JP2002129383A

JP2002129383A - めっき装置及び方法

Info

Publication number: JP2002129383A
Application number: JP2000321328A
Authority: JP
Inventors: Akihisa Hongo; 明久本郷; Masaya Tomioka; 賢哉富岡; Katsumi Tsuda; 勝巳津田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2002-05-09
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: JP3667224B2

Abstract

(57)【要約】【課題】初期めっき膜形成時におけるシート抵抗が高
い場合であっても、基板の表面全域に確実にめっきを施
してボイドのない健全な銅配線を形成できるようにす
る。【解決手段】めっき液４５を保有するめっき槽５０内
に位置して基板Ｗに対峙した位置に配置されるアノード
４８を同心状に分割した複数の分割アノード４８ａ，４
８ｂ，４８ｃから構成し、これらの各分割アノード４８
ａ，４８ｂ，４８ｃを個別にめっき電源５１ａ，５１
ｂ，５１ｃに接続できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、めっき装置及び方
法に係り、特に半導体基板の表面に形成した配線用の微
細窪みにめっきにより銅を埋込んで銅配線を形成するの
に使用されるめっき装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体基板上に配線回路を形成す
るための金属材料として、アルミニウムまたはアルミニ
ウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグ
レーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著に
なっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微
細凹みの内部に銅を埋込むことによって一般に形成され
る。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパ
ッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれに
しても、基板のほぼ全表面に銅を成膜し、化学的機械的
研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしてい
る。

【０００３】図１５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、図１５（ａ）に示すように、半
導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上に
ＳｉＯ_２からなる酸化膜２を堆積し、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
を形成し、その上にＴａＮやＴｉＮ等からなるバリア層
５、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７
を形成する。

【０００４】そして、図１５（ｂ）に示すように、基板
Ｗの表面に銅めっきを施すことで、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、酸
化膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学的機械的研
磨（ＣＭＰ）により、酸化膜２上の銅膜６を除去して、
コンタクトホール３および配線用の溝４に充填させた銅
膜６の表面と酸化膜２の表面とをほぼ同一平面にする。
これにより、図１５（ｃ）に示すように銅膜６からなる
配線が形成される。

【０００５】ここに、シード層７は、一般にスパッタリ
ングやＣＶＤによって形成され、また、銅膜６を形成す
る電解銅めっきにあっては、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
ていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体デバイス
の銅配線形成プロセスでは、微細配線化が進み、そのデ
ザインルールも０．１８μｍ世代から０.１３μｍ世
代、更には０.１０μｍ世代に移行すると考えられ、場
合によっては、シード層レスの世代の到来もないとはい
えない。このように、微細配線化が進むと、シード層の
厚さをより薄くしないと、穴の入口がオーバーハングし
た膜となり、めっき時にボイドができやすくなる。この
ため、デザインルールが０.１８μｍ世代のシード膜厚
は、一般的には基板平面上で１５０〜２００ｎｍ程度で
あるが、０.１３μｍ世代では、めっき時のボイドの発
生を防止するため、これらが５０ｎｍ程度となり、さら
に０.１０μｍ世代では、５〜２５ｎｍ程度まで薄膜化
する可能性がある。

【０００７】ここで、基板の表面に電解銅めっきをする
場合、基板の外周部をコンタクトして電気を流してい
る。このため、シード層が薄ければ薄いほど、めっき開
始直後におけるシート抵抗が高くなり、めっき電流が基
板の外周部に集中して、単一な電場補正の遮蔽板だけで
は面内膜厚均一性をコントールできないと考えられる。

【０００８】本発明は上記に鑑みて為されたもので、初
期めっき膜形成時におけるシート抵抗が高い場合であっ
ても、基板の表面全域に確実にめっきを施してボイドの
ない健全な銅配線を形成できるようにしためっき装置及
び方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、めっき液を保有するめっき槽内に位置して基板に対
峙した位置に配置されるアノードを同心状に分割した複
数の分割アノードから構成し、これらの各分割アノード
を個別にめっき電源に接続できるようにしたことを特徴
とするめっき装置である。

【００１０】これにより、基板上に初期めっき膜を形成
する一定期間だけ、中央部側に位置する分割アノードの
電流密度をその周辺より高め、基板外周部にめっき電流
が集中することを防止して基板の中央部側にもめっき電
流が流れるようにすることで、シート抵抗が高い場合で
あっても、均一なめっき皮膜を形成することができる。

【００１１】請求項２に記載の発明は、前記各分割アノ
ードは、前記基板に接離する方向に相対的または一体に
移動自在に構成されていることを特徴とする請求項１記
載のめっき装置である。これにより、例えば、中央部側
に位置する分割アノードをその周辺に位置する他の分割
アノードより更に基板に近づけたり、分割アノード全体
を基板に近づけることで、シート抵抗を加味しつつ、電
流密度分布を調整することができる。

【００１２】請求項３に記載の発明は、めっき液を保有
するめっき槽内に位置して基板に対峙した位置に配置さ
れる平板状アノードと、この平板状アノードの中心部を
貫通して軸方向に上下動自在な棒状アノードとを備え、
前記平板状アノードと棒状アノードを個別にめっき電源
に接続できるようにしたことを特徴とするめっき装置で
ある。

【００１３】これにより、初期めっき膜形成時に、先ず
棒状アノードの先端を基板に近接させた状態で、棒状ア
ノードと基板との間にめっき電流を流して基板の中央部
から放電させることで、基板の中央部に局部的にめっき
膜を作り、その後、棒状アノードを基板から離れる方向
に徐々に移動させ、中央部のみで放電されていた現象を
周囲に拡げてめっき膜を徐々に外方に拡げることで、基
板の全域に行き渡るめっき膜を作り、しかる後、平板状
アノードと基板との間にめっき電流を流すことで、シー
ト抵抗が極端に高い場合であっても、基板表面にボイド
のない健全なめっき膜を形成することができる。例え
ば、ＴｉＮの比抵抗は８０〜１５０μΩ・ｃｍ、ＴａＮ
の比抵抗は２００〜５０００μΩ・ｃｍにも達し、基板
上での基板半径当たりの抵抗値も数百Ωにもなるが、こ
のようなシート抵抗が極端に高い下地であっても、この
下地の表面にめっきを成長させることができる。

【００１４】請求項４に記載の発明は、前記棒状アノー
ドが不溶解アノードであることを特徴とする請求項３記
載のめっき装置である。これにより、棒状アノード先端
の溶解による形状変化を防止して、放電状態が変化する
のを防止することができる。なお、棒状アノードは、そ
の表面積が小さいため、アノード表面の酸素ガスによる
添加剤の酸化分解もごく少なくて済むため、全体系の中
では何ら支障を来すことはない。

【００１５】請求項５に記載の発明は、バリア層及び／
またはシード層で覆われた微細窪みを有する基板にめっ
きを施して該微細窪みに金属を充填するめっき方法にお
いて、基板の中央部に局部的なめっき膜を作り、この局
部的なめっき膜を徐々に外方に拡がらせることを特徴と
するめっき方法である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形
態のめっき装置の平面配置図を示す。このめっき装置
は、ロード・アンロード部１０、各一対の洗浄・乾燥処
理部１２、第１基板ステージ１４、ベベルエッチ・薬液
洗浄部１６及び第２基板ステージ１８、基板を１８０゜
反転させる機能を有する水洗部２０及び４基のめっき処
理部２２を有し、更に、ロード・アンロード部１０、洗
浄・乾燥処理部１２及び第１基板ステージ１４との間で
基板の受渡しを行う第１搬送装置２４と、第１基板ステ
ージ１４、ベベルエッチ・薬液洗浄部１６及び第２基板
ステージ１８との間で基板の受渡しを行う第２搬送装置
２６と、第２基板ステージ１８、水洗部２０及びめっき
処理部２２との間で基板の受渡しを行う第３搬送装置２
８が備えられている。

【００１７】めっき処理部２２は、図２に示すように、
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の上方に配置されて基板
Ｗ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２は、ヘッド部４７で基板Ｗを保持してめっき
液４５の液面を上昇させためっき位置にある時の状態を
示している。

【００１８】前記めっき処理槽４６には、上方に開放
し、アノード４８を底部に配置しためっき室４９を有
し、このめっき室４９内にめっき液４５を保有するめっ
き槽５０が備えられている。前記めっき槽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５３が円周方向に沿って等間隔で配置
され、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に連通している。

【００１９】アノード４８は、同心状に３つに分割した
３つの分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃから構成さ
れている。つまり、図３に示すように、中央に位置する
中実円板状の第１の分割アノード４８ａと、この第１の
分割アノード４８ａの周囲を囲繞する中空円板状の第２
の分割アノード４８ｂと、この第２の分割アノード４８
ｂの周囲を囲繞する中空円板状の第３の分割アノード４
８ｃとからなり、これらの分割アノード４８ａ，４８
ｂ，４８ｃを平面状に配置して平板状のアノード４８が
構成されている。

【００２０】そして、各分割アノード４８ａ，４８ｂ，
４８ｃは、個別にめっき電源５１ａ，５１ｂ，５１ｃに
接続できるようになっている。これによって、初期めっ
き膜形成時のシート抵抗が高い時に、例えば中央に位置
する第１の分割アノード４８ａのみに電源５１ａを投入
するか、または３つの分割アノード４８ａ，４８ｂ，４
８ｃの全てにめっき電源５１ａ，５１ｂ，５１ｃを投入
しても、アノードの中央部側の電流密度の方が、その周
囲よりも高くすることで、即ち第３の分割アノード４８
ｃ＜第２の分割アノード４８ｂ＜第１の分割アノード４
８ａの順に電流密度を高くすることで、基板Ｗの中央部
にもめっき電流を流して均一なめっき膜を形成すること
ができ、めっき膜厚が厚くなり、シート抵抗が低くなっ
た時点で、３つの分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃ
の電流密度を同一にすることで、めっき膜形成終了時の
面内均一性を向上させることができるようになってい
る。

【００２１】更に、この例では、めっき室４９内のアノ
ード４８の上方位置に、例えば３ｍｍ程度の多数の穴を
設けたパンチプレート２２０が配置され、これによっ
て、アノード４８の表面に形成されたブラックフィルム
がめっき液４５によって巻き上げられ、流れ出すことを
防止するようになっている。

【００２２】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と、この堰部材５８をオ
ーバーフローする前のめっき液４５を排出する第３めっ
き液排出口１２０が設けられ、更に、堰部材５８の下部
には、図９に示すように、所定間隔毎に所定幅の開口２
２２が設けられている。

【００２３】これによって、めっき処理時にあって、供
給めっき量が大きい時には、めっき液を第３めっき液排
出口１２０から外部に排出する共に、図９（ａ）に示す
ように、堰部材５８をオーバーフローさせ、更に開口２
２２を通過させて第２めっき液排出口５９からも外部に
排出する。また、めっき処理時にあって、供給めっき量
が小さい時には、めっき液を第３めっき液排出口１２０
から外部に排出すると共に、図９（ｂ）に示すように、
開口２２２を通過させて第２めっき液排出口５９からも
外部に排出し、これによって、めっき量の大小に容易に
対処できるようになっている。

【００２４】更に、図９（ｄ）に示すように、めっき液
噴出ノズル５３の上方に位置して、めっき室４９と第２
めっき液排出口５９とを連通する液面制御用の貫通孔２
２４が円周方向に沿った所定のピッチで設けられ、これ
によって、非めっき時にめっき液を貫通孔２２４を通過
させ第２めっき液排出口５９から外部に排出すること
で、めっき液の液面を制御するようになっている。な
お、この貫通孔２２４は、めっき処理時にオリフィスの
如き役割を果たして、ここから流れ出すめっき液の量が
制限される。

【００２５】図４に示すように、第１めっき液排出口５
７は、めっき液排出管６０ａを介してリザーバ２２６に
接続され、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。第２めっき液排出口５９と
第３めっき液排出口１２０は、めっき槽５０の内部で合
流した後、めっき液排出管６０ｂを介して直接リザーバ
２２６に接続されている。

【００２６】このリザーバ２２６に入っためっき液４５
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に入る。この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が付設されてお
り、単一のポンプ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
がめっき処理部２２のめっき液噴出ノズル５３に供給さ
れるようになっており、このめっき液調整タンク４０か
らめっき処理部２２に延びるめっき液供給管５５の途中
に、二次側の圧力を一定にする制御弁５６が備えられて
いる。

【００２７】図２に戻って、めっき室４９の内部の周辺
近傍に位置して、該めっき室４９内のめっき液４５の上
下に分かれた上方の流れでめっき液面の中央部を上方に
押上げ、下方の流れをスムーズにするとともに、電流密
度の分布をより均一になるようにした鉛直整流リング６
２と水平整流リング６３が該水平整流リング６３の外周
端をめっき槽５０に固着して配置されている。

【００２８】一方、ヘッド部４７には、回転自在な下方
に開口した有底円筒状で周壁に開口９６を有するハウジ
ング７０と、下端に押圧リング２４０を取付けた上下動
自在な押圧ロッド２４２が備えられている。ハウジング
７０の下端には、図７及び図８に示すように、内方に突
出するリング状の基板保持部７２が設けられ、この基板
保持部７２に、内方に突出し、上面の先端が上方に尖塔
状に突出するリング状のシール材２４４が取付けられて
いる。更に、このシール材２４４の上方にカソード電極
用接点７６が配置されている。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
に設けられている。

【００２９】これによって、図５に示すように、めっき
液４５の液面を下げた状態で、図７及び図８に示すよう
に、基板Ｗを吸着ハンドＨ等で保持してハウジング７０
の内部に入れて基板保持部７２のシール材２４４の上面
に載置し、吸着ハンドＨをハウジング７０から引き抜い
た後、押圧リング２４０を下降させることで、基板Ｗの
周縁部をシール材２４４と押圧リング２４０の下面で挟
持して基板Ｗを保持し、しかも基板Ｗを保持した時に基
板Ｗの下面とシール材２４４が圧接して、ここを確実に
シールし、同時に、基板Ｗとカソード電極用接点７６と
が通電するようになっている。

【００３０】図２に戻って、ハウジング７０は、モータ
２４６の出力軸２４８に連結されて、モータ２４６の駆
動によって回転するように構成されている。また、押圧
ロッド２４２は、モータ２４６を囲繞する支持体２５０
に固着したガイド付きシリンダ２５２の作動によって上
下動するスライダ２５４の下端にベアリング２５６を介
して回転自在に支承したリング状の支持枠２５８の円周
方向に沿った所定位置に垂設され、これによって、シリ
ンダ２５２の作動によって上下動し、しかも基板Ｗを保
持した時にハウジング７０と一体に回転するようになっ
ている。

【００３１】支持体２５０は、モータ２６０の駆動に伴
って回転するボールねじ２６１と螺合して上下動するス
ライドベース２６２に取付けられ、更に上部ハウジング
２６４で囲繞されて、モータ２６０の駆動に伴って、上
部ハウジング２６４と共に上下動するようになってい
る。また、めっき槽５０の上面には、めっき処理時にハ
ウジング７０の周囲を囲繞する下部ハウジング２６６が
取付けられている。

【００３２】これによって、図６に示すように、支持体
２５０と上部ハウジング２６４とを上昇させた状態で、
メンテナンスを行うことができるようになっている。ま
た、堰部材５８の内周面にはめっき液の結晶が付着し易
いが、このように、支持体２５０と上部ハウジング２６
４とを上昇させた状態で多量のめっき液を流して堰部材
５８をオーバーフローさせることで、堰部材５８の内周
面へのめっき液の結晶の付着を防止することができる。
また、めっき槽５０には、めっき処理時にオーバーフロ
ーするめっき液の上方を覆うめっき液飛散防止カバー５
０ｂが一体に設けられているが、このめっき液飛散防止
カバー５０ｂの下面に、例えばＨＩＲＥＣ（ＮＴＴアド
バンステクノロジ社製）等の超撥水材をコーティングす
ることで、ここにめっき液の結晶が付着することを防止
することができる。

【００３３】ハウジング７０の基板保持部７２の上方に
位置して、基板Ｗの芯出しを行う基板芯出し機構２７０
が、この例では円周方向に沿った４カ所に設けられてい
る。図１０は、この基板芯出し機構２７０の詳細を示す
もので、これは、ハウジング７０に固定した門形のブラ
ケット２７２と、このブラケット２７２内に配置した位
置決めブロック２７４とを有し、この位置決めブロック
２７４は、その上部において、ブラケット２７２に水平
方向に固定した枢軸２７６を介して揺動自在に支承さ
れ、更にハウジング７０と位置決めブロック２７４との
間に圧縮コイルばね２７８が介装されている。これによ
って、位置決めブロック２７４は、圧縮コイルばね２７
８を介して枢軸２７６を中心に下部が内方に突出するよ
うに付勢され、その上面２７４ａがストッパとしての役
割を果たしブラケット２７２の上部下面２７２ａに当接
することで、位置決めブロック２７４の動きが規制され
るようになっている。更に、位置決めブロック２７４の
内面は、上方に向けて外方に拡がるテーパ面２７４ｂと
なっている。

【００３４】これによって、例えば搬送ロボット等の吸
着ハンドで基板を保持しハウジング７０内に搬送して基
板保持部７２の上に載置した際、基板の中心が基板保持
部７２の中心からずれていると圧縮コイルばね２７８の
弾性力に抗して位置決めブロック２７４が外方に回動
し、搬送ロボット等の吸着ハンドによる把持を解くと、
圧縮コイルばね２７８の弾性力で位置決めブロック２７
４が元の位置に復帰することで、基板の芯出しを行うこ
とができるようになっている。

【００３５】図１１は、カソード電極用接点７６のカソ
ード電極板２０８に給電する給電接点（プローブ）７７
を示すもので、この給電接点７７は、プランジャで構成
されているとともに、カソード電極板２０８に達する円
筒状の保護体２８０で包囲されて、めっき液から保護さ
れている。

【００３６】次に、このめっき処理部２２によるめっき
処理について説明する。先ず、めっき処理部２２に基板
を受渡す時には、図１に示す第３搬送装置２８の吸着ハ
ンドと該ハンドで表面を下に向けて吸着保持した基板Ｗ
を、ハウジング７０の開口９６からこの内部に挿入し、
吸着ハンドを下方に移動させた後、真空吸着を解除し
て、基板Ｗをハウジング７０の基板保持部７２上に載置
し、しかる後、吸着ハンドを上昇させてハウジング７０
から引き抜く。次に、押圧リング２４０を下降させて、
基板Ｗの周縁部を基板保持部７２と押圧リング２４０の
下面で挟持して基板Ｗを保持する。

【００３７】そして、めっき液噴出ノズル５３からめっ
き液４５を噴出させ、同時にハウジング７０とそれに保
持された基板Ｗを中速で回転させ、めっき液４５が所定
の量まで充たされ、更に数秒経過した時に、ハウジング
７０の回転速度を低速回転（例えば、１００ｍｉ
ｎ^−１）に低下させ、アノード４８を陽極、基板処理面
を陰極としてめっき電流を流して電解めっきを行う。

【００３８】この時、例えば基板Ｗの表面に設けたシー
ド層７（図１５参照）の膜厚が薄く、シート抵抗が高い
初期めっき膜形成時に、例えば中央に位置する第１の分
割アノード４８ａのみに電源５１ａを投入し、しかる
後、この第１の分割アノード４８ａの周囲を囲繞する第
２の分割アノード４８ｂにも電源５１ｂを投入し、更に
は、この第２の分割アノード４８ｂの周囲を囲繞する第
３の分割アノード４８ｃにも電源５１ｃを投入する。こ
れにより、シート抵抗が高くても、基板外周部にめっき
電流が集中するのを防止して基板Ｗの中央部にもめっき
電流が流れるようにすることで、基板Ｗの中央部に優先
的にめっきを成長させ、めっき膜が厚くなってシート抵
抗が低くなった時点で３つの分割アノード４８ａ，４８
ｂ，４８ｃの電流密度を同一にすることで、めっき膜形
成終了時のめっき膜の面内均一性を向上させることがで
きる。

【００３９】なお、上記の例は、初期めっき膜形成時に
３個の分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃの電源投入
時をずらした例を示しているが、３個の分割アノード４
８ａ，４８ｂ，４８ｃを同時に使用した場合でも、アノ
ードの中央部側の電流密度の方が、その周囲よりも高く
することで、即ち第３の分割アノード４８ｃ＜第２の分
割アノード４８ｂ＜第１の分割アノード４８ａの順に電
流密度を高くすることで、基板Ｗの中央部にもめっき電
流を流して均一なめっき膜を形成し、めっき膜厚が厚く
なり、シート抵抗が低くなった時点で、３つの分割アノ
ード４８ａ，４８ｂ，４８ｃの電流密度を同一にするこ
とで、めっき膜形成終了時の面内均一性を向上させるこ
とができる。

【００４０】そして、通電を終了した後、図９（ｄ）に
示すように、めっき液噴出ノズル５３の上方に位置する
液面制御用の貫通孔２２４のみからめっき液が外部に流
出するようにめっき液の供給量を減少させ、これによ
り、ハウジング７０及びそれに保持された基板をめっき
液面上に露出させる。このハウジング７０とそれに保持
された基板Ｗが液面より上にある位置で、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が所定の方向に向くようにしてハウジング７
０の回転を停止させる。

【００４１】ハウジング７０が完全に停止した後、押圧
リング２４０を上昇させる。次に、第３搬送装置２８の
吸着ハンドを吸着面を下に向けて、ハウジング７０の開
口９６からこの内部に挿入し、吸着ハンドが基板を吸着
できる位置にまで吸着ハンドを下降させる。そして、基
板を吸着ハンドにより真空吸着し、吸着ハンドをハウジ
ング７０の開口９６の上部の位置にまで移動させて、ハ
ウジング７０の開口９６から吸着ハンドとそれに保持し
た基板を取り出す。

【００４２】このめっき処理部２２によれば、ヘッド部
４７の機構的な簡素化及びコンパクト化を図り、かつめ
っき処理槽４６内のめっき液の液面がめっき時液面にあ
る時にめっき処置を、基板受渡し時液面にある時に基板
の水切りと受渡しを行い、しかもアノード４８の表面に
生成されたブラックフィルムの乾燥や酸化を防止するこ
とができる。

【００４３】図１２は、本発明の第２の実施の形態のめ
っき装置の要部概要図で、これは、中央に位置する第１
の分割アノード４８ａを上下方向に延びる上下動機構と
しての第１のシリンダ５２ａのシリンダロッド５４ａの
先端に、この第１の分割アノード４８ａの周囲を囲繞す
る第２の分割アノード４８ｂを上下方向に延びる上下動
機構としての第２のシリンダ５２ｂのシリンダロッド５
４ｂの先端に、それぞれ連結し、これによって、分割ア
ノード４８ａ，４８ｂが基板Ｗに接離する方向に移動し
て、分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃが相対的に移
動できるようにしたものである。その他の構成は、第１
の実施の形態とほぼ同様である。

【００４４】この実施の形態によれば、シート抵抗が高
い初期めっき膜形成時に、シート抵抗を加味しながら、
分割アノード４８ａ，４８ｂを移動させ、分割アノード
４８ａ，４８ｂ，４８ｃの相対的な位置を調整して、す
なわち、例えば、図１２に示すように、中央に位置する
第１の分割アノード４８ａを最も基板Ｗに接近させ、こ
の第１の分割アノード４８ａの周囲を囲繞する第２の分
割アノード４８ｂを次に基板に接近させ、しかもこの距
離を調整した状態で電源５１ａ，５１ｂ，５１ｃを投入
することで、アノード４８の全面に亘る電流密度分布を
調整して基板の中央部に優先的にめっきを成長させるこ
とができ、これによって、めっき膜形成終了時のめっき
膜の面内均一性を更に向上させることができる。

【００４５】なお、この時、各分割アノード４８ａ，４
８ｂ，４８ｃに印加する電圧を同一にしても、異なるよ
うにしても良く、更に電源を投入する時期をずらしても
良いことは勿論である。また、分割アノード４８ａ，４
８ｂ，４８ｃが一体となって移動するようにして、シー
ト抵抗を加味しながら、分割アノード４８ａ，４８ｂ，
４８ｃと基板Ｗとの距離を調整できるようにしても良
い。、

【００４６】図１３は、本発明の第３の実施の形態のめ
っき装置の要部概要図で、これは、アノード４８を平板
状アノード４８ｄと該平板状アノード４８ｄの中心部を
貫通して延びる棒状アノード４８ｅで構成し、しかも棒
状アノード４８ｅの基部にラック３００を設け、このラ
ック３００にサーボモータ３０２の駆動に伴って回転す
るピニオン３０４を噛み合わせることで、サーボモータ
３０２の駆動に伴って棒状アノード４８ｅが軸方向に移
動できるように構成し、更に平板状アノード４８ｄと棒
状アノード４８ｅを個別にめっき電源５１ｄ，５１ｅに
接続できるようにしたものである。その他の構成は、第
１の実施の形態と同様である。

【００４７】この実施の形態によれば、初期めっき膜形
成時に、棒状アノード４８ｅの上端と基板Ｗとの距離ａ
をごく短く、すなわち棒状アノード４８ｅを基板Ｗに近
接させた状態で、棒状アノード４８ｅにめっき電源５１
ｅを投入し、これによって、基板Ｗの中央部から放電さ
せて、ここに局部的にめっき膜を形成し、しかる後、サ
ーボモータ３０２を駆動して棒状アノード４８ｅを徐々
に下降させ、基板Ｗの中央部のみで放電されていた現象
を周辺に拡げてめっき膜を徐々に外方に拡げる。そし
て、めっき膜が基板Ｗの全面に行き渡り、シート抵抗が
高くなった時点で、平板状アノード４８ｄにめっき電源
５１ｄを投入して、基板Ｗの全面のめっきを開始するの
であり、これにより、シート抵抗が高くても、導電性さ
え有していれば、基板Ｗの全面のめっきが可能となる。

【００４８】つまり、将来、銅シード層の形成が寸法上
難しい世代になった時、ＴａＮ，ＴｉＮ，ＷＮなどのバ
リアメタル上に直接電解銅めっきを施す必要が出てくる
と考えられるが、この場合、薄膜化したシード層上にめ
っきする以上にシート抵抗が高くなり、基板Ｗの全面に
めっきをするのは難しい。例えば、ＴｉＮの比抵抗は８
０〜１５０μΩ・ｃｍ、ＴａＮの比抵抗は２００〜５０
００μΩ・ｃｍにも達し、基板上での基板半径当たりの
抵抗値も数百Ωにもなる。このような超高シート抵抗下
地では、中央部にめっきを成長させるのは至難の技であ
る。

【００４９】このような場合であっても、この実施の形
態によれば、積極的に基板中央部から放電させること
で、ここに局部的にめっき膜を形成し、更に棒状アノー
ド４８ｅを基板Ｗから徐々に遠ざけることで、このめっ
き膜を外方に徐々に拡げることができる。特に、今後、
基板サイズがΦ３００ｎｍとなれば、シート抵抗の影響
を更に受けるが、このような場合であっても、基板の全
面にめっき膜を形成することが可能となる。

【００５０】この場合、めっき浴として、均一電着性に
優れた高分極錯体浴を使用することが好ましく、また、
更に分極を高める目的で、電流密度は、例えば０．５Ａ
／ｄｍ^２程度のやや低めとすることが好ましい。

【００５１】ここに、通常の硫酸銅めっき液よりも分極
が高い高分極錯体浴としては、例えばピロリン酸銅をベ
ースとして、これにピロリン酸等の錯化剤が添加したも
のが挙げられる。ここで、分極が高いとは、電流密度の
変化に対する電圧の変化の比が大きいこと、つまり電位
の振れに対して電流密度の変動が少ないことを意味す
る。例えば、図１４に示す陰分極曲線を有するＡ浴とＢ
浴とを比較したとき、Ｂ浴におけるｂ／（Ｄ_２−Ｄ_１）
の方がＡ浴におけるａ／（Ｄ_２−Ｄ_１）より大きいた
め、Ｂ浴の方がＡ浴より分極が高い。これによって、通
電時に電位差が生じても、電流密度の変動を少なくして
析出電位を上昇させ、これによって、電着性の均一性を
向上させることができる。

【００５２】また、棒状アノード４８ｅとして、含リン
銅などの溶解アノードを使用すると、局部的な放電に伴
って、棒状アノード４８ｅの先端が溶解して形状が著し
く変化し、放電状態が変わり易くなる。このため、棒状
アノード４８ｅとして、プラチナ等の不溶解アノードを
使用することで、棒状アノード先端の溶解による形状変
化を防止して、放電状態が変化するのを防止することが
望ましい。このように、棒状アノードとして不溶解アノ
ードを使用しても、棒状アノードは表面積も小さいた
め、アノード表面の酸素ガスによる添加剤の酸化分解も
ごく少なくて済むため、全体系の中では何ら支障は起こ
らない。

【００５３】なお、前記第１及び第２の実施の形態のめ
っき装置でバリアメタル上に直接めっきを施すようにし
ても良く、また第３の実施の形態のめっき装置で銅シー
ド層が存在する基板にめっきを施すようにしても良いこ
とは勿論である。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
例え初期めっき膜形成時におけるシート抵抗が高い場合
であっても、基板の表面全域にめっき膜を成長させて、
ボイドのない全面均一で健全なめっきを施すことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のめっき装置の平面
配置図である。

【図２】図１に使用されているめっき処理部のめっき処
理時における全体を示す断面図である。

【図３】同じく、アノードの平面図である。

【図４】同じく、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５】同じく、非めっき時（基板受渡し時）における
全体を示す断面図である。

【図６】同じく、メンテナンス時における全体を示す断
面図である。

【図７】同じく、基板の受渡し時におけるハウジング、
押圧リング及び基板の関係の説明に付する図である。

【図８】同じく、図７の一部拡大図である。

【図９】同じく、めっき処理時及び非めっき時における
めっき液の流れの説明に付する図である。

【図１０】同じく、芯出し機構の拡大断面図である。

【図１１】同じく、給電接点（プローブ）を示す断面図
である。

【図１２】本発明の第２の実施の形態のめっき装置の要
部概要図である。

【図１３】本発明の第３の実施の形態のめっき装置の要
部概要図である。

【図１４】２つの異なる分極のめっき液における電圧と
電流密度の関係を示すグラフである。

【図１５】銅めっき処理により銅配線を形成する例を工
程順に示す図である。

【符号の説明】

５バリア層６銅膜７シード層１０ロード・アンロード部１２洗浄・乾燥処理部１４基板ステージ１６ベベルエッチ・薬液洗浄部１８基板ステージ２０水洗部２２めっき処理部２４，２６，２８搬送装置４５めっき液４６めっき処理槽４７ヘッド部４８アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃ分割アノード４８ｄ平板状アノード４８ｅ棒状アノード４９めっき室５０めっき槽５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅめっき電源５３めっき液噴出ノズル５５めっき液供給管５７，５９，１２０めっき液排出口５８堰部材６２鉛直整流リング６３水平整流リング７０ハウジング７２基板保持部７５空気抜き穴７６カソード電極用接点７７給電接点２４０押圧リング２４２押圧ロッド２４４シール材３００ラック３０２サーボモータ３０４ピニオン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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Ｆターム(参考） 4K024 AA09 BB12 CA02 CA06 CB01 CB06 CB08 CB09 CB13 CB15 CB21 CB26 4M104 BB04 BB30 BB32 DD52 HH13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】めっき液を保有するめっき槽内に位置し
て基板に対峙した位置に配置されるアノードを同心状に
分割した複数の分割アノードから構成し、これらの各分
割アノードを個別にめっき電源に接続できるようにした
ことを特徴とするめっき装置。
【請求項２】前記各分割アノードは、前記基板に接離
する方向に相対的または一体に移動自在に構成されてい
ることを特徴とする請求項１記載のめっき装置。
【請求項３】めっき液を保有するめっき槽内に位置し
て基板に対峙した位置に配置される平板状アノードと、
この平板状アノードの中心部を貫通して軸方向に上下動
自在な棒状アノードとを備え、前記平板状アノードと棒
状アノードを個別にめっき電源に接続できるようにした
ことを特徴とするめっき装置。
【請求項４】前記棒状アノードが不溶解アノードであ
ることを特徴とする請求項３記載のめっき装置。
【請求項５】バリア層及び／またはシード層で覆われ
た微細窪みを有する基板にめっきを施して該微細窪みに
金属を充填するめっき方法において、基板の中央部に局部的なめっき膜を作り、この局部的な
めっき膜を徐々に外方に拡がらせることを特徴とするめ
っき方法。