JP2001049498A

JP2001049498A - めっき装置

Info

Publication number: JP2001049498A
Application number: JP11226466A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Sasabe; 憲一笹部; Akihisa Hongo; 明久本郷; Satoshi Sendai; 敏千代; Masaya Tomioka; 賢哉富岡; Katsumi Tsuda; 勝巳津田; Sumiyasu Yamakawa; 純逸山川
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2001-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】被めっき基板のめっき面に気泡が付着するこ
となく、被めっき基板交換時にも陽極電極がめっき液か
ら空気中に露出することがなく、陽極電極表面に付着し
たブラックフィルムを安定した状態に維持することがで
き、品質のよいめっきを行なうことができるめっき装置
を提供すること。【解決手段】被めっき基板１７をそのめっきを施す面
を上に向けて配置し、該めっきを施す面に対向させて陽
極電極板１４を配置し、該被めっき基板１７と陽極電極
板１４の間にイオン交換樹脂又は多孔性中性膜１１を配
置し、陽極電極板側を陽極室１２、被めっき基板側をめ
っき液室１３として隔離し、該めっき液室１３の下面に
多孔板１５を設け、陽極室１２には所定の液を、めっき
液室１３にはめっき液を導入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウエハ等の被
めっき基板に金属めっきを施すめっき装置に関し、特に
被めっき基板の面に配線用の微細な溝や穴が形成された
被めっき基板の該溝や穴を銅めっき等の金属めっきで埋
め込むのに好適なめっき装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体ウエハ等の表面に配線用の
溝や穴が形成された被めっき基板の該溝や穴等を埋める
のに、銅めっき等の金属めっき装置を用い、金属めっき
で該溝や穴を埋める手法が採用されている。従来、この
種のめっき装置として、フェースダウン方式の噴流めっ
き装置がある。

【０００３】上記フェースダウン方式の噴流めっき装置
は図１に示すように、めっき装置１００のめっき槽１０
１の上部に半導体ウエハ等の被めっき基板１０２をその
めっき面を下向きに配置し、めっき液貯留槽１０４内の
めっき液Ｑ₁をポンプ１０５によりフィルタ１０６、め
っき液供給管１０７を通して、めっき槽１０１の低部か
ら噴出させ、被めっき基板１０２のめっき面に垂直にめ
っき液Ｑ₁の噴流を当てている。

【０００４】めっき槽１０１をオーバーフローしためっ
き液Ｑ₁はめっき槽１０１の外側に配置されためっき液
受樋１０８により回収される。陽極電極１１０と陰極電
極（被めっき基板のめっき面）の間にめっき電源１０９
から所定の電圧を印加することにより、該陽極電極１１
０と被めっき基板１０２の間にめっき電流が流れ、被め
っき基板１０２のめっき面にめっき膜が形成される。

【０００５】半導体ウエハの表面に配線やバンプを形成
する方法として、噴流めっきは半導体ウエハ全体をめっ
き液に浸漬する浸漬めっきに対して基板の裏面をレジス
トなどで覆う必要がないという利点を有する。しかし多
層配線に銅の電解めっきを用いる場合、銅は半導体ウエ
ハ内部できわめて拡散性が高いため、銅配線めっきにお
いては半導体ウエハの裏面や側面にもめっき液が付着す
ることを厳重に防止する必要がある。

【０００６】このため図１に示すように、半導体ウエハ
等を被めっき基板１０２を基板保持具１０３に保持し、
シール部材によって裏面や側面にめっき液が付着しない
ようにシールし、この被めっき基板のめっき面を下に向
けて噴流めっきを行う方法もとられている。しかしなが
ら、被めっき基板１０２を基板保持具１０３に装着して
めっき面に向けてめっきを行うことは、めっき面表面に
気泡が付着しやすいという問題があった。

【０００７】一方、含リン銅を陽極電極とした電解めっ
きにおいては、陽極電極表面にブラックフィルムが形成
され、該ブラックフィルムを一定の状態に保つことがめ
っき品質を保つ上で重要である。被めっき基板のめっき
面を上に向けてめっきを行う場合には、被めっき基板の
交換時に被めっき基板より上に位置する陽極電極がめっ
き液面から空気中に露出し、これにより陽極電極表面に
形成されたブラックフィルムの状態を一定に保つことが
困難であった。

【０００８】また、一旦形成されたブラックフィルムが
陽極電極表面から剥離し、微小なパーティクルとしてめ
っき表面に付着し、めっき品質を損なうことがあり、特
に上方に陽極電極板を設ける場合には、剥離片が陽極電
極から落下して、めっき表面に付着する危険が高い。陽
極電極を不溶解性にした場合、めっき液が陽極表面に触
れるとめっき液中の添加剤が酸化分解し、消費が著しく
上昇するという問題もある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、上記問題点を除去し、フェースア
ップ方式のめっきの特徴である気泡除去の容易さを活か
しながら、被めっき基板交換時にも陽極電極がめっき液
から空気中に露出することがなく、陽極電極表面に付着
したブラックフィルムを安定した状態に維持することが
でき、品質のよいめっきを行な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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、被めっき基板をそのめっきを
施す面を上に向けて配置し、該めっきを施す面に対向さ
せて陽極電極板を配置し、該被めっき基板と陽極電極板
の間にイオン交換樹脂又は多孔性中性膜を配置し、陽極
電極板側を陽極室、被めっき基板側をめっき液室として
隔離し、該陽極室には所定の液を、該めっき液室にめっ
き液を導入するようにめっき装置を構成した。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
めっき装置において、めっき液室の下面に多孔板を設
け、該多孔板を通してめっき液室のめっき液を被めっき
基板のめっきを施す面に流下させることを特徴とする。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載のめっき装置において、被めっき基板が水平面内
でめっき液室に対して相対運動を行うことを特徴とす
る。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１又は２
又は３に記載のめっき装置において、陽極電極板は含リ
ン銅からなる溶解性の陽極電極板であり、陽極室にはめ
っき液を導入することを特徴とする。

【００１４】上記のように被めっき基板のめっきを施す
面を上に向けて配置しているので、めっき面に気泡が付
着するのを防止できると同時に、陽極電極板と被めっき
基板のめっきを施す面の間にイオン交換樹脂又は多孔性
中性膜を配置して陽極室とめっき液室を隔離したので、
通常の被めっき基板の交換時、陽極室は所定の液で満た
されているから、陽極電極板が空気中に露出することな
く、陽極電極板の表面に形成されたブラックフィルムを
安定な状態に維持することができる。

【００１５】また、陽極電極板と被めっき基板のめっき
面との間をイオン交換膜又は多孔性中性膜により隔離す
ることにより、ブラックフィルムが陽極電極板表面から
剥離して微小なパーティクルとしてめっき表面に付着す
るのを防止することができる。

【００１６】請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４
のいずれか１項に記載のめっき装置において、陽極電極
板は不溶解性の陽極電極板であり、陽極室に導入する液
はめっき液又はめっき液を構成する別の導電性液である
ことを特徴とする。

【００１７】上記のように陽極電極板に不溶解性電極を
用いることにより、陽極電極板のメンテナンスを不要に
するとともに、ブラックフィルムのようなパーティクル
の発生を防止する。また、陽極室の液をめっき液室とは
別循環させることで、めっき液室の添加剤を酸化分解さ
せることを防止できる。また、陽極室内の液は陽極電極
板とイオン交換膜又は多孔性中性膜の間を電荷を移動さ
せるための電解液として、めっき液又はめっき液を構成
する別の導電性液を用いる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図２は本発明に係るめっき装置
の構成例を示す図である。図２において、１０はめっき
槽本体であり、該めっき槽本体１０内には下面に開口す
る空間が形成され、該空間の中央部に多孔性中性膜１１
が配置され、該空間を陽極室１２とめっき液室１３に隔
離している。陽極室１２の上部には含リン銅からなる溶
解性の陽極電極板１４が配置され、配線１８によりめっ
き電源１９の陽極側に接続されている。

【００１９】めっき液貯留槽２２からポンプ２３でめっ
き槽本体１０の上方から供給されためっき液Ｑ₁は複数
に分岐されためっき液供給路１６を通ってめっき液室１
３にその周囲から流入する。めっき液室１３の下面には
多数の孔が形成された多孔板１５が配置されている。め
っき液室１３のめっき液Ｑ₁は該多孔板１５を通って、
めっき槽本体１０の直下に配置された被めっき基板１７
のめっきを施す面上に流下する。

【００２０】陽極電極板１４及び多孔性中性膜１１の大
きさは被めっき基板１７のめっきを施す面の大きさと略
同じ大きさになっている。陽極室１２の側壁にはめっき
液の流入口２０と流出口２１が設けられ、めっき液Ｑ₁
が該陽極室１２とめっき液貯留槽２２との間をポンプ２
４で循環している。

【００２１】被めっき基板１７はめっきを施す面を上に
向けて基板保持具２５で保持されている。基板保持具２
５は図３に示すように、基板保持ケース２８を具備し、
該基板保持ケース２８の内部に被めっき基板１７を載置
するための基板載置台２８ａが設けられ、側部に被めっ
き基板１７を出し入れするための基板出し入れ口２８ｂ
が設けられている。

【００２２】また、基板保持ケース２８の中心部下方に
は基板保持具回転軸３１が設けられ、その内部には基板
押え板２９が収容されている。該基板押え板２９の中心
下部には基板押え軸３０が設けられ、該基板押え軸３０
は基板保持具回転軸３１の中央部に設けられた貫通孔を
貫通している。

【００２３】基板保持ケース２８の上端内周部にはシー
ル部材２６が設けられており、被めっき基板１７のめっ
きを施す面の周囲に該シール部材２６を当接し、被めっ
き基板１７の裏面及び側面を液密にシールしている。被
めっき基板１７のめっき液に触れない外周部にカソード
ピン２７が当接し、該カソードピン２７は配線１８によ
りめっき電源１９の陰極側に接続されている。

【００２４】基板保持具２５はモータ３２により基板保
持具回転軸３１を中心に水平面内で回転すると共に、基
板保持具上下駆動機構３３により上下動できるようにな
っている。また、基板押え板２９は基板押え軸上下駆動
機構３４により、基板押え軸３０を介して上下動できる
ようになっている。被めっき基板１７は基板保持ケース
２８内に収容されて、基板押え板２９によりシール部材
２６及びカソードピン２７に押え付けられる。

【００２５】めっき液室１３のめっき液Ｑ₁は多孔板１
５を通して流下し、被めっき基板１７のめっきを施す面
上を流れ、めっき槽本体１０と基板保持具２５の間から
受け皿３５内に流出する。受け皿３５に回収されためっ
き液はフィルタ３６を通してめっき液貯留槽２２に送ら
れる。めっき液貯留槽２２では、陽極室１２から流入す
るめっき液と混合し、ポンプ２３、ポンプ２４によって
陽極室１２、めっき液室１３へ供給される。

【００２６】めっき開始時には、基板保持具２５の基板
押え板２９を下降させ（図３のＡ位置）、基板保持ケー
ス２８の基板出し入れ口２８ｂから被めっき基板１７を
めっきを施す面を上にしてロボットハンド（図示せず）
により挿入し、基板保持ケース２８の内壁に設けられた
基板載置台２８ａの上に載置する。この状態で基板押え
軸上下駆動機構３４により基板押え板２９を上昇させ、
被めっき基板１７をシール部材２６及びカソードピン２
７に当接させて固定する。

【００２７】次に、基板保持具２５を上昇させ、めっき
槽本体１０の下に、数ｍｍの間隔を空けて配置させる。
この間隔はめっき液室１３に供給するめっき液Ｑ₁がめ
っき槽本体１０と基板保持具２５との間を満たして流出
する程度とする。この間隙が広すぎると、被めっき基板
１７上のめっき液は遠心力により外周部に流れ去り、中
央部はめっき液が少ない状態となるため、均一なめっき
が難しくなる。基板保持具２５の位置が定まったら、め
っき液室１３及び陽極室１２にめっき液を供給し、被め
っき基板１７を回転させて、陽極電極板１４とカソード
ピン２７の間にめっき電流を流して電解めっきを開始す
る。

【００２８】めっき処理が終了し、めっき液の供給を停
止するとめっき液室１３のめっき液は多孔板１５を通し
て流出するが、陽極室１２のめっき液は多孔性中性膜１
１によって遮られているため、流出速度は極めて遅く、
通常の被めっき基板１７の交換の間では陽極電極板１４
はめっき液の中に浸漬されたままで、空気中に露出され
ることがない。このため、陽極電極板１４の表面に形成
されたブラックフィルムは安定した状態を保つことがで
きる。

【００２９】なお、陽極室１２の流入口２０に連通する
液通路１２ａと流出口２１に連通する液通路１２ｂは、
陽極室１２の前後で陽極電極板１４より上方まで持ち上
げられており、陽極室１２へのめっき液Ｑ₁の供給が停
止されても、陽極電極板１４がめっき液Ｑ₁から露出さ
れないようになっている。

【００３０】基板保持具２５を降下させ、モータ３２を
運転し、５００ｒｐｍ以上の速度で回転させて被めっき
基板１７及び基板保持具２５に付着しているめっき液を
液切する。液切が終了すると、受け皿３５の外周部を覆
っているカバー３７を降下させ、基板保持具２５の基板
押え板２９を降下させ、被めっき基板１７を基板載置台
２８ａに載置する。基板載置台２８ａに載置された被め
っき基板１７はロボットハンドにより、基板出し入れ口
２８ｂから取出され、次に処理すべく被めっき基板１７
を基板載置台２８ａに載置する。

【００３１】なお、めっき液の液切の後、受け皿３５の
外周を覆っているカバー３７の上部に設けた洗浄ノズル
（図示せず）から、純水等の洗浄液を噴出して被めっき
基板１７及び基板保持具２５を洗浄し、再度液切するこ
ともできる。この場合には、受け皿３５から流出する洗
浄液はバルブ（図示せず）によって外部に排出される。

【００３２】図４は本発明に係る他のめっき装置の構成
例を示す図で、本めっき装置では、陽極電極に不溶解性
の陽極電極板４１を用いている。陽極室１２とめっき液
室１３を隔離する隔膜にはイオン交換膜４２を用い、め
っき液室１３にはめっき液、陽極室１２には硫酸（Ｈ₂
ＳＯ₄）を流している。補助槽４３はイオン交換膜（カ
チオン膜）４４で仕切り、一方を陽極室４３ａ、他方を
陰極室４３ｂとしている。陽極室４３ａには銅溶解性電
極板４５、陰極室４３ｂにはダミー電極板４６を設けて
いる。

【００３３】銅溶解性電極板４５は電解電源５１の陽極
側に接続され、ダミー電極板４６は陰極側に接続され
る。銅溶解性電極板４５とダミー電極板４６の間に所定
の電圧を印加し、電解電流を流す。これにより、補助槽
４３の陽極室４３ａでは銅溶解性電極板４５の銅が銅イ
オンとなって液中に溶け出し、陰極室４３ｂでは水素が
発生する。

【００３４】めっき槽本体１０のめっき液室１３と補助
槽４３の陽極室４３ａを循環させるポンプ４７、フィル
タ４８を介して接続し、めっき槽本体１０の陽極室１２
と補助槽４３の陰極室４３ｂとで硫酸を循環させるよう
にポンプ４９、フィルタ５０を介して接続する。不溶解
性の陽極電極板４１を用いた場合にめっき液室１３で消
費される銅イオンを、補助槽４３における電解銅イオン
で補充することができる。

【００３５】なお、めっき槽本体１０のめっき電流と、
補助槽４３の電解電流とをバランスさせることにより、
めっき槽本体１０のめっき液室１３で消費された銅イオ
ンと同じ量の銅イオンを電解で供給できる。

【００３６】なお、上記めっき装置では、被めっき基板
１７として半導体ウエハを想定しているが、被めっき基
板は半導体ウエハに限定されるものでないことは当然で
ある。また、上記例では銅めっきを行う場合を例に説明
をしているが、溶解性の陽極電極板１４、銅溶解性電極
板４５の材質等を変えることにより、本発明のめっき装
置は銅めっき以外の金属めっきにも利用できる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように各請求項に記載の発
明によれば、被めっき基板をそのめっきを施す面を上に
向けて配置し、被めっき基板と陽極電極板の間にイオン
交換樹脂又は多孔性中性膜を配置したので、下記のよう
な優れた効果が得られる。

【００３８】（１）被めっき基板のめっき面に気泡が付
着しにくくなると同時に、通常の被めっき基板の交換
時、陽極室は所定の液で満たされているから、陽極電極
板が空気中に露出することなく、陽極電極板の表面に形
成されたブラックフィルムを安定な状態に維持すること
ができる。

【００３９】（２）また、ブラックフィルムが陽極電極
板の表面から剥離して微小なパーティクルとなっても陽
極電極板と被めっき基板のめっき面との間にイオン交換
膜又は多孔性中性膜があるから、被めっき基板のめっき
面に該パーティクルが付着することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のフェースダウン方式の噴流めっき装置の
構成例を示す図である。

【図２】本発明に係るめっき装置の構成例を示す図であ
る。

【図３】本発明に係るめっき装置に用いる基板保持具の
構成例を示す図である。

【図４】本発明に係るめっき装置の構成例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０めっき槽本体１１多孔性中性膜１２陽極室１３めっき液室１４陽極電極板１５多孔板１６めっき液供給路１７被めっき基板１８配線１９めっき電源２０流入口２１流出口２２めっき液貯留槽２３ポンプ２４ポンプ２５基板保持具２６シール部材２７カソードピン２８基板保持ケース２９基板押え板３０基板押え軸３１基板保持具回転軸３２モータ３３基板保持具上下駆動機構３４基板押え軸上下駆動機構３５受け皿３６フィルタ３７カバー４１陽極電極板４２イオン交換膜４３補助槽４４イオン交換膜４５銅溶解性電極板４６ダミー電極板４７ポンプ４８フィルタ４９ポンプ５０フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２５Ｄ 21/14 Ｃ２５Ｄ 21/14 Ｇ // Ｈ０１Ｌ 21/288 Ｈ０１Ｌ 21/288 Ｅ (72)発明者千代敏東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者富岡賢哉東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者津田勝巳東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者山川純逸東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内Ｆターム(参考） 4K024 AA09 AB01 BA11 BB12 CA15 CB02 CB07 CB09 CB13 CB15 CB24 CB26 GA16 4M104 BB04 DD52

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被めっき基板をそのめっきを施す面を上
に向けて配置し、該めっきを施す面に対向させて陽極電
極板を配置し、該被めっき基板と陽極電極板の間にイオ
ン交換樹脂又は多孔性中性膜を配置し、陽極電極板側を
陽極室、被めっき基板側をめっき液室として隔離し、該
陽極室には所定の液を、該めっき液室にめっき液を導入
することを特徴とするめっき装置。
【請求項２】請求項１に記載のめっき装置において、前記めっき液室の下面に多孔板を設け、該多孔板を通し
てめっき液室のめっき液を前記被めっき基板のめっきを
施す面に流下させることを特徴とするめっき装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載のめっき装置にお
いて、前記被めっき基板が水平面内で前記めっき液室に対して
相対運動を行うことを特徴とするめっき装置。
【請求項４】請求項１又は２又は３に記載のめっき装
置において、前記陽極電極板は含リン銅からなる溶解性の陽極電極板
であり、前記陽極室にはめっき液を導入することを特徴
とするめっき装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
めっき装置において、前記陽極電極板は不溶解性の陽極電極板であり、前記陽
極室に導入する液はめっき液又はめっき液を構成する別
の導電性液であることを特徴とするめっき装置。