２に大きな電流密度が発生する。又、Ｃｕシード膜４０がめっき液１００に接触するとき、ダミーカソード電極２２の一部が既にめっき液１００に浸漬しているため、電流密度は接触当初に比べ減少している。以上のことから、従来技術で述べた銅の異常析出は、ダミーカソード電極２２において発生し、Ｃｕシード膜４０がめっき液１００に浸漬するときには抑制される。従って、本発明によるめっき装置では、所望のＣｕめっき膜特性を得ることができる。更に、本発明によるめっき装置では、ウエハ３０の表面をめっき液１００の液面に対して傾斜して浸漬しているため、ボイドの発生を抑止しつつ均一なめっき膜を形成することことができる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。ダミーカソード電極２２は、ウエハホルダ２０に保持されるウエハ３０表面より、めっき液１００に突出した位置に設けられることが好ましいが、ウエハ３０より先にめっき液１００に着液すれば、ウエハ３０表面と同一面上に設けられても良い。又、ダミーカソード電極２２の表面において気泡の発生を防止するため、ダミーカソード電極２２の表面とウエハホルダ２０の表面が同一面となるように構成されることが好ましい。更に、本実施の形態では、銅配線をめっきするめっき装置について説明したが、他の金属配線（例えば金配線）をめっきするめっき装置にも適用できる。この場合、被めっき体となるＣｕシード膜４０に替えて他の金属シード層が用いられても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】図１Ａは、従来技術によるめっき装置の構成及びめっき処理の一例を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、従来技術によるめっき装置の構成及びめっき処理の一例を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、従来技術によるめっき装置の構成及びめっき処理の一例を示す図である。
【図２】図２は、従来技術によるめっき処理における電流密度の推移を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明によるめっき装置の実施の形態における構成及びめっき方法を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明によるめっき装置の実施の形態における構成及びめっき方法を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明によるめっき装置の実施の形態における構成及びめっき方法を示す図である。
【図４】図４は、本発明によるウエハホルダの底面構造の一例を示す平面図である。
【図５】図５は、本発明によるウエハホルダの底面構造の一例を示す平面図である。
【図６】図６は、本発明によるめっき処理における電流密度の推移を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０：めっき槽
２０：ウエハホルダ
２１：コンタクト
２２：ダミーカソード電極
２３：スイッチ回路
３０：ウエハ
４０：Ｃｕシード膜
５０：Ｃｕアノード電極
６０：ウエハホルダ制御装置
１００：めっき液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被めっき体を有する半導体ウエハを保持するホルダと、
アノード電極を含むめっき液を保持するめっき槽と、
前記被めっき体と前記アノード電極との間に定電圧を供給する電源と、
前記電源に対して、前記被めっき体と並列に接続される前記スイッチ回路と、
を具備し、
前記ホルダは、前記スイッチ回路を介して前記電源に接続されるダミーカソード電極とを備え、
前記ダミーカソード電極は、前記ホルダが前記めっき液内に浸漬される際、前記被めっき体より先に前記めっき液に接触する位置に露出して設けられ、
前記スイッチ回路は、前記ダミーカソード電極が前記めっき液に接した後に、前記電源と前記ダミーカソード電極との接続を遮断する
電気めっき装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電気めっき装置において、
前記ダミーカソード電極は、前記ホルダが保持する前記半導体ウエハの外周領域に設けられる
電気めっき装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電気めっき装置において、
前記スイッチ回路は、前記ダミーカソード電極が前記めっき溶液に接触してから、前記カソード電極と前記電源との間の電流が所定の値となった後に、前記ダミーカソード電極と前記電源との接続を遮断する
電気めっき装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電気めっき装置において、
前記スイッチ回路は、前記ダミーカソード電極が前記めっき溶液に接触してから所定の時間が経過すると、前記ダミーカソード電極と前記電源との接続を遮断する
電気めっき装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の電気めっき装置において、
前記アノード電極は、銅を含む
電気めっき装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の電気めっき装置を用いて行われる電気めっき方法において、
前記被めっき体及び前記ダミーカソード電極のそれぞれと、前記アノード電極との間に定電圧を供給しながら、前記被めっき体より先に前記ダミーカソードを前記めっき液に浸漬するステップと、
前記ダミーカソード電極が前記めっき液に接触した後に、前記ダミーカソード電極に対する前記定電圧の供給を遮断するステップと、
を具備する
電気めっき方法。
【請求項７】
請求項６に記載の電気めっき方法において、
前記めっき液に浸漬するステップは、前記半導体ウエハの表面と前記めっき液の液面とが非平行な状態を保ちながら、前記半導体ウエハを保持した前記ホルダを前記めっき液に浸漬するステップを備える
電気めっき方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の電気めっき方法において、
前記被めっき体と前記アノード電極との間の電流値を測定するステップを更に具備し、
前記定電圧の供給を遮断するステップは、前記電流値が所定の値となると、前記ダミーカソード電極に対する前記定電圧の供給を遮断するステップを備える
電気めっき方法。
【請求項１】
被めっき体を有する半導体ウエハを保持するホルダと、
アノード電極を含むめっき液を保持するめっき槽と、
前記被めっき体と前記アノード電極との間に定電圧を供給する電源と、
前記電源に対して、前記被めっき体と並列に接続される前記スイッチ回路と、
を具備し、
前記ホルダは、前記スイッチ回路を介して前記電源に接続されるダミーカソード電極とを備え、
前記ダミーカソード電極は、前記ホルダが前記めっき液内に浸漬される際、前記被めっき体より先に前記めっき液に接触する位置に露出して設けられ、
前記スイッチ回路は、前記ダミーカソード電極が前記めっき液に接した後に、前記電源と前記ダミーカソード電極との接続を遮断する
電気めっき装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電気めっき装置において、
前記ダミーカソード電極は、前記ホルダが保持する前記半導体ウエハの外周領域に設けられる
電気めっき装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電気めっき装置において、
前記スイッチ回路は、前記ダミーカソード電極が前記めっき溶液に接触してから、前記カソード電極と前記電源との間の電流が所定の値となった後に、前記ダミーカソード電極と前記電源との接続を遮断する
電気めっき装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電気めっき装置において、
前記スイッチ回路は、前記ダミーカソード電極が前記めっき溶液に接触してから所定の時間が経過すると、前記ダミーカソード電極と前記電源との接続を遮断する
電気めっき装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の電気めっき装置において、
前記アノード電極は、銅を含む
電気めっき装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の電気めっき装置を用いて行われる電気めっき方法において、
前記被めっき体及び前記ダミーカソード電極のそれぞれと、前記アノード電極との間に定電圧を供給しながら、前記被めっき体より先に前記ダミーカソードを前記めっき液に浸漬するステップと、
前記ダミーカソード電極が前記めっき液に接触した後に、前記ダミーカソード電極に対する前記定電圧の供給を遮断するステップと、
を具備する
電気めっき方法。
【請求項７】
請求項６に記載の電気めっき方法において、
前記めっき液に浸漬するステップは、前記半導体ウエハの表面と前記めっき液の液面とが非平行な状態を保ちながら、前記半導体ウエハを保持した前記ホルダを前記めっき液に浸漬するステップを備える
電気めっき方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の電気めっき方法において、
前記被めっき体と前記アノード電極との間の電流値を測定するステップを更に具備し、
前記定電圧の供給を遮断するステップは、前記電流値が所定の値となると、前記ダミーカソード電極に対する前記定電圧の供給を遮断するステップを備える
電気めっき方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２９３０８８（Ｐ２００９−２９３０８８Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４８７６４（Ｐ２００８−１４８７６４）
【出願日】平成２０年６月６日（２００８．６．６）
【出願人】（３０２０６２９３１）ＮＥＣエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月６日（２００８．６．６）
【出願人】（３０２０６２９３１）ＮＥＣエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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