JP2004292907A

JP2004292907A - 電解処理装置および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2004292907A
Application number: JP2003088142A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Fushida; 篤郎伏田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】簡単な構成で均一な面内膜厚分布を実現できる電解処理装置を提供する。
【解決手段】電解処理装置は、電解漕（１）と、電解漕内で基板を保持する保持部（２）と、基板に負電位を印加するカソード端子（５）と、電解漕内で垂直方向に伸びる垂直型のアノード電極（１０）とを備え、保持部は、基板の中心がアノード電極の長手方向の軸上に位置するように基板を保持する。アノード電極は、互いに絶縁された複数の電極部分から構成される。複数の電極部分のうち、基板に近い側に位置する電極部分は、基板から遠い側に位置する電極部分よりも高い電圧を有する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解処理装置に関し、特に半導体製造工程で使用される電解めっき装置と、これを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩウエハプロセスの配線形成に、電解処理による銅（Ｃｕ）めっきが利用されている。ＬＳＩ基板の配線をダマシン法で形成する場合、絶縁層に形成した配線溝や接続孔の埋め込みが必要となるが、このような埋め込み工程で、低コストで埋め込み性に優れためっき技術が採用されている。めっき法の中でも、外部から供給する電流により抵抗の低い銅（Ｃｕ）を析出させる電解めっきがＬＳＩ多層配線プロセスに導入されている。
【０００３】
図１は一般的な電解めっき装置の概略図である。供給管１１０からめっき液１１１が供給されて、めっき漕１０１を満たしている。ホルダ１０５によりウエハ１０６が保持され、フェイスダウンでめっき液１１１に浸漬される。図示しないカソード電極からコンタクト１０７を介して、ウエハ１０６の外周部にマイナス電位が印加される。一方、めっき漕１０１の底部に配置されたアノード電極１０４にはプラス電位が印加される。これにより、めっき漕１０１内のめっき液１１１を介して、アノード電極１０４からウエハ１０６まで電流が流れ、めっき液に含まれる陽イオンである金属イオン（たとえばＣｕイオン）がウエハ１０６の表面に引き寄せられる。ウエハ１０６はマイナス電位の印加によりその表面で電子を受け取り、この結果、ウエハ１０６表面に金属膜が析出する。
【０００４】
しかし、図１に示す電解めっき装置では、ウエハ１０６の外周部においてマイナス電位が印加されるので、ウエハ１０６の中心部と外周部の間に電位差が生じてしまう。したがって、電流の集中が発生するウエハの外周部で析出する金属膜（めっき層）が厚くなるという問題があった。
【０００５】
とくにダマシン工程において配線溝を電解めっきで埋め込む場合、単にウエハ上でめっきの膜厚が不均一になるだけでなく、配線溝の埋め込み性が不均一になってしまう。埋め込み性の不均一性は、図１（ｂ）に示すように、ボイド発生の原因となる。通常、ウエハ１０６上へのめっき層の形成に先立って、所定の配線溝１３１を形成し、配線溝１３１の内壁およびウエハ１０６の表面を覆って、薄いめっきシード層１３２が形成される。めっきシード層１３２で覆われたウエハ１０６をめっき液に浸漬すると、矢印で示すように、ウエハ１０６の表面だけではなく、配線溝１３１の底部や側面からも金属膜（めっき層）が成長する。このとき、成長するめっき層１３３の膜厚が不均一だと配線溝１３１の埋め込み性がばらつき、配線溝１３１の内部にボイド１３５が生じる。
【０００６】
金属膜（めっき層）の膜厚の均一化を図るため、アノード電極からウエハに流れる電流密度をウエハ表面で均一にする試みが提案されている（たとえば特許文献１および２参照）。電流密度を均一にする具体的な手法として、図２（ａ）に示すように、めっき漕１０１に設置されたアノード電極１０４と、ホルダ１０５に保持されたウエハ１０６の間に、補助電極１１２を挿入する。補助電極１２には、めっき液を通過させるための孔１１３が形成されている。補助電極１１２は、ウエハ１０６の中央部分と対向するように設置され、プラスの電位が印加される。これにより、ウエハ１０６表面での電界が全体的に均一となるように制御される。
【０００７】
あるいは、図２（ｂ）に示すように、めっき漕１０１内に設置されたアノード電極１０４とウエハ１０６の間に、めっき液１１１よりも電気伝導率の小さい高抵抗構造体１２２を挿入することによって、全体にわたって大きな抵抗を生じさせる。これにより、ウエハ１０６の周辺部と中央部の抵抗差が相対的に小さくなり（周辺部と中央部の抵抗比が１に近づき）、ウエハ表面での電流密度がより均一になる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２６９３７号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２００２−１６１５５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、めっき漕の内部において、アノード電極とウエハの間に新たな物体を挿入するのは構造的に難点がある。図２（ａ）の場合は、めっき液流通孔が設けられているとはいえ、めっき漕の中央に電極を挿入することによって、めっき液の対流が阻害され、めっき層の膜厚に別の影響が生じる。図２（ｂ）の場合は、ウエハ１０６での電位差に比べてかなり高い抵抗の抵抗体を挿入することによって電流密度差をほぼ一定に制御するが、抵抗の増大を補うために、めっき液そのものの導電性を高める、印加電圧を高める、などの別の工夫が必要となる。
【００１１】
また別の問題として、図２（ａ）の構造では、ウエハ外周部におけるカソード電極とのコンタクト１０７がめっき液１１１にさらされるため、めっきの使用回数が増えるにつれて、結晶化した硫酸銅が析出してしまう。この結果、コンタクト１０７からパーティクルが発生し、めっき膜中やウエハ表面に取り込まれてしまうという問題がある。とくに、ウエハ外周に隣接するチップ領域へのパーティクルの付着は、動作の信頼性の観点から問題となる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、めっき漕内に新たな構造体を挿入することなく、簡単な構成でウエハ表面での電流密度の均一化を図ることのできる電界処理装置の提供を目的とする。
【００１３】
また、ウエハ上へのパーティクルの付着、混入を防止することのできる電界処理装置の提供を目的とする。
【００１４】
上記の目的を達成するために、めっき漕内に設置されるアノード電極を、垂直型電極とし、垂直型電極の一方の端部をウエハ中心と対向するように配置する。
【００１５】
また、垂直電極を、互いに絶縁された２以上の電極部分から構成し、各電極部分に異なる電圧を印加することによって、ウエハ表面での電流密度をほぼ一定になるように調整する。
【００１６】
さらに、ウエハとカソード電極コンタクトとの新規な接触構造を導入する。
【００１７】
具体的には、本発明の第１の側面では、電解処理装置は、電解漕と、電解漕内で基板を保持する保持部と、基板に負電位を印加するカソード端子と、電解漕内で垂直方向に伸びる垂直型のアノード電極とを備え、保持部は、基板の中心がアノード電極の長手方向の軸上に位置するように基板を保持する。
【００１８】
この構成では、基板の中心に対向する垂直型アノード電極の端部から基板までの距離が、基板中央部で最も近くなり、電流が集中しやすい基板外周に向かうほど距離が長くなる。すなわち、基板上での電位差を、基板までの距離の差で補うことができる。結果として、基板上にほぼ均一な膜厚でめっき層を形成することができる。
【００１９】
アノード電極は、たとえば棒状の電極であり、長手方向に互いに絶縁された複数の電極部分から構成される。
【００２０】
複数の電極部分のうち、基板に近い電極部分は、基板から遠い電極部分よりも高い電圧を有する。これにより、ウエハ外周に比べて電流密度が低くなりがちなウエハ中央部への電界を補強し、全体としてウエハ表面での電流密度がほぼ均一になるように制御する。
【００２１】
アノード電極は、半径方向に互いに絶縁された複数の電極部分から成る円柱状の電極であってもよい。この場合は、中心に近い位置の電極部分に、外周側の電極部分よりも高い電圧を印加するのが望ましい。
【００２２】
基板の保持部は、基板のエッジをベベル接触で保持するベベル部を有し、このベベル部がカソード端子として機能する。あるいは、保持部は、基板の裏面が電解液に接触しないように封止保持する封止部を有し、カソード端子は、基板の裏面と接触する。このような構成により、カソード端子が電解液に接触するのを防止、あるいは最小限に抑え、基板処理面へのパーティクルの付着や、導電層内部へのパーティクルの取り込みを防止することができる。
【００２３】
電解漕は電解液を供給する供給口を有し、供給口は電解漕の底部で、前記アノード電極下端の周囲に位置する。これによりアノード電極表面に沿った電解液の流速がアノード電極から離れた位置での流速に比較して早くなり、基板中央部での導電層の形成が促進される。
【００２４】
本発明の第２の側面では、上述した電解処理装置を用いた半導体装置の製造方法を提供する。半導体装置の製造方法は、以下の工程を含む。
（ａ）半導体ウエハの処理面と、少なくとも裏面の外周部とに導電性のシード層を形成する。
（ｂ）半導体ウエハの中心が電解漕内で垂直に延びるアノード電極の延長線上に位置するように保持して、半導体ウエハの処理面を電解処理液に浸漬する。
（ｃ）アノード電極に正電位を印加し、半導体ウエハに負電位を印加して、処理面に導電層を形成する。
（ｄ）導電層を研磨して、所定の配線を形成する。
【００２５】
この方法によれば、ウエハの中心を、ウエハに対して垂直に延びるアノード電極の端部に対向させて電解処理するので、アノード電極からウエハ中心部までの距離が、アノード電極からウエハ外周までの距離と比較して短くなり、ウエハ外周への電流集中の傾向を補償することができる。結果として、導電層をウエハ全体にわたってほぼ均一に形成することができる。
【００２６】
好ましくは、半導体ウエハへの負電位の印加は、ウエハ裏面へのカソード端子の接触により行う。これにより、ウエハ処理面へのパーティクルの付着を防止することができる。
【００２７】
また、アノード電極を長手方向に互いに絶縁された複数の電極部分で構成し、ウエハに近い側に位置する電極部分に、ウエハから遠い側に位置する電極部分よりも高い電圧を印加する。これにより、ウエハ中心部に向かう電界を補強し、ウエハ表面での電流密度を全体として均一にする。
【００２８】
本発明のその他の特徴、効果は、以下で図面を参照して述べる詳細な説明によりいっそう明確になる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図３（ａ）は、本発明の一実施形態に係る電界処理装置の概略構成図、図３（ｂ）は、電界処理装置の底部の拡大図である。本実施形態では、処理基板であるシリコンウエハ上に銅（Ｃｕ）膜をめっき形成するめっき処理装置を例にとって説明する。シリコンウエハにはあらかじめ下層の回路素子が形成されており、積層された絶縁膜に配線溝や、必要に応じてコンタクトホールが形成されているものとする。
【００３０】
めっき装置は、めっき漕１と、めっき漕１内でウエハ６を保持するホルダヘッド２と、ウエハ６にマイナス電位を印加するカソード端子５と、めっき漕１内で垂直方向に伸びる垂直型のアノード電極１０を備え、ホルダヘッド２は、ウエハ６の中心がアノード電極１０の長手方向の軸上に位置するようにウエハ６を保持する。
【００３１】
めっき漕１の内部には、銅イオンと硫化物イオンとを含有する硫酸銅ベースのめっき液（電解液）８が満たされている。めっき液８は、めっき漕１の底部１ａに接続されるめっき液供給管４から供給される。アノード電極１０は、たとえば直径１０ｍｍ、長さ１０ｃｍの棒状の銅（Ｃｕ）電極であり、めっき漕１の底部１ａから上方に向かって垂直に伸びている。ホルダヘッド２は、アノード電極１０の上端部にウエハ６の中心が対向するようにウエハ６を保持し、ウエハ６の処理面（シード層７で全面被覆された面）を下方に向けて、めっき液８に浸漬する。ホルダヘッド２は、図示しない駆動機構により、上下移動および回転移動が可能である。
【００３２】
アノード電極１０は、長手方向（すなわち図３の構成例では垂直方向）に互いに絶縁された２つの電極部分１０ａ、１０ｂを有し、電極部分１０ａ、１０ｂにそれぞれ独立して電圧を印加することができる。アノード電極１０は、ゴム、セラミクスなどの絶縁体で構成される仕切り部１１により分割されている。アノード電極１０のうち、ウエハ６に近い側に位置する電極部分１０ａに印加される電圧は、ウエハ６から遠い側に位置する電極部分１０ｂに印加される電圧よりも高く設定される。たとえば、電極部分１０ａに、電極部分１０ｂに印加する電圧の１．５倍の電圧を印加するが、この値は、ウエハサイズ、めっき液の濃度、アノード電極１０の長さなどに応じて適宜変更される。本実施形態では、アノード電極１０の電極部分１０ａに３Ｖの電圧を印加し、電極部分１０ｂに２Ｖの電圧を印加する。
【００３３】
アノード電極１０の上端部とウエハ６の中心との間の距離は、２００ｍｍのシリコンウエハを用い、上述した長さのアノード電極と電圧条件のときに、５ｃｍとする。もちろんこの距離は、アノード電圧、カソード電圧、めっき液濃度、ウエハサイズなどを総合的に勘案して、ウエハ６上に形成されるＣｕめっき層の面内均一性が最もよくなるように設定される。３００ｍｍウエハを用いた場合は、ウエハ中心付近と外周部分の間の抵抗がより大きくなるので、ウエハ位置をアノード電極１０にさらに近づける。ウエハ６の位置は、ホルダヘッド２の高さを調整することで変更可能である。
【００３４】
ホルダヘッド２は、ウエハ６を安定保持するためのウエハ押さえ３と、ウエハ６の外周に接触するカソード端子５を有する。フェイスダウンの場合、ウエハ押さえ３により上方から加圧することで、ウエハ６の外周部の約２ｍｍの領域でカソード端子５をウエハ６に接触させることができる。電界処理中は、ホルダヘッド２はウエハ６を定位置で水平保持したまま回転し、ウエハ６の処理面６ａ上にまんべんなくめっき層を形成する。
【００３５】
図３（ｂ）は、図３（ａ）のめっき処理装置の底面構成を示す図である。アノード電極１０の電極部分１０ｂが底面から垂直方向に突出し、めっき液供給管４の供給口４ａが、アノード電極１０の下端の周囲に配置されている。このような供給口４ａの配置により、めっき液８はアノード電極１０の側面に沿って上方に流れる。アノード電極１０の表面に沿った流速は、アノード電極１０から離れた部分での流速に比較して速くなり、アノード電極１０に対向するウエハ６の中心付近でのめっき層７の形成が、外周部分よりも促進される。
【００３６】
図４は、棒状の垂直アノード電極１０を用いた場合の面内均一性の実現を説明するための図である。アノード電極１０の上端からの距離をＬとすると、ウエハ６の中心とアノード電極との間の距離Ｌ１が最短となる。距離Ｌはウエハ６の外周に向かうにつれて長くなり、外周部ではＬ２となる。距離Ｌに比例して、アノード電極１０の上端部とウエハ表面との間のめっき液の抵抗Ｒも、ウエハ外周へ向かうほど増大する。アノード電極１０とウエハ６の中心との間の抵抗をＲ１、アノード電極とウエハ６の外周との間の抵抗をＲ２とすると、Ｒ２−Ｒ１の抵抗差が生じる。一方、ウエハ６の外周部と中心の間の導体層には抵抗Ｒ３が存在する。そこで、抵抗Ｒ２とＲ１との差が、ウエハ上に存在する抵抗Ｒ３を補償するように距離Ｌ１、Ｌ２を設定することにより、ウエハ６の表面での電流密度をほぼ一定にすることができる。上述したように、距離Ｌ１の値はめっき液の濃度、印加電圧、ウエハサイズに依存し、これらのパラメータを考慮して最適な値に設定すればよい。
【００３７】
図４（ｂ）は、長手方向に３つの独立した電極部分１０ａ〜１０ｃを有するアノード電極１０の構成例を示す。各電極部分１０ａ〜１０ｃは、ゴム、セラミクスなどの絶縁体で構成される仕切り部１１により、互いに電気的に絶縁されている。３分割構成とした場合、たとえば、上側の電極部分１０ａに４Ｖを印加し、真ん中の電極部分１０ｂに３Ｖを印加し、下側の電極部分１０ｃに２Ｖを印加する。ウエハ６と各電極部分１０ａ〜１０ｃとの間に、上述した距離と抵抗の関係がそれぞれ成立する。したがって、各電極部分１０ａ〜１０ｃの印加電圧を独立して調整することで、ウエハ６の表面に生じるトータルの電流密度をより細かに調整することが可能になり、面内均一性を精度よく制御できる。
【００３８】
このような３分割の垂直型アノード電極１０を用いて、２００ｍｍのウエハに導電層としてのＣｕめっき層を形成し、ウエハ上の４９点で抵抗を測定した。抵抗値から膜厚を換算し、面内分布を求めた。図１（ａ）に示した水平型のアノード電極１０４を用いた場合の３σが５％前後であったのに対し、本実施形態の垂直型アノード電極１０を用いると、膜厚分布（３σ）が２％程度にまで改善された。アノード電極１０の分割数を増やし、印加電圧をより細かく調整することにより、面内均一性はさらに改善されると予測される。
【００３９】
図５は、図３に示しためっき処理装置の変形例を示し、図５（ａ）はめっき処理装置の概略構成図、図５（ｂ）はホルダヘッド２２の拡大図である。
【００４０】
この変形例では、めっき液中でのウエハ６とカソード端子との接触を最小限にする。ホルダヘッド２２は、ウエハ６のエッジをベベル接触で保持するカソード端子（ベベル端子）２３を有する。カソード電極２３はウエハ６のエッジとベベル接触するだけなので、めっき液中でウエハ処理面６ｂの表面領域とはほとんど接触しない。したがって、カソード端子（ベベル端子）２３とチップ領域との間に、素子が形成されない４〜５ｍｍのエッジ領域をそのまま介在させることができ、チップ領域へのパーティクルの付着や巻き込みを抑制することができる。
【００４１】
ベベル接触によりウエハ６に確実にマイナス電位を印加するために、ウエハ６の処理面６ａだけではなく、裏面６ｂの少なくとも外周にもシード層７を形成しておく。ウエハ裏面６ｂの外周にシード層７を形成するために、シード層７のスパッタリング工程で、ウエハ６を静電保持するウエハステージの直径を、ウエハ６の直径よりも小さく設定する。これによりＣｕターゲットから飛び出したイオンがウエハ裏面６ｂにも回りこみ、裏面外周にもシード層７が形成される。
【００４２】
図６は、図３に示しためっき処理装置の別の変形例を示し、図６（ａ）はめっき処理装置の概略構成図、図６（ｂ）はホルダヘッド３２の拡大図である。
【００４３】
図６の例では、ホルダヘッド３２は、ウエハ６のエッジ近傍でウエハ処理面６ａを支持する支持部３３と、支持部３３とウエハ処理面６ａとの間を封止保持するシール材３４と、ウエハ６の裏面６ｂに接触するカソード端子３５とを有する。シール材３４により、ウエハ６の裏面６ｂがめっき液８と接触することを防止する。カソード端子３５は、めっき液との接触なしにウエハ６にマイナス電位を印加する。したがって、カソード端子とめっき液との接触に起因するパーティクルの析出自体が防止され、チップ動作の信頼性が確保される。
【００４４】
図７は、本発明の電解処理装置で使用されるホルダヘッドのさらに別の変形例を示す図である。ホルダヘッド４２は、ウエハ６を安定保持するウエハ押さえ４３を有する。ウエハ押さえ４３のウエハ６と接触する面（図７の例では下面）の一部または全部が、カソード電極４４となっている。カソード電極４４は、たとえばウエハ６の裏面外周に沿ったリング状の電極であってもよいし、ウエハ６の裏面全体と接触する円形の電極であってもよい。
【００４５】
ホルダヘッド４２は、支持部３３とシール材３４を有し、ウエハ裏面に接するカソード電極４４がめっき液８と接触しない構成となっている。これにより、カソード端子とめっき液８との接触に起因するパーティクルの析出自体が防止され、チップ動作の信頼性が確保される。
【００４６】
図８は、本発明のめっき処理装置で使用されるアノード電極の構成例を示す図である。本発明のアノード電極は、めっき漕内でウエハに対向するよう垂直に延び、絶縁物で分割された複数の部分に分かれるが、このような構成のバリエーションをいくつか示す。
【００４７】
図８（ａ）に示すアノード電極７０は、幅広の第１円柱の外周に沿った第１電極部分７０ｂと、第１円柱の中心から垂直方向に延びる棒状の第２電極部分７０ａを有する。第１電極部分７０ｂと第２電極部分７０ａとの間は、絶縁材料から成るしきり部７１で隔てられている。棒状の第２電極部分７０ａは、ウエハと近い位置でウエハ中心部と対向し、第１電極部分７０ｂは、ウエハから離れた位置でウエハ外周と対向する。したがって、第２電極部分７０ａの長さと、第１電極部分７０ｂの直径および高さを調節することによって、２つの電極部分７０ａ、７０ｂに同じ電圧を印加しつつ、ウエハ上に形成されるめっき層の厚さを均一にすることができる。もちろん、第１電極部分７０ｂと第２電極部分７０ａのそれぞれに異なる電圧を印加することによって、ウエハ上に形成されるめっき層を均一にしてもよい。
【００４８】
図８（ｂ）に示すアノード電極７０は、同心円状の絶縁仕切り部７１で半径方向に沿って分割された複数の電極部分７０ａ、７０ｂを有する。この構成では、中心よりの電極部分７０ａに、外側の電極部分７０よりも高い電圧をかけることによって、ウエハ上に形成されるめっき層の厚さを均一にすることができる。
【００４９】
もっとも、図７に示したホルダヘッドの構成で、カソード電極４４がウエハ裏面全体と接触する場合は、電極部分７０ａおよび７０ｂに同じ電圧を印加してもよい。
【００５０】
図８（ｃ）は、図８（ｂ）のタイプＢのアノード電極７０をさらに変形させたものである。タイプＢのアノード電極では、同心円状の絶縁層７１に対応するウエハ領域で、めっき層の付着が不十分になるおそれがある。そこで、図８（ｃ）に示すタイプＣでは、アノード電極を半径方向に分割するとともに、円周方向に沿っても複数部分に分割する。円柱の中心に第１電極部分７０ａが位置し、その外側に、円周に沿って２つに分割された第２電極部分７０ｂが位置する。さらにその外側に、円周に沿って分割される第３電極部分７０ｃ、最外側に第４電極部分７０ｄが位置する。第１〜第４電極部分７０ａ〜７０ｄの各々は絶縁性の仕切り部７１で隔てられている。ウエハは、ホルダヘッドにより回転保持されているので、図８（ｃ）のように、アノード電極７０を半径方向に分割するとともに円周方向にも分割することによって、ウエハ上でめっき付着が不十分な領域が発生するのを防止する。
【００５１】
図８（ａ）〜８（ｃ）のいずれのタイプにおいても、図３に示すように高さ方向（垂直方向）にさらに分割してもよい。また、これらのアノード電極は図５〜７に示したホルダヘッドのいずれの構成とも組み合わせ可能である。
【００５２】
図９は、本発明のめっき処理装置の変形例を示す。図９の例では、めっき処理装置は、アノード電極８０を上下方向（垂直方向）に移動可能にする上下可動機構８５を有する。前述したように、ウエハ６を保持するホルダヘッド２は、回転可能であるとともに上下移動可能であるが、アノード電極８０を上下移動可能とした場合、ホルダヘッド２の上下位置は固定とすることができる。また、ホルダヘッド２とアノード電極８０の双方を上下移動可能とした場合は、アノード電極８０からウエハ６のめっき形成面までの距離を微調整することができる。結果として、ウエハ上に形成されるめっき層の膜厚をさらに均一にすることができる。
【００５３】
図９の例では、絶縁層８１によって垂直方向に分割されたアノード電極８０を示しているが、上下可動機構は図８（ａ）〜８（ｃ）に示すいずれの電極タイプと組み合わせ可能であることは言うまでもない。
【００５４】
図１０は、本発明のめっき処理装置のさらに別の構成例を示す図である。図１０の例では、めっき処理装置は、ウエハ６とアノード電極９０との間に挿入されるシャッター機構９５を有する。シャッター機構９５を設けることによって、ウエハ６と対向するアノード電極９０の面積を可変にできる。ウエハ６と対向するアノード電極９０の面積を変えることによって、ウエハ６上の各位置での電位を調整することができる。シャッター機構９５と、アノード電極９０の分割構成を組み合わせることによって、ウエハ６上に形成されるめっき層の膜厚をさらに均一にできる。
【００５５】
図１０の例では、垂直方向に３つの電極部分９０ａ、９０ｂ、９０ｃに分割されたアノード電極９０を示しているが、図８（ａ）〜８（ｃ）に示したいずれのアノード電極もシャッター機構９５と組み合わせ可能なことは言うまでもない。
【００５６】
図１１は、本発明の電解処理装置を用いて、上部配線層を電界めっきにより形成したＬＳＩ基板の構成例を示す。シリコン基板１５１上に、ＬＯＣＯＳ酸化膜などの素子分離領域１５２で区画された領域にトランジスタＴｒが形成されている。トランジスタＴｒは、ゲート酸化膜１４９を介して形成されたゲート電極１５０と、その両側のシリコン基板１５１に拡がるソース・ドレイン不純物拡散領域を有する。トランジスタＴｒの一方のソース・ドレイン拡散領域１５３は、層間絶縁膜１５７ａを貫通するコンタクト１５４を介して、配線１５６に接続されている。層間絶縁膜１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃと、各絶縁膜上に形成された配線１５６とで多層配線構造１５５を構成する。多層配線構造１５５において、異なる層間の配線はコンタクト１５２により接続されている。
【００５７】
最上層の絶縁膜１５７ｃには、たとえば幅０．１４μｍ、深さ０．３μｍの配線溝１６０ａや、配線溝１６０ａとコンタクトホール１６０ｂとを組み合わせた溝１６３が形成されている。溝１６０ａ、１５０ｂの内部および絶縁膜１５７ｃの表面を覆って、膜厚５〜１００ｎｍのめっきシード層（Ｃｕシード層）１５９が形成されている。めっきシード層１５９上には、１μｍの厚さのめっき層１６１が形成されている。
【００５８】
このようなＬＳＩ基板の製造方法としては、シリコン基板１５１の処理面（絶縁膜１５７の表面）と、シリコン基板裏面の少なくとも外周部とにＣｕシード層１５９を形成する。シリコン基板１５１の中心がめっき漕内で垂直に延びるアノード電極（図３参照）の延長線上に位置するように保持して、シリコン基板１５１の処理面をめっき液に浸漬する。アノード電極に正電位を印加し、シリコン基板に負電位を印加して、処理面にめっき層１６１を形成する。めっき層１６１を研磨して所定の配線が完成する。
【００５９】
図３のめっき処理装置を用いることによって、ＬＳＩ基板の中心から外周部にわたって全体に均一な厚さのＣｕめっき層１６１が形成される。溝１６０ａ、１６３の内部の埋め込み性も良好であり、溝内でのボイドの発生もない。
【００６０】
溝１６３は、デュアルダマシン法により、配線溝１６０ａとコンタクトホール１０６とを同時に埋め込むのが望ましい。本発明のめっき処理装置は、めっき層の膜厚の均一性とともに、溝の埋め込み性も向上できるので、デュアルダマシン法に十分に対応できる。
【００６１】
上述した実施形態では、ＬＳＩプロセスにおける配線形成を例にとって説明したが、本発明の電解処理装置はＬＳＩチップの配線形成に限定されず、パッケージ基板、プリント配線基板、多層配線板、同軸配線内蔵基板など、任意の基板上への配線形成に適用される。いずれの場合も、基板全面にわたって埋め込みの均一性が実現され、ボイド等の欠陥の発生を抑制することができる。
【００６２】
また、アノード電極を基板の下方に配置し、ウエハをフェイスダウンで保持する構成を例にとって説明したが、ウエハを下方に支持し、垂直型アノード電極をウエハの中心軸の延長上の上方に配置する構成としてもよい。この場合、めっき液の供給はめっき漕の上部から行う。
【００６３】
最後に、以上の説明に関して、以下の付記を開示する。
（付記１）電解漕と、
電解漕内で基板を保持する保持部と、
基板に負電位を印加するカソード端子と、
電解漕内で垂直方向に伸びる垂直型のアノード電極と
を備え、前記保持部は、基板の中心が前記アノード電極の長手方向の軸上に位置するように基板を保持することを特徴とする電解処理装置。
（付記２）前記アノード電極は、長手方向に互いに絶縁された複数の電極部分から構成されることを特徴とする付記１に記載の電解処理装置。
（付記３）前記複数の電極部分のうち、基板に近い側に位置する電極部分は、基板から遠い側に位置する電極部分よりも高い電圧を有することを特徴とする付記２に記載の電解処理装置。
（付記４）前記保持部は、基板のエッジをベベル接触で保持するベベル部を有し、前記ベベル部がカソード端子として機能することを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の電解処理装置。
（付記５）前記保持部は、前記基板の裏面が電解液に接触しないように封止保持する封止部を有し、前記カソード端子は、前記基板の裏面に接続されることを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の電解処理装置。
（付記６）前記電解漕は電解液を供給する供給口を有し、前記供給口は前記電解漕の底部で、前記アノード電極下端の周囲に位置することを特徴とする付記１に記載の電解処理装置。
（付記７）前記保持部は、前記基板を回転させる回転機構を有することを特徴とする付記１に記載の電解処理装置。
（付記８）前記基板とアノード電極との間に位置するシャッター機構をさらに有し、前記シャッター機構により、前記基板に対するアノード電極の面積を可変にすることを特徴とする付記１に記載の電解処理装置。
（付記９）前記アノード電極は、半径方向に沿って互いに絶縁された複数の電極部分から構成されることを特徴とする付記１に記載の電解処理装置。
（付記１０）前記複数の電極部分のうち、アノード電極の中心に近い側に位置する電極部分は、中心から遠い側に位置する電極部分よりも高い電圧を有することを特徴とする付記９に記載の電解処理装置。
（付記１１）前記アノード電極は、上下方向に移動可能な可動機構を有することを特徴とする付記１に記載の電解処理装置。
（付記１２）前記カソード端子は、前記基板の表面外周部に接触することを特徴とする付記１に記載の電解処理装置。
（付記１３）前記カソード端子は、前記基板裏面の外周部に接触することを特徴とする付記５に記載の電解処理装置。
（付記１４）半導体ウエハの処理面と、裏面の少なくとも外周部とに導電性のシード層を形成する工程と、
前記半導体ウエハの中心が電解漕内で垂直に延びるアノード電極の延長線上に位置するように保持して、前記半導体ウエハの処理面を電解処理液に浸漬する工程と、
アノード電極に正電位を印加し、半導体ウエハに負電位を印加して、処理面に導電層を形成する工程と
導電層を研磨して所定の配線を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１５）前記半導体ウエハへの負電位の印加は、ウエハ裏面にカソード端子を接触させることにより行うことを特徴とする付記１４に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１６）前記アノード電極を垂直方向に互いに絶縁された複数の電極部で構成し、前記基板に近い側に位置する電極部に、前記基板から遠い側に位置する電極部よりも高い電圧を印加する工程をさらに含むことを特徴とする付記１４に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１７）前記シード層の形成に先立って、半導体ウエハの処理面に所定の配線溝を形成する工程をさらに含むことを特徴とする付記１４に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１８）基板の処理面と、裏面の少なくとも外周部とに導電性のシード層を形成する工程と、
前記基板の中心が電解漕内で垂直に延びるアノード電極の延長線上に位置するように保持して、前記基板の処理面を電解処理液に浸漬する工程と、
前記アノード電極に正電位を印加し、前記基板に負電位を印加して、前記処理面に導電層を形成する工程と
前記導電層を研磨して所定の配線を形成する工程と
を含むことを特徴とする配線基板の作製方法。
【００６４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、基板全面にわたって埋め込みの均一性が実現され、ボイド等の欠陥の発生を抑制することができる。
【００６５】
また、カソード電極コンタクト近傍の基板へのパーティクルの付着や、めっき層内へのパーティクルの侵入を防止することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の問題を説明するための図である。
【図２】めっき層の膜厚の均一化を図る電解処理装置の構成例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電解処理装置の概略構成図である。
【図４】図３のめっき処理装置で用いる垂直型電極を説明するための図である。
【図５】図３のめっき処理装置で用いるホルダヘッドの変形例を示す図である。
【図６】図３のめっき処理装置で用いるホルダヘッドの変形例１を示す図である。
【図７】図３のめっき処理装置で用いるホルダヘッドの変形例２を示す図である。
【図８】本発明のめっき処理装置で用いるアノード電極の構成例を示す図である。
【図９】本発明のめっき処理装置の変形例を示す図である。
【図１０】本発明のめっき処理装置の別の変形例を示す図である。
【図１１】図３の電解処理装置により、ＬＳＩ基板の上部配線用にめっき層を形成した例を示す図である。
【符号の説明】
１めっき漕（電解漕）
２、２２、３２、４２ホルダヘッド（保持部）
３、４３ウエハ押さえ
４めっき液供給管（電解液供給管）
４ａ供給口
５、３５、４４カソード端子（カソード電極）
６シリコンウエハ（基板）
７、１６１めっきシード層
８めっき液（電解液）
１０、７０、８０アノード電極
１１、７１、８１、絶縁仕切り部
２３ベベル端子（カソード端子）
３４シール材（封止部）
３３ウエハ支持部
８５上下可動機構
９５シャッター機構
１６１めっき層（導電層）

Claims

電解漕と、
前記電解漕内で基板を保持する保持部と、
前記基板に負電位を印加するカソード端子と、
前記電解漕内で垂直方向に伸びる垂直型のアノード電極と
を備え、前記保持部は、前記基板の中心が前記アノード電極の長手方向の軸上に位置するように基板を保持することを特徴とする電解処理装置。
前記アノード電極は、互いに絶縁された複数の電極部分から構成されることを特徴とする請求項１に記載の電解処理装置。
前記複数の電極部分のうち、前記基板に近い側に位置する電極部分は、前記基板から遠い側に位置する電極部分よりも高い電圧を有することを特徴とする請求項２に記載の電解処理装置。
半導体ウエハの処理面と、裏面の少なくとも外周部とに導電性のシード層を形成する工程と、
前記半導体ウエハの中心が電解漕内で垂直に延びるアノード電極の延長線上に位置するように保持して、前記半導体ウエハの処理面を電解処理液に浸漬する工程と、
前記アノード電極に正電位を印加し、前記半導体ウエハに負電位を印加して、前記処理面に導電層を形成する工程と
前記導電層を研磨して所定の配線を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。