JP2004068093A

JP2004068093A - ウェハーのめっき装置

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Publication number: JP2004068093A
Application number: JP2002229835A
Authority: JP
Inventors: Yuji Uchiumi; 内海　裕二
Original assignee: Electroplating Engineers of Japan Ltd
Current assignee: EEJA Ltd
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-07
Also published as: JP3940648B2

Abstract

【課題】ウェハーに均等な膜厚のめっきを形成でき、しかもウェハーが載置される支持部の構造が簡単であるめっき装置を提供すること。
【解決手段】めっき液槽１０の開口縁に沿って延在する環状の端面１１と、端面１１上の環状のシールパッキン２１と、シールパッキン２１上の環状のカソード電極２２とからなるウェハーＷの支持部を有するウェハーのめっき装置において、シールパッキン２１の表面の、カソード電極２２と対向する位置に、周方向に沿って等間隔で突起２１ｂを形成する。このように、シールパッキン２１に複数の突起２１ｂを形成すると、カソード電極２２のうち突起２１ｂに押される部分が確実にウェハーＷに確実に接触する。また、非接触部分は接触部分の間に分散して生じ、ウェハーＷの外周部の全周に散在する状態になり、全周に亘る均等な通電状態が確保される。
【選択図】　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき対象であるウェハーに電解めっきするめっき装置に関し、特にカップ式めっき装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェハーのめっき対象面に電解めっきを施すめっき装置として、いわゆるカップ式めっき装置がある（図１参照）。図７に示されるように、従来のカップ式めっき装置１００のウェハー支持部は、めっき液槽の上端開口に沿って延びる環状の端面部１１１と、当該端面部１１１の上に設置された環状のシールパッキン１２１と、シールパッキン１２１の上面に設置された環状のカソード電極１２２とからなる。シールパッキン１２１やカソード電極はトップリング１２３でめっき液槽（端面部１１１の上）に固定されている。また、環状のシールパッキン１２１は、その内周縁部に、上向きに突き出た環状の凸部１２１ａを備えている。
【０００３】
このようなめっき装置１００でめっき処理を行う場合は、まずめっき対象であるウェハーＷを支持部上に載置し、この後、ウェハーＷの外周部を押えリング１２４で支持部１２０側に押しつけて、めっき液の液漏れを防止すると共に、ウェハーＷの外周部とカソード電極１２２との間の通電状態を確保し、その後通電してめっきを行う。
【０００４】
ところで、このようにしてウェハーを固定するだけでは、めっき液の漏れを防止できても、ウェハーのめっき対象面に均等な膜厚のめっきを施すことは難しい。また、ウェハーの外周部のうちカソード電極との接触面には良好な通電状態を得る等の目的で薄膜状のシードが設けられているが、このシードの抵抗が高い場合や厚さが薄い場合に、特にウェハーの外周部を全周に亘って均等にカソード電極に接触させることが難しい。単にウェハーの外周部を全周に亘って支持部側（カソード電極）に押しつけるだけでは、ウェハーの外周部全周を全面的にカソード電極に接触させることができず（つまり接触状態に偏りが生じ）、その結果、均等な通電状態を確保できなくなると考えられる。押しつける力を強すれば、より広い接触面積を確保できるが、押しつける力を強くするにも、めっき液槽の強度上の制約があることから限界がある。
【０００５】
また、図８に示されるようなウェハーの支持部を備えた別のめっき液槽１０１がある。このめっき装置１０１の支持部では、カソード電極１２２として、ウェハーＷと対向する位置に複数の突起１２２ａを有するものが用いられている。このように突起１２２ａを形成すれば、突起の位置でウェハーＷとカソード電極１２２とを確実に接触させることができる。ところが、この場合、カソード電極１２２に突起１２２ａを形成するための手間がかかる。そして、カソード電極１２２の材料は、例えば金など、突起１２２ａを形成できるだけの加工性を有するものに限られる。カソード電極１２２の材料が例えばチタンなど加工性に劣る（割れを生じやすい）場合、突起１２２ａを形成できないか、できるとしても歩留まりが低く、極めて手間がかかる。また、カソード電極１２２は、突起１２２ａの部分だけでしかウェハーＷに接触せず、カソード電極１２２の表面をできるだけ接触させて、できるだけ広い通電面積を確保することが難しい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような背景の下になされたものであり、ウェハーに均等な膜厚のめっきを形成することができ、しかもその場合にカソード電極に突起を設けるような加工を施す必要がないなど、支持部の構造が簡単であるめっき装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、発明者は、ウェハーの外周部をカソード電極に押しつけた状態での両者の接触状態を調べた。その結果、接触面積は全体の８０％〜９０％程度であった。そして、非接触領域は、例えば１箇所あるいは２箇所程度といった限定された所に偏って発生し、これによりウェハーの外周部の全周に亘る均等な通電が妨げられていることが解った。また、押しつけ力を強くしていっても接触面積が数％程度改善されるにとどまり、均等な通電状態は得られなかった。このようなことから、突起を有しない従来のカソード電極を用いる場合、カソード電極を全面的にウェハーに接触させることは極めて困難であることが解った。そこで、突起を有していないカソード電極を全面的にウェハーに接触させなくても、均等に接触させることができる構造を検討することとした。その結果、非接触部分をカソード電極（またはウェハーの外周部）の全周に散在させることができれば、全周に亘って均等な通電状態を確保できることを見出し、さらに検討を重ねた結果、本発明に想到するに至った。
【０００８】
本発明は、槽内にアノード電極が設置されためっき液槽を備えており、当該めっき液槽の開口縁に沿って延在する環状の端面と、当該端面の上に設置されたシールパッキンと、当該シールパッキン上に設置されたカソード電極とからなるウェハーの支持部を有するウェハーのめっき装置において、前記シールパッキンのカソード電極と対向する位置に、めっき液槽の開口を取り囲むように突起を形成することを特徴とするものである。
【０００９】
カソード電極は厚さの薄い部材であり、シールパッキンの凹凸形状に応じて変形させることが可能である。したがって、本発明のように、シールパッキンに突起を設けておくと、ウェハーを支持部に押しつけたときに、突起によってカソード電極がウェハー側に押され、当該押された部分（以下、優先的接触部分と称する）が優先的にウェハーに接触するようになる。本発明において、めっき液槽の開口のを取り囲むようにシールパッキン上に形成される突起としては、例えば、全周に亘ってリング形状に延在する突起を挙げることができる。めっき液槽の開口縁に沿って延在する環状の端面の形状としては円形や四角形をはじめとする多角形など種々の形状が考えられ、シールパッキンに形成される突起の形状も、端面の形状に応じて円形や四角形など種々の形状が考えられる。このような突起を形成してカソード電極とウェハーとを接触させると、突起を設けない場合と比べて総接触面積が減少する場合があると考えられるが、突起に押される優先的接触部分に限れば、この部分の接触率は著しく向上する。そして、非接触の領域はほとんどなくなると考えられる。この結果、ウェハーは、その外周部の全周に亘って均等にカソード電極に接触することとなり、全周に亘る均等な通電状態が確保されると考えられる。均等な通電状態が確保されれば、ウェハーのめっき対象面上に均等な膜厚のめっきを得ることができる。
【００１０】
また、めっき液槽の開口を取り囲むようにシールパッキン上に形成される突起としては、全周に亘るリング形状の突起の他に、開口の周方向に沿って等間隔をあけて形成される突起がある。この突起を形成した場合、優先的接触部分はウェハーの外周部の全周にほぼ等間隔をあけて生ずる。そして、非接触部分は、生ずるとすれば、突起に押されていない領域、すなわち優先的接触部分どうしの間の領域に生ずることになるが、優先的接触部分は全周に等間隔で生ずることから、非接触部分はウェハーの外周部の全周に散在することになる。
【００１１】
このように、従来偏在していた非接触部分を、ウェハーの外周部の全周に散在させることができれば、カソード電極をウェハーに全面的に接触させることができなくても、ウェハーの外周部の全周に亘って均等な通電状態が確保される。例えば、カソード電極が平板からなる環形状であると、ウェハーの外周部とカソード電極とを、これらの間の非接触部分（隙間）を追い出すようにして両者を密着させようとしても、ウェハーの外周部とカソード電極とを全面的に接触させることは難しく、非接触部が偏在しやすいが、非接触部分を散在させて均等な通電を確保する本発明は、このように形状のカソード電極の場合にも有効である。均等な通電状態が確保されれば、ウェハーのめっき対象面上に均等な膜厚のめっきを得ることができる。
【００１２】
また、本発明によれば、ウェハーとカソード電極との接触面積として、従来通り、またはそれに匹敵する接触面積を確保できることが解った。これは次のような理由であると考えられる。シールパッキンはゴムなどの柔軟な材料からなるものであるので、ウェハーを支持部に押しつけると、突起は変形してつぶれた状態（別言すれば、シールパッキン本体中に埋没した状態）になる。この状態になると、カソード電極の形状は、見掛け上、突起を有していない従来のカソード電極と同様の形状になり、従来通りの接触面積が確保されることになるのである。なお、接触部分は優先的接触部分を中心とした広がりとして存在するので、非接触部分が散在する状態は維持される。このように、本発明によれば、均等な通電状態を確保しても、接触面積が減ることがなく、あるいは減少が最小限度に抑制される。なお、リング形状に延在する突起を設ける場合と、周方向に沿って等間隔をあけて突起を設ける場合とを比較すると、後者の場合の方がより広い接触面積を確保しやすい。後者の場合の方がより突起を押しつぶしやすいからであると考えられる。これに対し、従来の技術で説明したように、カソード電極に突起を設けた場合、突起の位置でカソード電極をウェハーに確実に接触させることはできるが、カソード電極はシールパッキンのような柔軟性を有していないので、ウェハーをカソード電極に押しつけても、突起以外の部分でカソード電極とウェハーとを接触させることはできず、広い接触面積を確保することは困難である。
【００１３】
以上のように本発明によれば、カソード電極には何ら加工を施す必要がなく、突起を設けていない従来のカソード電極を用いることができる。つまり、カソード電極の材質が制限されることはない。また、シールパッキンの表面に突起を付加するだけでよいので、ウェハーの支持部は極めて簡単な構造である。したがって、これまで通り簡単に製造できる。ただし、より広い接触面積を確保するという点では、カソード電極は柔軟性を有するものがより好ましく、この点で、カソード電極としては、金や白金製のものが好ましい。
【００１４】
ところで、上述のように、本発明によればウェハーとカソード電極との間の接触面積を確保しやすいが、高さの高い突起を設けると、突起以外の部分でシールパッキンとカソード電極とを接触させることができず、強い力でウェハーを押しつけても必要な接触面積を確保できなくなるおそれがある。そこで高さについて検討した。その結果、突起の高さは、めっき液漏れ防止用に形成される凸部の高さ以下が好ましく、具体的には０．３ｍｍ以下が好ましいことが解った。その一方で、０．１ｍｍ以上が好ましいことが解った。これより低いと、カソード電極の一部を優先的にウェハーに接触させることができず、非接触部分を分散させることができないおそれがあるからである。突起の形状としては、半球形など表面が球面状の突起や、円錐形などの錐形状の突起など種々の形状を取り得る。
【００１５】
そして、カソード電極が環形状である場合、シールパッキンに形成されている複数の突起は、シールパッキン上に載置した環形状のカソード電極の中心と各突起とを結んで線分を得た場合の、隣接する線分相互のなす角度が４°〜２０°になる間隔で形成されているのが好ましい。この角度が２０°以上になる間隔や、反対に４°未満になる間隔では、非接触部分をウェハーの外周部の全周に均等に分散させることができないおそれがあるからである。そして、上記範囲のなかでも均等な通電状態を容易かつ確保できるという点では、突起の間隔は、下限値としては５°以上がより好ましい。また、上限としては、１０°以下がより好ましい。なお、シールパッキンがカソード電極と同心の環形状、例えば円板形状であれば、パッキンの中心を基準として各突起の間隔を特定できる。また、円形以外の環形状の場合、例えば楕円の場合は長軸と短軸の交点を、そして四角形の場合は対角線の交点を、さらに五角形の場合は各頂点を通過するように描かれた円の中心を、それぞれ基準となる中心とし、これらの中心から各突起に延ばして得られる線分を用いて各突起の位置関係を特定できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るカップ式めっき装置の好適な実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１に示されるように、カップ式めっき装置１は、めっき液を収容するためのめっき液槽１０を備えており、めっき液槽１０の上端にある円形の開口には、めっき対象物であるウェハーＷが載置される支持部２０が設けられている。図２に示されるように、支持部２０は、開口縁に沿って延在する環形状の上端面１１ａ（図２参照）を備える端面部１１と、端面部１１の上に設置されたシールパッキン２１と、シールパッキン２１の上に設置された金製のカソード電極２２とからなる。そして、カソード電極２２の上には、パッキン２３を介して支持部２０の外周領域を覆う環状のトップリング２４が載置されており、シールパッキン２１およびカソード電極２２は、トップリング２４と端面部１１とに挟まれた状態でめっき液槽１０に固定されている。
【００１８】
支持部２０を構成する部材のうち、シールパッキン２１は、図３に示されるように環形状であり、図４（ａ）に示されるように、その内周縁部に全周に亘って形成される凸部２１ａを有する。この凸部２１ａは、支持部２０の上に載置されたウェハーＷに密着する部分であり、ウェハーＷと凸部２１ａとを密着させると、めっき液槽１０内からのめっき液の液漏れが防止される。また、シールパッキン２１の上面の、カソード電極２２と対向する位置には、周方向に沿って等間隔をあけて複数の突起２１ｂが形成されている。この突起２１ｂがあると、カソード電極２２は、各突起２１ｂに対応する位置において優先的にウェハーに接触する。なお、突起２１ｂの間隔は、環状のカソード電極２２の中心と各突起２１ｂとを結んで得られる線分Ｌ（図４（ａ）参照）のなす角度が１０°になる間隔であり、突起２１ｂは、図４（ｂ）に示されるように、半球形状であり、高さは０．２ｍｍであった。
【００１９】
そして、シールパッキン２１上のカソード電極２２は、環状の薄い板材からなるものでる。なお、カソード電極２２は厚さが０．１ｍｍであり、容易に曲げ変形できるものであった。
【００２０】
また、図１に示されるように、めっき液槽１０は、その底面に、めっき液の供給口１２を備えており、端面部１１の直下の周壁面１０ａに、めっき液の排出口１３を備えている。そして、めっき液槽１０内の底部には、カソード電極２２の対極である環形状のアノード電極２５が供給口を取り囲むように設置されている。なお、符号「２６」は、支持部２０に載置されたウェハーＷを支持部２０に押しつける押さえリングである。
【００２１】
このようなめっき装置１を用いてウェハーＷにめっきを施す場合は、まず、ウェハーＷのめっき対象面をめっき液が満たされためっき液槽１０内に向けた状態で、シードが形成されているウェハーＷの外周部を支持部２０の上に載置する。そして、図５に示されるように、ウェハーＷの外周部を押えリング２６で支持部２０に押しつける。すると、シールパッキン２１の凸部２１ａがウェハーＷに密着し、めっき液槽１０内のめっき液の漏れが防止される状態になる。
【００２２】
また、ウェハーＷの外周部を支持部２０に押しつけると、カソード電極２２は、裏側（図中の下側）で各突起２１ｂに接する位置において、当該突起２１ｂによってウェハーＷ側に押されてウェハーＷに接する。各突起２１ｂは等間隔をあけて形成されているので、図６に示されるように、突起２１ｂによる接触部分（優先的接触部分）Ｓは、ウェハーＷの外周部の全周に均等に生ずる。そして、これらの接触部分Ｓの間に非接触部分Ｔが生ずる。このように、本実施形態のめっき装置１によれば、ウェハーＷとカソード電極２２との接触部分ＳはウェハーＷの外周部の全周に均等に生じ、その間の非接触部分ＴはウェハーＷの外周部の全周に散在する。なお、図６では、シールパッキン２１またはカソード電極２２と、ウェハーＷとの接触領域を斜線を付すことで模式的に示した。また、接触部分Ｓの内周側に存する帯状の接触領域は、ウェハーＷとシールパッキン２１との接触領域である。
【００２３】
この状態で、供給口１２からめっき液を供給し、排出口１３からめっき液を排出させつつ、ウェハーＷとアノード電極２５との間にめっき液を介して通電させてめっき処理を行う。実際にめっきを行ったところ、ウェハーＷのめっき対象面上に均等な膜厚のめっきが得られた。ウェハーＷの外周部の全周に亘って均等な通電状態が確保されているからであると考えられる。
【００２４】
なお、接着剤を用いてカソード電極をシールパッキンに接着しておくことがある。両者を接着しておくと、シールパッキンへのカソード電極の位置決め作業が不要になり取り扱いが容易であるという利点や、シールパッキンとカソード電極との間へのめっき液の侵入が防止されるので、新たなウェハーをカソード電極上に載せて押しつけたときにカソード電極とシールパッキンとの間からめっき液が染み出すようなことが防止され、染み出しためっき液でウェハー表面の薄膜状のシードが溶かされるようなことが防止されるといった利点があるからである。そこで、シールパッキン２１とカソード電極２２とを接着しためっき装置をついても、めっき処理テストを行った。その結果、ウェハーＷのめっき対象面上に均等な膜厚のめっきが得られた。両者を接着させた場合でも、シールパッキン２１に突起を設けておけば、カソード電極２２とウェハーＷとの非接触部分をウェハーＷの外周部の全周に散在させることができるからであると考えられる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から解るように、本発明によれば、ウェハーの外周部の全周に均等に通電でき、ウェハーのめっき対象面上に均等な膜厚のめっきを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のめっき装置のめっき液槽を示す断面図。
【図２】ウェハーの支持部を示す断面図。
【図３】シールパッキンを示す平面図
【図４】シールパッキンの要部（図３の領域Ａ）を拡大して示す平面図および断面図。
【図５】支持部の上にウェハーを固定した状態を示す断面図。
【図６】図５のＣ−Ｃ面を示す平面図。
【図７】従来のめっき装置の支持部を示す断面図。
【図８】従来の別のめっき装置の支持部を示す断面図。
【符号の説明】
１　めっき装置
１０　めっき液槽
１０ａ　周壁面
１１　　端面部
１１ａ　上端面（端面）
１２　　供給口
１３　　排出口
２０　　支持部
２１　　シールパッキン
２１ａ　凸部
２１ｂ　突起
２２　カソード電極
２３　パッキン
２４　トップリング
２５　アノード電極
２６　押さえリング
Ｗ　ウェハー

Claims

槽内にアノード電極が設置されためっき液槽を備えており、当該めっき液槽の開口縁に沿って延在する環状の端面と、当該端面の上に設置されたシールパッキンと、当該シールパッキン上に設置されたカソード電極とからなるウェハーの支持部を有するウェハーのめっき装置において、
前記シールパッキンの表面の、前記カソード電極と対向する位置に、めっき液槽の開口を取り囲むように突起を形成することを特徴とするウェハーのめっき装置。
シールパッキンのカソード電極と対向する位置に形成される突起は、開口の周方向に沿って等間隔をあけて形成されるものである請求項１に記載のウェハーのめっき装置。
突起は、高さが０．１ｍｍ〜０．３ｍｍである請求項１または請求項２に記載のウェハーのめっき装置。
カソード電極は環形状であり、シールパッキンに形成されている複数の突起は、シールパッキン上に載置した環形状のカソード電極の中心と各突起とを結んで線分を得た場合の、隣接する線分相互のなす角度が４°〜２０°になるように形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のウェハーのめっき装置。