JP2002105695A

JP2002105695A - めっき装置及びめっき方法

Info

Publication number: JP2002105695A
Application number: JP2000294665A
Authority: JP
Inventors: Junji Kunisawa; 淳次国沢; Natsuki Makino; 夏木牧野; Koji Mishima; 浩二三島; Tetsuro Matsuda; 哲朗松田; Hisafumi Kaneko; 尚史金子; Toshiyuki Morita; 敏行森田
Original assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Current assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2002-04-10
Anticipated expiration: 2020-09-27
Also published as: JP3797860B2

Abstract

(57)【要約】【課題】基板上に形成されるめっき膜の膜厚が基板全
面において均一となるように膜付けすることができるめ
っき装置及びめっき方法を提供する。【解決手段】基板Ｗから離間させて該基板Ｗと平行に
アノード９８を対向配置し、基板Ｗとアノード９８との
間にめっき液を供給しつつ電流を通電して基板Ｗの表面
にめっき膜を形成するめっき装置において、基板Ｗの表
面の外周側の部分がアノード９８に対向する時間より
も、基板Ｗの表面の中心側の部分がアノード９８に対向
する時間が長くなるように、基板Ｗがアノード９８に対
向する部分を移動させる移動装置４６，９９を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、めっき装置に係
り、特に半導体基板上に形成された配線用の窪みに銅な
どの金属を充填する等の用途に用いられるめっき装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】基板にめっき処理を施して、基板に形成
された配線パターンに銅などの金属又はその合金を充填
する場合には、図２９に示すように、めっき液３００が
収容されためっき液槽３０１に、基板Ｗとアノード３０
２とを互いに対向させて平行に配置し、これら基板Ｗと
アノード３０２との間に電流ｉを通電することにより行
われる。

【０００３】基板Ｗの表面に形成されるめっきの膜厚ｈ
は、流れる電流ｉと通電時間との積に比例する。図２９
における電流ｉは、以下の式で表すことができる。ｉ＝Ｅ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）・・・（１）上記（１）式において、Ｅは電源電圧、Ｒ１はアノード
分極抵抗、Ｒ２はめっき液３００の抵抗、Ｒ３は基板
（カソード）分極抵抗、Ｒ４はその位置における基板Ｗ
のシート抵抗である。なお、アノード分極抵抗Ｒ１及び
基板分極抵抗Ｒ３は、アノード３０２及び基板Ｗの界面
抵抗であり、添加剤やめっき液の濃度により変化する。
めっき液３００の抵抗Ｒ２は、アノード３０２と基板
（カソード）Ｗとの間の離間距離に比例する。

【０００４】ここで、基板Ｗへの給電はカソード電極３
０３を介して行われ、このカソード電極３０３は一般に
基板Ｗの外周部分に接続される。従って、基板Ｗの外周
からの距離が大きくなるに伴って、即ち基板Ｗの中心Ｐ
に近づくに伴って、上記シート抵抗Ｒ４は大きくなる。
このため、基板Ｗの中心側の方が基板の外周側よりも流
れる電流ｉが小さくなり（上記（１）式参照）、基板Ｗ
の中心側の膜厚の方が基板の外周側の膜厚よりも薄くな
る傾向にある。このように、従来のめっき装置において
は、基板全面において均一な膜厚のめっき膜の形成がで
きないという問題があった。特に、ＬＳＩ配線をめっき
処理により形成する場合には、基板（Ｓｉ基板）のシー
ド層が１００〜２００ｎｍと薄いために、シート抵抗Ｒ
４がより大きくなり、このシート抵抗Ｒ４が膜厚に与え
る影響が大きくなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】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、基板上に形
成されるめっき膜の膜厚が基板全面において均一となる
ように膜付けすることができる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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような従来技術にお
ける問題点を解決するために、本発明は、基板から離間
させて該基板と平行にアノードを対向配置し、上記基板
とアノードとの間にめっき液を供給しつつ電流を通電し
て基板表面にめっき膜を形成するめっき方法において、
上記基板表面の外周側の部分が上記アノードに対向する
時間よりも、上記基板表面の中心側の部分が上記アノー
ドに対向する時間が長くなるように、上記基板が上記ア
ノードに対向する部分を移動させることを特徴とする。

【０００７】これにより、基板の中心側の部分の通電時
間を基板の外周側の部分の通電時間よりも長くして、各
点を流れる電流値と通電時間との積を基板の全面に亘っ
て同一とすることが可能となる。従って、基板に形成さ
れるめっき膜の膜厚を基板の全面において均一にするこ
とができる。

【０００８】また、上記アノードを固定配置すると共
に、上記基板を回転させて上記基板が上記アノードに対
向する部分を移動させることを特徴とする。

【０００９】更に、本発明の他の態様においては、上記
アノードも回転させることを特徴とする。

【００１０】また、本発明の他の態様においては、上記
アノードを並進させて上記基板が上記アノードに対向す
る部分を移動させることを特徴とする。

【００１１】更に、本発明の他の態様においては、上記
基板の中心側の部分と上記アノードとの離間距離を、上
記基板の外周側の部分と上記アノードとの離間距離より
小さくしたことを特徴とする。

【００１２】これにより、基板の中心側の部分における
めっき液の抵抗値を基板の外周側の部分に比べて小さく
することができるので、基板の中心側の部分を流れる電
流値を基板の外周側の部分に比べて大きくすることがで
き、基板に形成されるめっき膜の膜厚を基板の全面に亘
って均一にすることができる。

【００１３】また、本発明の他の態様においては、めっ
き処理の開始後に上記基板とアノードとの離間距離を変
化させることを特徴とする。

【００１４】これにより、めっき処理の開始時におい
て、基板の中心側の電位勾配が外周側の電位勾配よりも
高くなるので、基板の中心側に多くのめっき膜が形成さ
れ、その後、基板とアノードとの離間距離を大きくする
ことで、この関係を逆転させることができるため、結果
として基板全面のめっき膜の膜厚を均一とすることが可
能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】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面を参照して詳細に説明す
る。本実施形態のめっき装置は、半導体基板の表面に電
解銅めっきを施して、銅層からなる配線が形成された半
導体装置を得るのに使用される。

【００１６】まず、めっき工程を図１を参照して説明す
る。半導体基板Ｗには、図１（ａ）に示すように、半導
体素子が形成された半導体基板１上の導電層１ａの上に
ＳｉＯ_２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、その上に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シード層７が形
成されている。

【００１７】そして、図１（ｂ）に示すように、上記半
導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基板
１のコンタクトホール３及び溝４の内部に銅を充填させ
ると共に絶縁膜２上に銅層６を堆積させる。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の表面とを略同一平面
にする。これにより、図１（ｃ）に示すように銅層６か
らなる配線が形成される。

【００１８】図２は、本実施形態に係るめっき装置の全
体構成を示す平面図である。図２に示すように、このめ
っき装置には、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
っき処理及びその付帯処理を行う２基のめっきユニット
１２と、ロード・アンロード部１０とめっきユニット１
２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。

【００１９】図３は、図２のめっきユニット１２を示す
平面図である。図３に示すように、めっきユニット１２
には、めっき処理及びその付帯処理を行う基板処理部２
０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
に保持されて上記基板処理部２０とめっき液トレー２２
との間を揺動する電極部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。この実施の形態において
は、３つの固定ノズル３４が備えられ、その内の１つを
純水の供給用に用いている。

【００２０】図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は図４
の部分拡大断面図であり、また、図６から図９はそれぞ
れ図３の正面図、右側面図、背面図、左側面図である。
図４及び図５に示すように、めっきユニット１２の基板
処理部２０には、めっき面を上向きにして基板Ｗを保持
する基板保持部３６と、この基板保持部３６の上方に該
基板保持部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、基板保持部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カップ４０が、エアシリンダ４２を
介して上下動自在に配置されている。

【００２１】ここで、上記基板保持部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、基板回転装置としての回転モータ４６及
びベルト４８を介して、任意の加速度及び速度で上記カ
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、めっきユニット１２
のフレーム側面の搬送ロボット１４側には、図７に示す
ように、基板搬出入口５０が設けられ、また基板保持部
３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、基板保持部３６
で保持された基板Ｗの周縁部に、後述するカソード部３
８のシール材９０とカソード電極８８とが当接するよう
になっている。一方、上記カップ４０は、その上端が上
記基板搬出入口５０の下方に位置し、図５に仮想線で示
すように、上昇した時に上記基板搬出入口５０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。

【００２２】めっきユニット１２のめっき液トレー２２
は、めっきを実施していない時に、電極アーム部３０の
下記のめっき液含浸材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、図６に示すように、この
めっき液含浸材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、排水との検出が可能になってい
る。めっき液トレー２２の底板５２は着脱が可能であ
り、めっき液トレーの周辺には、図示しない局所排気口
が設置されている

【００２３】上記電極アーム部３０は、図８及び図９に
示すように、上下動モータ５４と図示しないボールねじ
を介して上下動し、旋回モータ５６を介して、上記めっ
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。

【００２４】また、プレコート・回収アーム３２は、図
１０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６２（図７参照）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から吸引されるようになっている。

【００２５】図１１は基板保持部の平面図であり、図１
２は図１１のＢ−Ｂ線断面図、図１３は、図１１のＣ−
Ｃ線断面図である。図１１から図１３に示すように、基
板保持部３６は、円板状のステージ６８を備え、このス
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７
０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。

【００２６】ここで、上記押付け片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、ステージ６８の下方には
上記押圧棒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。

【００２７】これにより、基板保持部３６が図５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８
２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、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
て閉じるようになっている。

【００２８】図１４はカソード部３８の平面図であり、
図１５は図１４のＤ−Ｄ線断面図である。図１４及び図
１５に示すように、カソード部３８は、上記支持板８２
（図５及び図１３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
たカソード電極８８と、このカソード電極８８の上方を
覆うように上記枠体８６の上面に取付けた環状のシール
材９０とを有している。このシール材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。

【００２９】これにより、図５に示すように、基板保持
部３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、この基板保持
部３６で保持した基板Ｗの周縁部にカソード電極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共に、めっき
液がカソード電極８８を汚染することを防止するように
なっている。なお、本実施形態において、カソード部３
８は、上下動不能で基板保持部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
もよい。

【００３０】図１６は電極アーム部３０の平面図、図１
７は基板保持部３６を含む図１６の縦断正面図、図１８
は図１６のＥ−Ｅ線断面図である。図２０は電極アーム
部３０の電極部２８のハウジング９４を除いた状態の平
面図である。図１６から図２０に示すように、電極アー
ム部３０の電極部２８は、揺動アーム２６の自由端にボ
ールベアリング９２を介して連結したハウジング９４
と、このハウジング９４の周囲を囲繞する中空の支持枠
９６と、上記ハウジング９４と支持枠９６で周縁部を挟
時して固定したアノード９８とを有し、このアノード９
８は、上記ハウジング９４の開口部を覆って、ハウジン
グ９４の内部に吸引室１００が形成されている。この吸
引室１００の内部には、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に接続され直径方
向に延びるめっき液導入管１０４がアノード９８の上面
に当接して配置され、更に、ハウジング９４には、吸引
室１００に連通するめっき液排出管１０６が接続されて
いる。

【００３１】ここで、図１７に示すように、アノード９
８の大きさ（径）は基板Ｗの大きさ（径）よりも小さ
く、アノード９８の面積は基板Ｗの面積よりも小さくさ
れている。また、電極部２８の上端にはアノード回転装
置としての回転モータ９９が設置されており、この回転
モータ９９によってアノード９８を回転させることがで
きる。

【００３２】上記めっき液導入管１０４は、マニホール
ド構造とすると被めっき面に均一なめっき液を供給する
のに有効である。即ち、図１９に示すように、その長手
方向に連続して延びるめっき液導入路１０４ａと該導入
路１０４ａに沿った所定のピッチで、下方に連通する複
数のめっき液導入口１０４ｂが設けられ、また、アノー
ド９８の該めっき液導入口１０４ｂに対応する位置に、
めっき液供給口９８ａが設けられている。更に、アノー
ド９８には、その全面に亘って上下に連通する多数の通
孔９８ｂが設けられている。これにより、めっき液供給
管１０２からめっき液導入管１０４に導入されためっき
液は、めっき液導入口１０４ｂ及びめっき液供給口９８
ａからアノード９８の下方に達し、またアノード９８を
めっき液中に浸した状態で、めっき液排出管１０６を吸
引することで、アノード９８の下方のめっき液は、通孔
９８ｂから吸引室１００を通過して該めっき液排出管１
０６から排出されるようになっている。

【００３３】ここで、上記アノード９８は、スライムの
生成を抑制するため、含有量が０．０３〜０．０５％の
リンを含む銅（含リン銅）で構成されている。このよう
に、アノード９８に含リン銅を使用すると、めっきの進
行に伴ってアノード９８の表面にブラックフィルムと呼
ばれる黒膜が形成される。このブラックフィルムは、リ
ンやＣｌを含むＣｕ^＋錯体で、Ｃｕ_２Ｃｌ_２・Ｃｕ_２Ｏ
・Ｃｕ_３Ｐ等で構成されるものである。このブラックフ
ィルムの形成により銅の不均化反応が抑制されるので、
ブラックフィルムをアノード９８に表面に安定して形成
することは、めっきを安定化させる上で重要であるが、
これが乾燥したり酸化したりしてアノード９８から脱落
すると、パーティクルの原因となる。

【００３４】そこで、この実施の形態にあっては、アノ
ード９８の下面に該アノード９８の全面を覆う保水性材
料からなるめっき液含浸材１１０を取付け、このめっき
液含浸材１１０にめっき液を含ませて、アノード９８の
表面を湿潤させることで、ブラックフィルムの基板のめ
っき面への脱落を防止し、同時に基板のめっき面とアノ
ード９８との間にめっき液を注入する際に、空気を外部
に抜きやすくしている。このめっき液含浸材１１０は、
例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、
ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂、ポリビニルアルコール、
ポリウレタン及びこれらの誘導体の少なくとも１つの材
料からなる織布、不織布又はスポンジ状の構造体、ある
いはポーラスセラミックスからなる。

【００３５】即ち、下端に頭部を有する多数の固定ピン
１１２を、この頭部をめっき液含浸材１１０の内部に上
方に脱出不能に収納し軸部をアノード９８の内部を貫通
させて配置し、この固定ピン１１２をＵ字状の板ばね１
１４を介して上方に付勢させることで、アノード９８の
下面にめっき液含浸材１１０を板ばね１１４の弾性力を
介して密着させて取付けている。このように構成するこ
とにより、めっきの進行に伴って、アノード９８の肉厚
が徐々に薄くなっても、アノード９８の下面にめっき液
含浸材１１０を確実に密着させることができる。従っ
て、アノード９８の下面とめっき液含浸材１１０との間
に空気が混入してめっき不良の原因となることが防止さ
れる。なお、アノードの上面側から、例えば径が２ｍｍ
程度の円柱状のＰＶＣ（塩ビ）又はＰＥＴ製のピンをア
ノードを貫通させて配置し、アノード下面に現れた該ピ
ンの先端面に接着剤を付けてめっき液含浸材と接着固定
するようにしてもよい。

【００３６】そして、上記電極部２８は、基板保持部３
６がめっき位置Ｂ（図５参照）にある時に、基板保持部
３６で保持された基板Ｗとめっき液含浸材１１０との隙
間が、例えば０．５〜３ｍｍ程度となるまで下降し、こ
の状態で、めっき液供給管１０２からめっき液を供給し
て、めっき液含浸材１１０にめっき液を含ませながら、
基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード９８との間にめ
っき液を満たして、これによって、基板Ｗの被めっき面
にめっきが施される。

【００３７】次に、本実施形態のめっき装置の動作につ
いて説明する。まず、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で取り出し、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５０から一方のめっきユニット１２
の内部に搬送する。この時、基板保持部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のハンドを上記基板搬出入口５
０を通って退去させる。

【００３８】搬送ロボット１４のハンドの退去が完了し
た後、カップ４０を上昇させ、同時に基板受渡し位置Ａ
にあった基板保持部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。

【００３９】一方、電極アーム部３０の電極部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、めっき液含浸材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、この状態でカップ４
０の上昇と同時に、めっき液トレー２２及び電極部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、めっき液含浸材
１１０に含まれるめっき液の交換と泡抜きを行う。な
お、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５０はカップ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。

【００４０】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を受け取った基板保持部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、基板保持部
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、基板保
持部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、基板保持部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。

【００４１】このプレコート完了後にめっき処理に移
る。まず、基板保持部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電極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。

【００４２】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、電極部２８がめっき
液トレー２２上方からめっきを施す位置の上方に位置す
るように電極アーム部３０を水平方向に旋回させ、この
位置に到達した後に、電極部２８をカソード部３８に向
かって下降させる。電極部２８の下降が完了した時点
で、めっき電流を投入し、めっき液供給管１０２からめ
っき液を電極部２８の内部に供給して、アノード９８を
貫通しためっき液供給口９８ａよりめっき液含浸材１１
０にめっき液を供給する。この時、めっき液含浸材１１
０は基板Ｗの被めっき面に接触させず、０.５ｍｍ〜３
ｍｍ程度に近接した状態となっている。

【００４３】めっき液の供給が続くと、めっき液含浸材
１１０から染み出した銅イオンを含むめっき液が、めっ
き液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面との間の隙間に
満たされ、基板の被めっき面に銅めっきが施される。こ
の時、回転モータ４６を駆動させ、基板保持部３６と基
板Ｗとを一体的に回転させる

【００４４】ところで、上述したように、基板Ｗのシー
ト抵抗の影響により基板Ｗの中心側における電流値の方
が外周側における電流値よりも小さくなるが、基板Ｗの
中心側の通電時間を基板Ｗの外周側の通電時間よりも長
くすることができれば、電流値と通電時間との積を基板
Ｗの中心側と外周側とで同一にすることが可能である。
基板Ｗの表面に形成されるめっき膜の膜厚は、流れる電
流値と通電時間との積に比例するので、これらの積を同
一にすることができれば、形成されるめっき膜の膜厚を
均一にすることができる。

【００４５】本実施形態においては、アノード９８の面
積を基板Ｗの面積より小さくすると共に、上記めっき処
理中に、基板回転装置としての回転モータ４６を駆動さ
せ、基板保持部３６と基板Ｗとを一体的に回転させるこ
とにより、上記通電時間の調整を行い、均一な膜厚のめ
っき膜の形成を実現している。即ち、基板Ｗが回転して
いる間、基板の中心側に位置する図２１のＰ１点は、常
にアノード９８に対向し、常に通電される。一方、基板
の外周側に位置するＰ２点は、実線部分Ｆを移動（回
転）する間はアノード９８に対向するが、点線部分Ｇを
移動（回転）する間はアノード９８には対向せず通電さ
れない。従って、Ｐ２点よりもＰ１点の方が通電時間が
長くなる。

【００４６】このように、本発明では、アノード９８の
形状、大きさ、面積、配置及び基板Ｗの回転速度を適宜
選択し、基板Ｗの中心側の通電時間を基板Ｗの外周側の
通電時間よりも長くすることで、流れる電流値と通電時
間との積を基板Ｗの全面に亘って同一とし、均一な膜厚
のめっき膜を形成することが可能となる。これに加え
て、アノード９８の面積を基板Ｗの面積より小さくして
いるので、アノード９８に対向しない基板表面、即ち、
アノード９８側に露出した基板Ｗの表面を利用して、例
えば、光学的な膜厚測定などをめっき膜の形成と同時に
行うことが可能となる。

【００４７】ここで、アノード９８の面積は、上述のよ
うにめっき膜の膜厚が基板全面で均一となる範囲から選
択されるが、好ましくは基板Ｗの面積の２５〜９５％と
なるように選択する。アノード９８を円板状とした場
合、アノード９８の面積が基板Ｗの面積の２５％未満、
即ち、アノード９８の直径が基板Ｗの半径よりも小さい
場合には、基板Ｗの中心近傍においてめっきされない部
分が生じることとなる。また、基板Ｗの回転数は、好ま
しくは毎分３〜６０回転、より好ましくは毎分５〜４０
回転とする。

【００４８】なお、めっき処理中には、アノード回転装
置としての回転モータ９９を駆動させ、アノード９８を
回転させながらめっき処理を実施することとしてもよい
し、あるいは、回転モータ９９を停止し、アノード９８
を基板に対して固定配置した状態でめっき処理を実施す
ることとしてもよい。アノード９８を回転させながらめ
っき処理を実施する場合には、アノード９８の回転方向
は、基板Ｗの回転方向と同方向であっても、反対方向で
あってもよいが、基板の回転方向と同方向に回転させる
のが好ましい。また、アノードの回転数は、好ましくは
毎分３〜６０回転、より好ましくは毎分５〜４０回転と
する。また、アノード９８の形状は、基板全面でめっき
膜の膜厚を均一とすることができればどのような形状で
あってもよく、例えば、楕円形やハート形とすることも
できる。

【００４９】このようにして、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６
６から基板Ｗ上のめっきの残液を回収する。このめっき
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、同時に基板保持部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、基板保持部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のカソード電極８８が汚染されることが
防止される。

【００５０】このリンス終了後に水洗工程に入る。即
ち、基板保持部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
給しつつ基板保持部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、又は基板Ｗの面から飛散した純水によってシ
ール材９０及びカソード電極８８も基板と同時に洗浄す
ることができる。

【００５１】この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
板保持部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及びカソード電極８８も乾燥
される。ドライ工程が完了すると基板保持部３６及びカ
ソード部３８の回転を停止させ、基板保持部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、カップ４
０も下降させる。

【００５２】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５０から基板Ｗの下
方に挿入し、そのまま上昇させることで、基板保持部３
６から処理後の基板Ｗを受取る。そして、搬送ロボット
１４は、この基板保持部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。

【００５３】次に、本発明の第２の実施形態について図
面を参照して説明する。図２２は本実施形態に係るめっ
き装置の電極アーム部３０の平面図である。本実施形態
に係るめっき装置の構成は、上述の第１の実施形態と基
本的に同様であるが、電極アーム部３０には長手方向に
溝９９ａが設けられており、電極部２８の上端のアノー
ド回転装置９９は、該アノード９８を並進させるアノー
ド並進装置としても機能するように構成されている。従
って、このアノード並進装置としても機能する回転モー
タ９９により、図２３の矢印Ｈに示す方向にアノード９
８を並進させることができる。なお、他の構成について
は上述の第１の実施形態と同様であるので説明を省略す
る。

【００５４】本実施形態におけるめっき装置も第１の実
施形態のめっき装置と同様に動作するが、本実施形態に
おいては、基板のめっき処理中に、基板回転装置４６に
よって基板Ｗを回転させると共に、上記アノード並進装
置９９によってアノード９８を図２３の矢印Ｈ方向に並
進させる。この場合におけるアノード９８の並進速度
は、毎分５〜４０往復とするのが好ましい。

【００５５】なお、第１及び第２の実施形態において
は、基板回転装置が基板の中心点を回転軸とした例をあ
げたが、回転軸をずらして偏心させた公転を行うように
構成してもよい。また、回転装置そのものをアノード面
に対して並進動作するように構成してもよい。

【００５６】次に、本発明の第３の実施形態について図
面を参照して説明する。図２４は本実施形態に係るめっ
き装置における電極部２８と基板Ｗとの関係を示す模式
図である。本実施形態に係るめっき装置の構成は、上述
の第１の実施形態と基本的に同様であるが、図２４に示
すように、電極部２８のアノード９８を基板Ｗに対して
傾斜させている点で異なる。他の構成については上述の
第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

【００５７】アノード９８は、図２４に示すように、基
板Ｗの中心側における離間距離が小さく、基板Ｗの外周
側における離間距離が大きくなるように傾斜されてい
る。この傾斜角度、即ち、図２４における角αは、３０
°以下とするのが好ましい。このようにアノード９８を
傾斜させることにより、上述した図２９に示すめっき液
の抵抗Ｒ２を、基板の中心側において小さく、基板の外
周側において大きくしている。これにより、基板の中心
側を流れる電流値を大きく、基板Ｗの外周側を流れる電
流値を小さくすることができ、従って、第１の実施形態
で述べた通電時間に加えて、各点を流れる電流値をも調
整し、通電時間と電流値との積を基板全面に亘って同一
とすることができる。これにより、基板Ｗに形成される
めっき膜の膜厚を基板Ｗの全面において均一にすること
ができる。

【００５８】なお、この場合において、アノード９８と
基板Ｗとの最小離間距離、即ち基板Ｗの中心における離
間距離は２〜６５ｍｍとするのが好ましい。また、めっ
き液含浸材１１０の厚みは２〜１５ｍｍとするのが好ま
しい。更に、アノード９８を基板Ｗと同じ大きさとし、
図２５に示すように、基板の中心軸に対して対象となる
ようにしてもよい。この場合には、上述した通電時間の
調整をする必要がなく、電流値のみを調整することによ
って、均一な膜厚のめっき膜を形成することができる。

【００５９】次に、本発明の第４の実施形態について図
面を参照して説明する。図２６は本実施形態における基
板とアノードとの関係を示す模式図であり、図２６
（ａ）はめっき開始時の状態、図２６（ｂ）はめっき完
了時の状態を示している。また、図２７（ａ）及び
（ｂ）は、図２６（ａ）及び（ｂ）それぞれの状態にお
けるアノード９８と基板Ｗとの間の電場の状態を示す等
電位線図である。本実施形態に係るめっき装置の構成
は、上述の第１の実施形態と基本的に同様であるが、図
２６（ａ）及び（ｂ）に示すように、電極部２８のアノ
ード９８が基板Ｗと同じ大きさであり、また、上下動モ
ータ５４（図８及び図９参照）がアノード９８と基板Ｗ
との離間距離を変化させる手段（引き離し装置）として
機能する点で異なる。他の構成については上述の第１の
実施形態と同様であるので説明を省略する。

【００６０】本実施形態におけるめっき装置も第１の実
施形態のめっき装置と同様に動作するが、本実施形態に
おいては、めっき処理の開始時（図２６（ａ））からめ
っき処理完了時（図２６（ｂ））までの間に、引き離し
装置としての上下動モータ５４によってアノード９８と
基板Ｗとの離間距離を変化させる。即ち、めっき開始時
（図２６（ａ））において、アノード９８と基板Ｗとの
離間距離を好ましくは２〜１８ｍｍとし、この離間距離
を保ったまま、基板Ｗの表面に１００ｎｍ程度のめっき
膜を形成する。その後、上下動モータ５４によって電極
部２８を上方に引き上げ、アノード９８と基板Ｗとの離
間距離を大きくしながらめっき処理を継続し、所望のめ
っき膜厚が得られたところでめっき処理が完了する（図
２６（ｂ））。このめっき処理の完了時におけるアノー
ド９８と基板Ｗとの離間距離は３〜５０ｍｍとするのが
好ましい。

【００６１】ここで、上記めっき処理の開始時において
はアノード９８と基板Ｗとの離間距離が小さいので、図
２７（ａ）に示すように、基板Ｗの外周側よりも中心側
の方が電位勾配が高くなっている。従って、基板Ｗの外
周側よりも中心側の方が流れる電流値が大きくなり、中
心側により多くのめっき膜が形成されることとなる。こ
のように基板Ｗの表面にめっき膜が形成されると、めっ
き膜が形成された部分、即ち、基板の中心側の抵抗値が
低くなり、そのままの状態を維持すると基板の中心側の
めっき膜の膜厚が厚くなってしまう。そこで、本実施形
態では、上述したように、めっき処理の途中でアノード
９８と基板Ｗとの離間距離を大きくしている。

【００６２】アノード９８と基板Ｗとの離間距離を大き
くした場合には、図２７（ｂ）に示すように、基板Ｗの
中心側よりも外周側の方が電位勾配が高くなるので、基
板Ｗの中心側よりも外周側の方が流れる電流値が大きく
なり、図２７（ａ）の場合とは異なり外周側により多く
のめっき膜が形成される。従って、図２６（ａ）から図
２６（ｂ）の状態に遷移させることで、結果として、基
板全面のめっき膜の膜厚を均一にすることができる。な
お、電極部２８を上方に引き上げる際には、時間をかけ
て徐々に引き上げてもよいし、一気に引き上げてもよ
い。

【００６３】さて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。また、上述した各実施形態を組
み合わせて実施することも可能である。上述の実施形態
は、めっき処理及びそれに付帯する処理を単一のユニッ
トで行うことができる含浸式のめっき装置について説明
したが、これに限られず、フェイスダウン式のめっき装
置やフェイスアップ式のめっき装置などあらゆるめっき
装置に本発明を適用することができる。参考までに、フ
ェイスダウン式のめっき装置に本発明の第１の実施形態
を適用した場合の全体構成を図２８に示す。図２８に示
すめっき装置は、基板Ｗを着脱自在に下向きに保持する
基板保持部２００を備えており、めっき液を収容する略
円筒状のめっき槽２０１の底部に円板状のアノード２０
２（このアノードは基板Ｗの大きさよりも小さい）が基
板中心から偏心した位置に配置されている。このアノー
ド２０２の下部にはアノード回転装置としての回転モー
タ２０３が設けられている。また、基板保持部２００を
支持するフレーム２０４の上部には基板回転装置として
の回転モータ２０５が設けられている。このようにアノ
ード回転装置２０３や基板回転装置２０５を設けること
により、上述した含浸式のめっき装置と同様に、基板Ｗ
の中心側の通電時間を基板Ｗの外周側の通電時間よりも
長くすることができ、均一な膜厚のめっき膜を形成する
ことが可能となる。

【００６４】

【発明の効果】上述したように本発明は、基板表面の外
周側の部分がアノードに対向する時間よりも、基板表面
の中心側の部分がアノードに対向する時間が長くなるよ
うに、基板がアノードに対向する部分を移動させること
により、基板の中心側の部分の通電時間を基板の外周側
の部分の通電時間よりも長くして、各点を流れる電流値
と通電時間との積を基板の全面に亘って同一とすること
ができる。従って、基板に形成されるめっき膜の膜厚を
基板の全面において均一にすることができる。

【００６５】また、基板の中心側の部分とアノードとの
離間距離を、基板の外周側の部分とアノードとの離間距
離より小さくしたことにより、基板の中心側の部分にお
けるめっき液の抵抗値を基板の外周側の部分に比べて小
さくすることができるので、基板の中心側の部分を流れ
る電流値を基板の外周側の部分に比べて大きくすること
ができ、基板に形成されるめっき膜の膜厚を基板の全面
に亘って均一にすることができる。

【００６６】更に、めっき処理の開始後に上記基板とア
ノードとの離間距離を変化させることにより、めっき処
理の開始時においては、基板の中心側の電位勾配が外周
側に比べて高くなるので、基板の中心側に多くのめっき
膜が形成され、その後、基板とアノードとの離間距離を
大きくすることで、この関係を逆転させることができる
ため、基板全面のめっき膜の膜厚を均一とすることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基板めっき装置方法によってめっきを
行う工程の一例を示す断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態におけるめっき装置の
全体構成を示す平面図である。

【図３】図２のめっきユニットを示す平面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】図４の部分拡大断面図である。

【図６】図３の正面図である。

【図７】図３の右側面図である。

【図８】図３の背面図である。

【図９】図３の左側面図である。

【図１０】プレコート・回収アームを示す正面図であ
る。

【図１１】基板保持部の平面図である。

【図１２】図１１のＢ−Ｂ線断面図である。

【図１３】図１１のＣ−Ｃ線断面図である。

【図１４】カソード部３８の平面図である。

【図１５】図１４のＤ−Ｄ線断面図である。

【図１６】電極アーム部の平面図である。

【図１７】基板保持部を含む図１６の縦断正面図であ
る。

【図１８】図１６のＥ−Ｅ線断面図である。

【図１９】図１８の一部を拡大して示す拡大図である。

【図２０】電極アーム部の電極部のハウジングを除いた
状態の平面図である。

【図２１】本発明の第１の実施形態における基板とアノ
ードとの関係を示す平面図である。

【図２２】本発明の第２の実施形態における電極アーム
部の平面図である。

【図２３】本発明の第２の実施形態における基板とアノ
ードとの関係を示す平面図である。

【図２４】本発明の第３の実施形態におけるめっき装置
における電極部と基板との関係を示す模式図である。

【図２５】本発明の他の実施形態におけるめっき装置に
おける電極部と基板との関係を示す模式図である。

【図２６】本発明の第４の実施形態における基板とアノ
ードとの関係を示す模式図であり、（ａ）はめっき処理
の開始時の状態、（ｂ）はめっき処理の完了時の状態を
示す。

【図２７】図２７（ａ）は図２６（ａ）の状態における
等電位線図、図２７（ｂ）は図２６（ｂ）の状態におけ
る等電位線図である。

【図２８】本発明を適用したフェイスダウン式のめっき
装置の全体構成図である。

【図２９】一般的なめっき装置及びそのめっき処理によ
って形成される回路を模式的に示した図である。

【符号の説明】

１０ロード・アンロード部１２めっきユニット１４搬送ロボット２０基板処理部２２めっき液トレー２６揺動アーム２８電極部３０電極アーム部３２プレコート・回収アーム３４固定ノズル３６基板保持部３８カソード部４０カップ４６回転モータ（基板回転装置）５０基板搬出入口５４上下動モータ（引き離し装置）５８支持軸６４プレコートノズル６６めっき液回収ノズル６８ステージ７０支持腕７２位置決め板７４押付け片７６チャック爪７８コイルばね８０押圧棒８２支持板８４支柱８６枠体８８カソード電極９０シール材９２ボールベアリング９４ハウジング９８アノード９８ａめっき液供給口９８ｂ通孔９９回転モータ（アノード回転装置、アノード並進
装置）１００吸引室１０２めっき液供給管１０４めっき液導入管１０４ｂめっき液導入口１０６めっき液排出管１１０めっき液含浸材１１２固定ピン

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）Ｈ０１Ｌ 21/288 Ｈ０１Ｌ 21/288 Ｅ (72)発明者牧野夏木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)発明者三島浩二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)発明者松田哲朗神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者金子尚史神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者森田敏行神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内Ｆターム(参考） 4K024 AA09 AB01 AB02 AB15 BA11 BB12 BC06 CA06 CA15 CA16 CB06 CB08 CB09 CB13 CB17 CB21 GA16 4M104 BB04 BB30 DD52 HH20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板から離間させて該基板と平行にアノ
ードを対向配置し、上記基板とアノードとの間にめっき
液を供給しつつ電流を通電して基板表面にめっき膜を形
成するめっき装置において、上記基板表面の外周側の部分が上記アノードに対向する
時間よりも、上記基板表面の中心側の部分が上記アノー
ドに対向する時間が長くなるように、上記基板が上記ア
ノードに対向する部分を移動させる移動装置を備えたこ
とを特徴とするめっき装置。
【請求項２】上記アノードを固定配置すると共に、上
記移動装置は上記基板を回転させる基板回転装置である
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】上記アノードを回転させるアノード回転
装置を備え、上記移動装置は上記基板を回転させる基板
回転装置であることを特徴とする請求項１に記載のめっ
き装置。
【請求項４】上記移動装置は上記アノードを並進させ
るアノード並進装置であることを特徴とする請求項１に
記載のめっき装置。
【請求項５】基板から離間させて該基板と平行にアノ
ードを対向配置し、上記基板とアノードとの間にめっき液を供給しつつ電流
を通電して基板表面にめっき膜を形成するめっき装置に
おいて、上記基板の中心側の部分と上記アノードとの離間距離
を、上記基板の外周側の部分と上記アノードとの離間距
離より小さくしたことを特徴とするめっき装置。
【請求項６】基板から離間させて該基板と平行にアノ
ードを対向配置し、上記基板とアノードとの間にめっき
液を供給しつつ電流を通電して基板表面にめっき膜を形
成するめっき装置において、めっき処理の開始後に上記基板とアノードとの離間距離
を変化させる手段を備えたことを特徴とするめっき装
置。
【請求項７】基板から離間させて該基板と平行にアノ
ードを対向配置し、上記基板とアノードとの間にめっき液を供給しつつ電流
を通電して基板表面にめっき膜を形成するめっき方法に
おいて、上記基板表面の外周側の部分が上記アノードに対向する
時間よりも、上記基板表面の中心側の部分が上記アノー
ドに対向する時間が長くなるように、上記基板が上記ア
ノードに対向する部分を移動させることを特徴とするめ
っき方法。
【請求項８】請求項７に記載のめっき方法において、
上記アノードを固定配置すると共に、上記基板を回転さ
せて上記基板が上記アノードに対向する部分を移動させ
ることを特徴とするめっき方法。
【請求項９】請求項７に記載のめっき方法において、
上記アノードを回転させ、上記基板を回転させて上記基
板が上記アノードに対向する部分を移動させることを特
徴とするめっき方法。
【請求項１０】請求項７に記載のめっき方法におい
て、上記アノードを並進させて上記基板が上記アノード
に対向する部分を移動させることを特徴とするめっき方
法。
【請求項１１】基板から離間させて該基板と平行にア
ノードを対向配置し、上記基板とアノードとの間にめっ
き液を供給しつつ電流を通電して基板表面にめっき膜を
形成するめっき方法において、上記基板の中心側の部分と上記アノードとの離間距離
を、上記基板の外周側の部分と上記アノードとの離間距
離より小さくしたことを特徴とするめっき方法。
【請求項１２】基板から離間させて該基板と平行にア
ノードを対向配置し、上記基板とアノードとの間にめっ
き液を供給しつつ電流を通電して基板表面にめっき膜を
形成するめっき方法において、めっき処理の開始後に上記基板とアノードとの離間距離
を変化させることを特徴とするめっき方法。