JP2002167693A - 基板の電解めっき方法および電解めっき装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 均一電着性及びレベリング性が高いめっき液
を使用して微細配線パターン内への銅の埋込みを達成で
き、しかも配線部と非配線部でめっき膜厚がほぼ等しく
なって、ＣＭＰが容易な基板のめっき方法及びめっき装
置を提供する。 【解決手段】 基板Ｗと該基板Ｗに対して略平行に近接
配置されたアノード９８で構成されるめっき空間９９に
金属イオンおよび添加剤を含有するめっき液を満たし、
めっき処理中の該めっき空間９９内のめっき液添加剤濃
度を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板の電解めっき
方法及び電解めっき装置に係り、特に半導体基板に形成
された微細配線パターン（窪み）に銅（Ｃｕ）等の金属
を充填する等の用途の基板の電解めっき方法及び電解め
っき装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板上に配線回路を形成するため
の材料としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金
が一般に用いられているが、集積度の向上に伴い、より
伝導率の高い材料を配線材料に採用することが要求され
ている。このため、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またはその合金を充填する
方法が提案されている。

【０００３】これは、配線パターンに銅またはその合金
を充填する方法としては、ＣＶＤ（化学的蒸着）やスパ
ッタリング等各種の方法が知られているが、金属層の材
質が銅またはその合金である場合、即ち、銅配線を形成
する場合には、ＣＶＤではコストが高く、またスパッタ
リングでは高アスペクト（パターンの深さの比が幅に比
べて大きい）の場合に埋込みが不可能である等の短所を
有しており、めっきによる方法が最も有効だからであ
る。

【０００４】半導体基板上に銅めっきを施す方法として
は、カップ式やディップ式のようにめっき槽に常時めっ
き液を張ってそこに基板を浸す方法と、めっき槽に基板
が供給された時にのみめっき液を張る方法、また、電位
差をかけていわゆる電解めっきを行う方法と、電位差を
かけない無電解めっきを行う方法など、種々の方法があ
る。

【０００５】ここで、めっき液として硫酸銅めっき液を
使用した電解銅めっきで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り、そのため、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。この添加剤としては、 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、 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、 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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、添加剤
を調整して均一電着性とレベリング性を高めためっき液
を使用した電解銅めっきで微細配線パターン内への銅の
埋込みを行うと、基板上の配線部の膜厚が非配線部の膜
厚に比べて厚くなる現象が生じる。このように、膜厚に
ばらつきが生じると、配線部の銅の埋込み自体において
は問題とはならないが、めっきの後段プロセスであるＣ
ＭＰ（化学機械研磨）工程における平坦化が極めて困難
になってしまう。

【０００７】本発明は上記に鑑みて為されたもので、均
一電着性及びレベリング性が高いめっき液を使用して微
細配線パターン内への銅の埋込みを達成でき、しかも配
線部と非配線部でめっき膜厚がほぼ等しくなって、ＣＭ
Ｐが容易な基板のめっき方法及びめっき装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基板と該基板に対して略平行に近接配置されたアノ
ードで構成されるめっき空間に金属イオンおよび添加剤
を含有するめっき液を満たし、めっき処理中における前
記めっき空間内のめっき液添加剤濃度を変化させること
を特徴とする基板の電解めっき方法である。

【０００９】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有される添加
剤濃度は、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、めっき進行に伴っ
て徐々に低下する。この濃度の変化は、近接めっきで
あってめっき空間のめっき液量そのものが少ない場合、
めっき空間内へのめっき液の導入がめっき前のみに行
われ、めっき中は行われない場合（回分導入）、めっ
き液がめっき処理過程で間欠的に導入される場合、など
でより大きくなる。更に、めっき処理中に、めっき空間
内に別の液導入手段により異なる濃度の添加剤を含む溶
液又はめっき液を別途導入する場合には、濃度変化が更
に大きくなる。このように、めっき処理中におけるめっ
き空間内のめっき液添加剤濃度を変化させることで、配
線部と非配線部のめっき膜厚のばらつきが是正される。

【００１０】めっき処理中におけるめっき空間内のめっ
き液添加剤濃度を変化させると、どのような原理機構で
配線部と非配線部の膜厚差が是正されるかのメカニズム
は必ずしも明らかでないが、概して添加剤濃度がめっき
処理過程で低下する場合や、特定の添加剤濃度、特にキ
ャリアが高く設定される時、或いは添加剤成分が添加剤
の吸着除去などにより、大きく低下する場合に膜厚差が
是正される傾向にある。また、問題となっている膜厚差
は、配線溝部の埋込みがほぼ完了した後のめっき中後期
において発生すると考えられる。従って、配線溝部を埋
め込むめっき初期に比べて、中後期の添加剤濃度を変化
させることが膜厚差の是正により有効である。

【００１１】請求項２に記載の発明は、前記めっき空間
へのめっき液の供給を断続的に行うことで、前記めっき
液添加剤濃度を調整することを特徴とする請求項１記載
の基板の電解めっき方法である。

【００１２】請求項３に記載の発明は、前記めっき空間
への添加剤の補給または添加剤の除去により、前記めっ
き液添加剤濃度を調整することを特徴とする請求項１記
載の基板の電解めっき方法である。

【００１３】請求項４に記載の発明は、カソードから給
電可能な基板保持部と、基板に略平行に配置されたアノ
ードと、基板とアノードで構成されるめっき空間に回分
的または間欠的にめっき液を導入する手段を備えたこと
を特徴とする基板の電解めっき装置である。これによ
り、基板とアノードで構成されるめっき空間内のめっき
液添加剤濃度を変化させながら、めっき処理を施すこと
ができる。

【００１４】請求項５に記載の発明は、前記めっき空間
へ前記めっき液とは異なる添加剤濃度に調整した液を導
入する手段を備えたことを特徴とする請求項４記載の基
板の電解めっき装置である。これにより、異なる添加剤
濃度に調整した液（溶液またはめっき液）を介して、め
っき処理中における基板とアノードで構成されるめっき
空間内のめっき液添加剤濃度の変化を任意に設定するこ
とができる。

【００１５】請求項６に記載の発明は、前記めっき空間
内にめっき液含浸材を配置したことを特徴とする請求項
４または５記載の基板の電解めっき装置である。これに
より、めっき液含浸材で添加剤中の特定成分、例えばレ
ベラーを吸着除去することができ、この場合、めっき空
間内のめっき液中のレベラー濃度を下げるときに有効で
ある。

【００１６】請求項７に記載の発明は、前記めっき空間
内のめっき液温度を調整可能な手段を備えたことを特徴
とする請求項４乃至６のいずれかに記載の基板の電解め
っき装置である。これにより、吸着反応は温度依存性が
高いので、一般にめっき液の温度を高めることで、めっ
き液含浸材の吸着容量を増加させることができる。

【００１７】

【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。この実施の形態の基板めっき装置
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。このめっき工程を図１を参照して説明する。

【００１８】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のシード
層７が形成されている。

【００１９】そして、図１（ｂ）に示すように、前記半
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内に銅を充填させると
ともに、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および配線用の溝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１（ｃ）に示すように銅層
６からなる配線が形成される。

【００２０】図２は、本発明の実施の形態の基板のめっ
き装置の全体を示す平面図で、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
１２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。

【００２１】なお、この実施の形態に使用されるめっき
液には、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
るが、これらに限定されるものではないことは勿論であ
る。

【００２２】前記めっきユニット１２には、図３に示す
ように、めっき処理及びその付帯処理を行う基板処理部
２０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
に保持されて前記基板処理部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。この実施の形態にあって
は、３個の固定ノズル３４が備えられ、その内の１個を
純水の供給用に用いている。

【００２３】前記基板処理部２０には、図４及び図５に
示すように、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。

【００２４】ここで、前記基板保持部３６は、図５に示
すように、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、回転モータ４６及び
ベルト４８（図４参照）を介して、任意の加速度及び速
度で前記カソード部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の周縁部に下記のカソー
ド部３８のシール材９０とカソード電極８８が当接する
ようになっている。一方、前記カップ４０は、その上端
が前記基板搬出入口５０の下方に位置し、図５に仮想線
で示すように、上昇した時に前記基板搬出入口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。

【００２５】前記めっき液トレー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１
１０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に取り付けられており、め
っき液トレー２２内のめっき液の満水、即ちオーバーフ
ローと排水の検出が可能になっている。めっき液トレー
２２の底板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。

【００２６】前記電極アーム部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、前記めっ
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。

【００２７】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。

【００２８】前記基板保持部３６は、図１１乃至図１３
に示すように、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７０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。

【００２９】ここで、前記押付け片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
前記押圧棒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。

【００３０】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。

【００３１】前記カソード部３８は、図１４及び図１５
に示すように、前記支持板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前記枠体
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。

【００３２】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ともに、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。

【００３３】なお、この実施の形態において、カソード
部３８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
しても良い。

【００３４】前記電極アーム部３０の電極部２８は、図
１６乃至図２０に示すように、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９
４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、前記ハウジング９４と支持枠９６で周縁部を
狭持して固定したアノード９８とを有し、このアノード
９８は、前記ハウジング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。ここで、前記めっき液供給管１０２には、めっ
き液の注入量を調整する、例えば流量調整器などのめっ
き液使用量調整手段が設けられている。

【００３５】前記めっき液導入管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、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１
０４ｂ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、めっき液注入孔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及びめっき液注入孔９８ａからアノード９８と
基板Ｗで構成されためっき空間９９（図１７参照）に達
し、まためっき液排出管１０６を吸引することで、アノ
ード９８と基板Ｗで構成されためっき空間９９内のめっ
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１０６から排出されるようになっている。

【００３６】更に、ハウジング９４には、アノード９８
と基板Ｗで構成されためっき空間９９内に、めっき液と
は異なる濃度の添加剤を含む溶液またはめっき液を別途
導入する液供給管１２０が接続されている。これによ
り、めっき処理中に、この液供給管１２０から異なる添
加剤濃度に調整した溶液またはめっき液をめっき空間９
９内に導入することで、めっき空間９９内のめっき液添
加剤濃度の変化を任意に設定することができるようにな
っている。

【００３７】ここで、前記アノード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、
これが乾燥してアノード９８から脱落したり、酸化する
と、パーティクルの原因となるばかりでなく、めっきの
組成が変化してしまう。

【００３８】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
っき面への乾燥による脱落及び酸化を防止し、同時に基
板のめっき面とアノード９８との間のめっき空間９９内
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。また、このように、アノード９８にめっき液含
浸材１１０を取付け、基板Ｗの被めっき面とアノード９
８との間のめっき空間９９内に注入するめっき液に接触
させることで、めっき液含浸材１１０で添加剤中の特定
成分、例えばレベラーを吸着除去することができる。こ
の場合、めっき空間内のめっき液中のレベラー濃度を下
げるときに有効である。

【００３９】このめっき液含浸材１１０は、保水性と透
過性を有し、高濃度の硫酸を含む酸性めっき液に対して
耐久性があり、しかも硫酸溶液中での不純物の溶出がめ
っき性能（成膜速度、比抵抗、パターン埋込み性）に悪
影響を及ぼさないよう、例えばポリプロピレン製の繊維
からなる織布で構成されている。なお、めっき液含浸材
１１０の材料としては、ポリプロピレンの他にポリエチ
レン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、テフロン（登録
商標）、ポリビニルアルコール、ポリウレタン及びこれ
らの誘導体が挙げられ、また織布の代わりに不織布また
はスポンジ状の構造体であっても良い。更に、アルミナ
や炭化珪素等からなるポーラスセラミックス、ポリウレ
タンやポリエステル等の焼結体であっても良い。

【００４０】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。

【００４１】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）または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良い。また、めっき液含浸材
がセラミックス等の硬い材料である場合は、めっき液含
浸材を固定するための固定ピン等を設ける必要はなく、
めっき液含浸材を保持具に固定して、この保持具の上に
アノードを載置しても良い。更に、アノードとめっき液
含浸材とを密着させる必要はなく、その間にめっき液を
保持するようにしても良い。

【００４２】そして、基板保持部３６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程度となるまで前記電極部２８を下降させ、
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
のめっき空間９９をめっき液で満たし、これによって、
基板Ｗの被めっき面にめっきを施す。

【００４３】なお、図４に示すように、カソード部３８
を支持する支柱８４の外方にストッパ棒１１６が立設さ
れ、このストッパ棒１１６の上面に支持枠９６の周囲に
設けた突出部９６ａを当接させることで、電極部２８の
下降が規制されるようになっている。

【００４４】次に、この実施の形態のめっき装置の動作
について説明する。先ず、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１
２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のハンドを前記基板搬出入口
５０を通って退去させる。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】プレコート完了後にめっき処理に移る。先
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。

【００４９】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、電極アーム部３０を
めっき液トレー２２上方からめっきを施す位置の上方に
電極部２８が位置するように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。この時、めっき液含浸材１１０を基
板Ｗの被めっき面に接触することなく、０.５ｍｍ〜３
ｍｍ程度に近接した位置とする。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１
０２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注入孔９８ａよりめっき液
含浸材１１０にめっき液を供給する。

【００５０】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めっき
空間９９内に満たされ、基板の被めっき面に銅めっきが
施される。所定量のめっき液が注入された後は、めっき
液の注入を停止し、めっき液が基板の被めっき面に均一
に供給されるよう、基板保持部３６を低速で回転させ
る。これを、例えば５分程度継続させる。この時、めっ
き液として、例えば添加物濃度が１．０ｍＬ／Ｌのもの
を、めっき空間９９の容積に合わせて、例えば５０ｍＬ
使用する。すると、このこの添加物濃度が、めっきの進
行に伴って低下して、配線部と非配線部のめっき膜厚の
ばらつきが是正される。

【００５１】つまり、基板のめっきを行う過程で、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、めっき進行に伴って添加物濃度が
低下するのであるが、この実施の形態のように、近接め
っきであって、めっき空間９９内のめっき液量そのもの
が少なく、かつめっき空間９９内へのめっき液の導入を
めっき処理前にのみ行って、めっき処理中に行わない場
合、基板とアノードで構成されるめっき空間９９のめっ
き液に含有される添加剤濃度の変化（低下）がより大き
くなり、これによって、配線部と非配線部のめっき膜厚
のばらつきが是正される。しかも、めっき液含浸材で添
加剤中の特定成分、例えばレベラーを吸着除去すること
で、めっき空間内のめっき液中のレベラー濃度をより効
果的に下げることができる。

【００５２】なお、この実施の形態では、めっき空間９
９内へのめっき液の導入をめっき前のみに行う（回分導
入）ようにした例を示しているが、めっき処理過程でめ
っき液を断続的に導入するようにしても良い。更に、め
っき処理中に、液供給管１２０から異なる濃度の添加剤
を含む溶液又はめっき液をめっき空間９９に別途導入す
ることで、めっき空間９９内におけるめっき液添加物濃
度変化を更に大きくすることができる。

【００５３】めっき処理が完了すると、電極アーム部３
０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６６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。

【００５４】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
つ基板保持部を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９
０及びカソード電極８８を同時に洗浄することができ
る。

【００５５】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。こ
れにより、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４０
も下降させる。

【００５６】以上でめっき処理及びそれに付帯する前処
理や洗浄・乾燥工程の全工程を終了し、搬送ロボット１
４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３６
から処理後の基板Ｗを受取る。そして、搬送ロボット１
４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。

【００５７】なお、この実施の形態にあっては、一定温
度でめっきを行うようにした例を示しており、この場
合、めっき液含浸材が吸着飽和するまではめっき液中の
添加剤濃度が減少するが、めっき液含浸材が飽和状態に
達するとこの効果が期待できなくなる。そこで、例え
ば、アノード部の周囲に、めっき時の温度を調整するヒ
ータ等のめっき温度調整手段を配置し、めっきの進行に
合わせてめっき温度を順次高めることで、めっき液含浸
材のめっき液中の添加剤の吸着余力を大きくすることが
できる。なお、めっき時に発生するジュール熱による自
然昇温を利用するようにしても良い。この場合、めっき
終了後に、めっき液含浸材を低温めっき液に接触させる
ことで添加剤の一部を脱着させ、これにより、高温に伴
う過剰な吸着分を脱着させることができる。

【００５８】また、めっき液供給管１０２を介して、異
なる濃度の添加剤を含む複数種のめっき液を基板の被め
っき面とアノードとの間に注入できるように構成し、め
っき初期では配線埋込みに適正な添加剤濃度のめっき液
を使用してめっきを行い、めっき中後期には添加剤濃度
の低いめっき液に入れ替えることで、めっき中の添加剤
濃度を調整するようにしても良い。

【００５９】更に、初期に埋込みに適正な濃度の添加剤
を含むめっき液含浸材を保持したアノードでめっきし、
中後期には添加剤濃度がより低いめっき液含浸材を保持
したアノードでめっきすることで、めっき中の添加剤濃
度を調整するようにしても良い。

【００６０】次に、前記本発明によるめっきの効果を明
らかにするため、種々の実験を行った結果を以下に示
す。先ず、めっき液量と埋込み特性との関係を調べるた
め、以下のめっき条件でめっき流量を変えてめっきを行
い、めっき初期、中期及び後期における添加剤濃度、膜
厚段差及び配線内部のボイドの有無を調べた。この結果
を表１に示す。

【００６１】めっき条件： ・硫酸銅５水塩＝２２５ｇ／Ｌ、硫酸＝５５ｇ／Ｌ、塩
素イオン＝６０ｍｇ／Ｌ、添加剤＝ＤＭＥＣ＃４０（以
上、荏原ユージライト（株）社製） ・温度＝２５℃、電流密度＝２０ｍＡ／ｃｍ^２、めっき
時間＝５ｍｉｎ（平均めっき膜厚２０００ｎｍ） ・含浸材なし

【表１】

【００６２】この表１の結果より、めっき液量が少ない
ほど、膜厚段差は少なくなってＣＭＰ処理が可能な膜厚
分布になる。なお、液量が極端に少なくなると配線の中
にボイドが認められることから、めっき液量は少なすぎ
ると良くないことも判る。

【００６３】次に、めっき液含浸材の有無による添加剤
濃度の変化を調べるため、以下のめっき条件でめっきを
行い、めっき初期、中期及び後期の添加剤濃度、膜厚段
差及びボイドの有無を調べた。この結果を表２に示す。 めっき条件： ・硫酸銅５水塩＝２２５ｇ／Ｌ、硫酸＝５５ｇ／Ｌ、塩
素イオン＝６０ｍｇ／Ｌ、添加剤＝ＤＭＥＣ＃４０（以
上、荏原ユージライト（株）社製） ・温度＝２５℃、電流密度＝２０ｍＡ／ｃｍ^２、めっき
時間＝５ｍｉｎ（平均めっき膜厚２０００ｎｍ） ・含浸材：ＰＶＡスポンジ（厚み４ｍｍ）、添加剤の事
前吸着処理はなし ・めっき液量：１０００ｍＬ／基板

【表２】

【００６４】この表２の結果より、添加剤吸着能力を有
するめっき液含浸材を介在させることで、めっき途中の
添加剤濃度を低下させることが可能で、その結果、膜厚
段差が小さく、かつ、配線内部にボイドが認められない
めっきが可能であることが判る。

【００６５】更に、下記のめっき条件で、異なる添加剤
濃度のめっき液を使用した多段めっきを行った場合と、
１種類のめっき液による通常のめっきを行った場合にお
けるめっき初期、中期及び後期における添加剤濃度、膜
厚段差及びボイドの有無を調べた。この結果を表３に示
す。 めっき条件： ・硫酸銅５水塩＝２２５ｇ／Ｌ、硫酸＝５５ｇ／Ｌ、塩
素イオン＝６０ｍｇ／Ｌ、添加剤＝ＤＭＥＣ＃４０（以
上、荏原ユージライト（株）社製） ・温度＝２５℃、電流密度＝２０ｍＡ／ｃｍ^２、めっき
時間＝５ｍｉｎ（平均めっき膜厚２０００ｎｍ） ・含浸材なし ・めっき液量：５０００mL／基板 、添加剤濃度は表３
に示す。

【表３】 この表３の結果より、めっき液中の添加剤濃度をめっき
の進行にあわせて順次下げることにより、膜厚段差が小
さくてＣＭＰ処理が容易なめっきが可能であることが判
る。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
配線部と非配線部の膜厚差を小さくして、後工程のＣＭ
Ｐを容易となし、かつ、配線内部にボイドが形成されな
いめっきが可能となる。これにより、製品歩留りの向上
と併せて、ＬＳＩ製造プロセスの工程簡素化、製造コス
トの大幅な低減が可能になる。

【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】本発明の実施の形態の基板めっき装置の全体を
示す平面図である。

【図３】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】基板保持部及びカソード部の拡大断面図であ
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】電極アームの平面図である。

【図１７】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】電極アームの電極部のハウジングを除いた状
態の平面図である。

【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 ５０ 基板搬出入口 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 めっき液注入孔 ９８ｂ 通孔 ９９ めっき空間 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 １２０ 液供給管

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｂ Ｈ０１Ｌ 21/288 Ｈ０１Ｌ 21/288 Ｅ (72)発明者 井上 裕章 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 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 国沢 淳次 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 中村 憲二 神奈川県藤沢市善行坂１−１−６ 荏原ユ ージライト株式会社内 (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 CA02 CA15 CB02 CB06 CB08 CB17 CB20 CB21 DB07 GA16 4M104 BB04 BB30 DD52 DD75 FF18 FF22

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と該基板に対して略平行に近接配置
   されたアノードで構成されるめっき空間に金属イオンお
   よび添加剤を含有するめっき液を満たし、めっき処理中
   における前記めっき空間内のめっき液添加剤濃度を変化
   させることを特徴とする基板の電解めっき方法。
2. 【請求項２】 前記めっき空間へのめっき液の供給を断
   続的に行うことで、前記めっき液添加剤濃度を調整する
   ことを特徴とする請求項１記載の基板の電解めっき方
   法。
3. 【請求項３】 前記めっき空間への添加剤の補給または
   添加剤の除去により、前記めっき液添加剤濃度を調整す
   ることを特徴とする請求項１記載の基板の電解めっき方
   法。
4. 【請求項４】 カソードから給電可能な基板保持部と、 基板に略平行に配置されたアノードと、 基板とアノードで構成されるめっき空間に回分的または
   間欠的にめっき液を導入する手段を備えたことを特徴と
   する基板の電解めっき装置。
5. 【請求項５】 前記めっき空間へ前記めっき液とは異な
   る添加剤濃度に調整した液を導入する手段を備えたこと
   を特徴とする請求項４記載の基板の電解めっき装置。
6. 【請求項６】 前記めっき空間内にめっき液含浸材を配
   置したことを特徴とする請求項４または５記載の基板の
   電解めっき装置。
7. 【請求項７】 前記めっき空間内のめっき液温度を調整
   する手段を備えたことを特徴とする請求項４乃至６のい
   ずれかに記載の基板の電解めっき装置。