JP2005264339A - 電解処理方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導電層の厚みや膜種、めっき液等の電解液等を変更することなく、基板面内における均一な電解処理を行えるようにする。
【解決手段】 表面を上方に向けて被処理基板Ｗを水平に載せる基板載せ台３０と、基板載せ台３０に載せられた被処理基板Ｗの表面周縁部に当接して該周縁部をシールするリップシール３４と、リップシール３４の外側に配置され、基板載せ台３０に載せられた被処理基板Ｗの周縁部に接触して該被処理基板Ｗに陰極または陽極の一方の電位を導入する接点３６と、基板載せ台３０に載せられた被処理基板Ｗの上方に配置される他の電極３８と、基板載せ台３０に載せられた被処理基板Ｗと他の電極３８との間に配置される高抵抗構造体４０とを有し、基板載せ台３０に載せられた被処理基板Ｗと他の電極３８との間に電解液１０を満たして電解処理を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、被処理基板の表面にめっきやエッチング等の電解処理を施す電解処理方法およびその装置に関する。

電解処理、特に電解めっきは、金属膜の形成方法として広く利用されている。近年、例えば、銅の多層配線用の電解銅めっきや、バンプ形成用の電解金めっきなど、半導体産業などでもその有効性（安価、孔埋め特性など）が注目され利用されつつある。

図７は、いわゆるフェイスダウン方式を採用して半導体ウェハ等の被処理基板（以下、基板という）の表面に電解めっきを施すめっき装置の従来の一般的な構成を示すもので、このめっき装置は、上方に開口し内部にめっき液１００を保持する円筒状のめっき槽１０２と、基板Ｗを着脱自在に下向きに保持して該基板Ｗをめっき槽１０２の上端開口部を塞ぐ位置に配置する基板保持部１０４とを有している。めっき槽１０２の内部には、めっき液１００中に浸漬されて陽極電極となる平板状の陽極板１０６が水平に配置されている。一方、基板Ｗの下面（めっき面）には導電層Ｓが形成され、この導電層Ｓは、その周縁部に陰極電極との接点を有している。

前記めっき槽１０２の底部中央には、上方に向けためっき液の噴流を形成するめっき液噴射管１０８が接続され、めっき槽１０２の上部外側には、めっき液受け１１０が配置されている。

これにより、めっき槽１０２の上部に基板Ｗを基板保持部１０４で下向きに保持して配置し、めっき液１００をめっき槽１０２の底部から上方に噴出させて、基板Ｗの下面（めっき面）にめっき液１００の噴流を当てつつ、陽極板１０６（陽極電極）と基板Ｗの導電層Ｓ（陰極電極）の間にめっき電源１１２から所定の電圧を印加することで、基板Ｗの下面にめっき膜を形成するようにしている。この時、めっき槽１０２をオーバーフローしためっき液１００は、めっき液受け１１０から回収される。

ここで、ＬＳＩ用のウェハや液晶基板は、年々大面積となる傾向にあり、これに伴って、基板の表面に形成されるめっき膜の膜厚のバラツキが問題となってきている。つまり、基板に陰極電位を与えるために、基板に予め形成した導電層の周縁部に電極との接点を設けているが、基板の面積が大きくなると、基板の周辺の接点から基板中央までの導電層の電気抵抗が大きくなり、基板面内で電位差が生じてめっき速度に差が出て、めっき膜の膜厚のバラツキに繋がってしまう。

すなわち、図８は、直径２００ｍｍのシリコン基板上に、３０ｎｍ、８０ｎｍ及び１５０ｎｍの膜厚の導電層（銅薄膜）を形成し、図７に示すような従来の一般的なめっき装置を使用して電解銅めっきを行った場合の基板面内における銅めっき膜の膜厚分布を示す図である。図９は、直径が１００ｍｍ、２００ｍｍ及び３００ｍｍのシリコン基板上に膜厚１００ｎｍの導電層（銅薄膜）を形成し、前記と同様にして電解銅めっきを行った場合の基板面内における銅めっき膜の膜厚分布を示す図である。図８及び図９から明らかなように、導電層が薄い場合や、基板直径が大きい場合には、電解めっきによって形成される銅めっき膜の膜厚の分布のバラツキが大きくなり、著しい場合は基板の中央付近で全く銅膜が形成されないことが起こる。

この現象を、電気化学的に説明すると以下のようになる。
図１０は、図７に示す従来の一般的な電解めっき装置の電気的等価回路図を示す。つまり、共にめっき液１００中に没した陽極板１０６（陽極電極）と基板Ｗの導電層Ｓ（陰極電極）の間にめっき電源１１２から所定の電圧を印加して、導電層Ｓの表面にめっき膜を形成すると、この回路中には、以下のような抵抗成分が存在する。
Ｒ１：電源−陽極間の電源線抵抗および各種接触抵抗
Ｒ２：陽極における分極抵抗
Ｒ３：めっき液抵抗
Ｒ４：陰極（めっき表面）における分極抵抗
Ｒ５：導電層の抵抗
Ｒ６：陰極電位導入接点−電源間の電源線抵抗および各種接触抵抗

図１０から明らかなように、導電層Ｓの抵抗Ｒ５が他の電気抵抗Ｒ１〜Ｒ４及びＲ６に比して大きくなると、この導電層Ｓの抵抗Ｒ５の両端に生じる電位差が大きくなり、それに伴ってめっき電流に差が生じる。このように、陰極導入接点から遠い位置ではめっきの膜成長速度が低下してしまい、導電層Ｓの膜厚が薄いと抵抗Ｒ５が更に大きくなって、この現象が顕著に現れてしまう。さらに、この事実は、基板の面内で電流密度が異なることを意味し、めっきの特性自体（めっき膜の抵抗率、純度、埋込特性など）が面内で均一とならない。

なお、基板が陽極になる電解エッチングにおいても、電流方向が反対となるだけで同様の問題が生じる。例えば、大口径ウェハの製造プロセスでは、ウェハの中央部のエッチング速度が周縁部に比して遅くなる。

これらの問題を回避する方法としては、導電層の厚さを厚くしたり電気導電率を小さくすることが考えられる。しかし、基板はめっき以外の製造工程でも様々な制約を受けるばかりでなく、例えば、微細パターン上にスパッタ法で厚い導電層を形成するとパターン内部にボイドが発生し易くなってしまうため、容易に導電層の厚みを厚くしたり導電層の膜種を変更することはできない。

また、陰極電位導入用の接点を基板の一面に配置すれば、基板面内における電位差を小さくすることが可能であるが、電気接点とした部位はＬＳＩとして使用できないなど現実的でない。更に、めっき液の抵抗値（図１０中の抵抗Ｒ３，Ｒ２またはＲ４）を高くすることも有効であるが、めっき液の電解質を変更することはめっき特性全体の変更を意味し、例えば、めっきする金属イオン濃度を下げればめっき速度を十分高くとれないなどの制約が出てくる。

以上のように、基板の周辺部に接点を設け、基板表面の導電層を用いて電解めっきを行う工程においては、基板のサイズが大きくなるとめっき膜厚が基板の面内で大きく異なってしまうという問題が発生し、被処理基板面内での膜厚及びプロセスの均一化が重要な半導体工業においては、特にこの問題が大きな制約となっている。

本発明は上記に鑑みて為されたもので、導電層の厚みや膜種、めっき液等の電解液等を変更することなく、基板面内における均一な電解処理を行えるようにした電解処理方法及びその装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、表面を上方に向け、陽極または陰極の一方の電極に電気的に接続させて被処理基板を水平に配置し、前記被処理基板の上方に他方の電極を該被処理基板に対峙させて配置し、前記被処理基板と前記他方の電極との間に高抵抗構造体を配置し、前記被処理基板の表面周縁部にリップシールを接触させて、被処理基板の表面に前記リップシールで周囲を囲まれた電解液室を形成し、前記電解液室に供給された電解液を前記被処理基板と前記他の電極との間に満たしつつ、前記被処理基板と前記他方の電極との間に電圧を印加して電解処理を行うことを特徴とする電解処理方法である。

これにより、電解液中に没した陽極と陰極との間の電気抵抗を、高抵抗構造体を介して電解液のみからなる場合よりも高くして、被処理基板表面の電気抵抗による電流密度の面内差を小さくすることができる。ここで、被処理基板を陰極の接点に接触させることで電解めっきを、被処理基板を陽極の接点に接触させることで電解エッチングを行うことができる。

請求項２に記載の発明は、前記高抵抗構造体は、多孔質物質からなり、該多孔質物質の内部に複雑に入り込ませた電解液によって電解液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有することを特徴とする請求項１記載の電解処理方法である。

請求項３に記載の発明は、表面を上方に向けて被処理基板を水平に載せる基板載せ台と、前記基板載せ台に載せられた被処理基板の表面周縁部に当接して該周縁部をシールするリップシールと、前記リップシールの外側に配置され、前記基板載せ台に載せられた被処理基板の周縁部に接触して該被処理基板に陰極または陽極の一方の電位を導入する接点と、前記基板載せ台に載せられた被処理基板の上方に配置される他の電極と、前記基板載せ台に載せられた被処理基板と前記他の電極との間に配置される高抵抗構造体とを有し、前記基板載せ台に載せられた被処理基板と前記他の電極との間に電解液を満たして電解処理を行うことを特徴とする電解処理装置である。

請求項４に記載の発明は、前記高抵抗構造体は、その等価回路における抵抗が、被処理基板の表面に形成された導電層の前記接点との接点と該接点から電気的に最も離れた部分との間の等価回路における抵抗より高くなるように構成されていることを特徴とする請求項３記載の電解処理装置である。これにより、被処理基板に形成された導電層の電気抵抗による電流密度の面内差を更に小さくすることができる。

請求項５に記載の発明は、前記高抵抗構造体は、多孔質物質からなり、該多孔質物質の内部に複雑に入り込ませた電解液によって電解液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有することを特徴とする請求項３または４記載の電解処理装置である。これにより、多孔質物質の内部に複雑に入り込んで、薄い構造体にも関わらず、実効的には厚さ方向にかなり長い経路を辿る電解液を介して、高抵抗構造体としての電気抵抗を増大させることができる。

請求項６に記載の発明は、前記多孔質物質は、多孔質セラミックスであることを特徴とする請求項５記載の電解処理装置である。セラミックスとしては、アルミナ，ＳｉＣ，ムライト，ジルコニア，チタニア，コージライト等が挙げられる。また、安定してめっき液を保持するため、親水性材料であることが好ましい。

請求項７に記載の発明は、前記多孔質セラミックスは、ポア径１０〜３００μｍ、気孔率２０〜６０％のアルミナ系セラミックスで、厚みが０．２〜２００ｍｍであることを特徴とする請求項６記載の電解処理装置である。厚みは、一般的には０．２〜２００ｍｍであるが、２〜５０ｍｍ程度であることが好ましい。

請求項８に記載の発明は、前記他の電極は、下方に開口した保持具の内部に配置され、前記高抵抗構造体は、前記保持具の開口部を塞ぐように配置されていることを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載の電解処理装置である。
請求項９に記載の発明は、前記他の電極と前記高抵抗構造体とを互いに離間させて配置して、前記保持具の内部の前記他の電極と前記高抵抗構造体との間に、電解液室を形成したことを特徴とする請求項８記載の電解処理装置である。

本発明によれば、電解液中に没した陽極と陰極との間の電気抵抗を、高抵抗構造体を介して電解液のみからなる場合よりも高くして、被処理基板表面の電気抵抗による電流密度の面内差を小さくすることができ、これによって、電解処理による被処理基板の面内均一性をより高めることができる。

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の実施の形態の電解めっき装置に適用した電解処理装置の要部概要図を示し、図２は、その電気的等価回路図を示す。これは、直径２００ｍｍのシリコン基板（以下、基板という）を、いわゆるフェイスダウン方式で保持して、この表面（下面）に銅めっきを施すようにしたもので、この基板Ｗの下面（めっき面）には、導電層（シード層）Ｓとしてのスパッタ銅の薄膜が、例えば１００ｎｍの膜厚で形成されている。

このめっき装置には、例えば硫酸銅をベースとしためっき液１０を保持する上方に開口したカップ状のめっき槽１２が備えられ、このめっき槽１２の底部には、例えば直径３０ｍｍの中央孔１４ａを有するドーナツ形状の陽極板１４が設置されている。この陽極板１４の材質は、例えば燐を０．０４重量パーセント含む銅である。めっき槽１２の周囲には、このめっき槽１２の上部からオーバーフローしためっき液１０を回収するめっき液受け１６が配置されている。

基板Ｗの周辺部に位置して、めっき槽１２の上方には、基板Ｗの下面周縁部に圧接して、ここからのめっき液１０の流出を阻止するリップシール１８と、このリップシール１８の外方に位置し基板Ｗと接触して該基板Ｗに陰極電位を導入する接点２０が設けられている。

めっき槽１２の内部には、陽極板１４と基板Ｗとの間に位置して、めっき液１０の電気伝導率より小さい電気伝導率の高抵抗構造体２２が配置されている。この高抵抗構造体２２は、この例では、例えば気孔率３０％、平均ポア径１００μｍで厚さＴ_１が２０ｍｍのアルミナ製の多孔質セラミックス板２４の内部にめっき液１０を含有させることで構成されている。即ち、多孔質セラミックス板２４自体は絶縁体であるが、この内部にめっき液１０を複雑に入り込ませ、厚さ方向にかなり長い経路を辿らせることで高抵抗構造体２２が構成されている。即ち、多孔質セラミックス板に形成された気孔の屈曲率は高いので、厚さｄの絶縁物に多数の孔を形成したものに比べて、同一の厚さｄの多孔質セラミックス板における気孔は２ｄ〜３ｄの長い経路となる。この多孔質セラミックス板２４の陽極板１４の中央孔１４ａに対向する位置には、例えば直径１ｍｍの貫通孔２４ａが５ｍｍピッチで複数個設けられている。なお、多孔質セラミックス板２４は、陽極板１４に密着していても良く、また逆に基板Ｗに密着していても良い。

これにより、めっき槽１２の上部に基板Ｗを下向きに配置し、めっき液１０をめっき槽１２の底部から陽極板１４の中央孔１４ａ及び多孔質セラミックス板２４の貫通孔２４ａを通過させて上方に噴出させ、基板Ｗの下面（めっき面）にめっき液１０の噴流を当てつつ、陽極板１４（陽極電極）と基板Ｗの導電層Ｓ（陰極電極）の間にめっき電源２６から所定の電圧を印加することで、基板Ｗの下面にめっき膜が形成される。この時、めっき槽１２をオーバーフローしためっき液１０は、めっき液受け１６から回収される。

この実施の形態のめっき装置を使用し、電流密度を２０ｍＡ／ｃｍ^２に、陽極板１４の上面と基板Ｗの下面との距離Ｌを５０ｍｍにそれぞれ設定して銅の電解めっきを行ったところ、多孔質セラミックス板２４を設置する前に較べてめっきに必要な電源電圧が約２Ｖ上昇した。これは、多孔質セラミックス板２４がめっき液１０より電気伝導率の小さい抵抗体として機能したことによる。

つまり、めっき槽１２の断面積は約３００ｃｍ^２であるので、高抵抗構造体２２の抵抗は、約０．３３３Ωとなり、図２に示す等価回路において、この高抵抗構造体２２によって発生した抵抗Ｒｐが新たな抵抗として加わることになる。なお、図２において、抵抗Ｒ１〜Ｒ５は、図１０に示す抵抗Ｒ１〜Ｒ５と同じ抵抗を示している。

このように高抵抗構造体２２によって大きな抵抗Ｒｐが発生すると、基板の中央部における抵抗と周辺部における抵抗の比、すなわち（Ｒ２＋Ｒｐ＋Ｒ３＋Ｒ４）／（Ｒ２＋Ｒｐ＋Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５）は１に近づき、導電層の抵抗Ｒ５の影響は無視できる程度になり、基板Ｗの表面の電気抵抗による電流密度の面内差が小さくなって、めっき膜の面内均一性が向上する。

高抵抗構造体２２の抵抗値は、例えば２００ｍｍウェハの場合は０．０１Ω以上で、好ましくは０．０１〜２Ωの範囲、より好ましくは０．０３〜１Ωの範囲、更に好ましくは０．０５〜０．５Ωの範囲である。高抵抗構造体の抵抗値は以下の手順で測定する。まず、めっき装置内において、所定距離だけ離間した陽極板と基板からなる両極間に所定値の直流（Ｉ）を流してめっきを行ない、このときの直流電源の電圧（Ｖ１）を測定する。次に、同一のめっき装置において、両極間に所定厚さの高抵抗構造体を配置し、同一の値の直流（Ｉ）を流してめっきを行ない、このときの直流電源の電圧（Ｖ２）を測定する。これにより、高抵抗構造体の抵抗値Ｒｐ＝（Ｖ２−Ｖ１）／Ｉより求めることができる。この場合、陽極板を構成する銅の純度は９９．９９％以上であることが好ましい。また、陽極板と基板からなる両極板の距離は、直径２００ｍｍの基板の場合には５〜２５ｍｍであり、直径３００ｍｍの基板の場合には１５〜７５ｍｍであることが好ましい。なお、基板Ｗ上の導電層Ｓの抵抗Ｒ５は、基板の外周と中心との間の抵抗値をテスタにより測定する、あるいは導電層Ｓの材料の比抵抗と厚みから計算により求めることができる。

図３は、前述のように、多孔質セラミックス板２４からなる高抵抗構造体２２を設置しためっき装置（本実施形態例）と、設置しなかっためっき装置（従来例）を使用して、基板Ｗの表面に銅めっきを施した時の基板面内におけるめっき膜の膜厚分布を示す。この図３から、この実施の形態のめっき装置にあっては、基板中央部分の薄膜化現象が起こらず、均一にめっきがされていることが判る。

一方、めっき液の比抵抗は約５．５Ω・ｃｍであり、めっき槽１２の断面積は約３００ｃｍ^２であるので、基板Ｗと陽極板１４との距離を離すことで同様の効果、即ちめっき液１０で約０．３３３Ωの抵抗を得ようとすると、約１８ｃｍ余計に離す必要があり、これでは装置サイズの大型化に繋がってしまう。

なお、この実施の形態では、アルミナ製多孔質セラミックス板で高抵抗構造体を構成した例を示しているが、他の材質の炭化シリコンセラミックスなどでも同様の効果が得られることが確認されている。また、気孔率やポア径、気孔の屈曲率等は目的に応じて適宜選択可能である。例えば、この実施の形態では、多孔質セラミックス板に１ｍｍの貫通孔を開けてめっき液の循環を促したが、気孔径が大きい場合は不要となる。

また、塩化ビニールを繊維状に束ね、これを互いに溶着させたものを用いれば厚み方向に直線的に貫通した孔を多量に持つプレートを得ることができ、このようなプレートで高抵抗構造体を構成しても、ポリビニールアルコールなどの発泡体やテフロン（登録商標）などの繊維を織布や不織布の様態に整形したものを用いて高抵抗構造体を構成しても良い。更に、これらや導体と絶縁体、或いは導体同士とを組み合わせた複合体でも同様の効果が得られる。

これらの高抵抗構造体は、いずれもめっき装置に組み込む前に適宜前処理を施すことができる。特に、酸洗い、脱脂、めっき液あるいはめっき液中の一成分での供洗い等が有効である。高抵抗構造体の厚みや形状は、本発明の主旨を逸脱しない限り適宜変化できることは勿論である。

また、この実施の形態では、電解めっきについて説明したが、電流方向を逆転させれば、つまり、この装置をそのまま用い、電源の極性を反転させることで電解エッチングが可能であり、この場合、エッチングの均一性を向上させることができる。ＬＳＩにおける銅配線用のめっきプロセスでは、めっきプロセスの前後に逆電解をかけて電解エッチングを行うことが知られており、例えば、この装置を使用し、２０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で７．５秒めっきを施して、５０ｎｍの銅めっき膜を形成し、電源の極性を反転させ、５ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で２０秒エッチングを施して、３３ｎｍの銅めっき膜をエッチングし、しかる後、最終めっきを施すことで、均一にエッチングが行われて埋込み特性が向上することが確かめられている。

図４は、本発明の第２の実施の形態の電解めっきに適用した電解処理装置を示すものである。このめっき装置は、いわゆるフェイスアップ方式を採用したもので、基板Ｗは上向きに基板載せ台３０上に載置されており、基板Ｗの周辺に位置して、例えばバイトンゴム製のリップシール３４と、このリップシール３４の外方に位置し基板Ｗの導電層Ｓと接触して該基板Ｗに陰極電位を導入する接点３６が設けられている。このリップシール３４は、例えば１０ｍｍの高さを持って、めっき液１０を保持できるようになっている。

基板載せ台３０の上方に保持具３２が配置され、この保持具３２に陽極板３８と高抵抗構造体４０を構成する多孔質セラミックス板４２が所定間隔離間して保持固定されている。この多孔質セラミックス板４２は、この例では、例えば気孔率２０％、平均ポア径５０μｍで厚さＴ_２が１０ｍｍのＳｉＣ製で、内部にめっき液１０を含有させることで高抵抗構造体４０を構成するようになっている。また、陽極板３８は、保持具３２と多孔質セラミックス板４２により完全に被覆された構造となっている。なお、多孔質セラミックス板４２は、めっき液の蓄えられた別の槽（図示せず）で予めめっき液を含浸させておくことが望ましい。

そして、基板Ｗの上面と多孔質セラミックス板４２の下面との間に、隙間Ｓ_１を約２ｍｍに設定した第１めっき室４４が、多孔質セラミックス板４２の上面と陽極板３８の下面と間に、隙間Ｓ_２を約１．５ｍｍに設定した第２めっき室４６がそれぞれ設けられており、これらの各めっき室４４，４６には、めっき液１０が導入される。このめっき液１０の導入方法としては、リップシール３４と多孔質セラミックス板４２の端面との隙間から導入したり、陽極板３８に設けた貫通孔を介して多孔質セラミックス板４２の裏側（上部）に加圧しためっき液１０を導入するなどの方法が採られる。

なお、この実施の形態において、電解めっき中に基板Ｗと基板載せ台３０、若しくは、陽極板３８と多孔質セラミックス板４２を回転させるようにしても良い。

この実施の形態のめっき装置を使用して基板Ｗの上面（めっき面）に銅めっきを施し、この銅めっき膜の膜厚を調べたところ、多孔質セラミックス板４２から構成される高抵抗構造体４０を設けることで、前記実施の形態と同様に膜厚の面内均一性が向上することが確かめられている。

この実施の形態にあっては、陽極板３８を多孔質セラミックス板４２と保持具３２により完全に被覆し、陽極板３８と多孔質セラミックス板４２との間にめっき液１０が満たされる構造となっているが、このように構成するとともに、多孔質セラミックス板４２の気孔率や屈曲率、ポア径などを適宜選択することで、従来にはない新たな効果を得ることができる。

この実施の形態の電解めっき装置を使用して、３００秒間（２μｍ）のめっき処理を行った際のめっき液１０中の銅イオン濃度変化を図５に示す。図５中、領域Ａは、多孔質セラミックス板４２と基板Ｗとの間のめっき室４４内のめっき液１０に関するデータで、領域Ｂは、陽極板３８と多孔質セラミックス板４２との間のめっき室４６内のめっき液１０に関するデータである。

図５より明らかなように、領域Ａではめっき進行に従い銅イオン濃度は低下する。この低下率は、めっきにより基板表面で消費された銅イオンの理論値と一致する。一方、領域Ｂでは逆に銅イオン濃度が上昇しており、この上昇率は陽極板で発生した銅イオンの理論値と一致する。

以上の事実から、多孔質セラミックス板４２を挟む領域Ａ（めっき室４４）と領域Ｂ（めっき室４６）との間では、銅イオン交換がほとんど起きておらず、多孔質セラミックス板４２は、隔膜的な振る舞いをしていることが判る。このことは、言い換えれば陽極側で起こる反応は、基板側に影響を及ぼさないということである。

また、通常、銅の電解めっきに際しては、陽極に特殊な配慮をする必要がある。第１に、陽極から発生する一価の銅イオンを捕獲するために陽極表面に「ブラックフィルム」と呼ばれるにかわ質の黒色膜を形成する必要から、陽極材料に含燐銅を用いることである。この黒色膜は、銅、燐、塩素などの複合物と言われているが、二価銅イオンのみをめっき液中に送り込み、めっき表面の異常析出などの原因になる一価銅イオンを捕獲する働きをする。

この実施の形態のめっき装置によれば、図５から明らかなように、多孔質セラミックス板４２の上下での銅イオン交換が起きないことから、このような配慮は不要となる。また、銅の陽極板３８がめっきと共に電解消耗しその表面が欠落することも有るが、この欠落物は多孔質セラミックス板４２で捕獲され、基板Ｗのめっき表面に付着することもない。更に、陽極に溶解性の銅陽極を使う代わりに、不溶解性の陽極、例えばチタニウム表面に酸化イリジウムを被覆したものを用いることもできる。この場合、陽極表面では多量の酸素ガスが発生するが、この酸素ガスも基板表面に到達しないようにすることで、めっき膜の一部が欠落するなどの不良の発生を無くすことができる。

このように、適当な物質を電気伝導率の小さい物質としてめっき液中に導入し、なおかつ陽極と陰極を分離するように一様に配置することで、隔膜効果を得るようにすることもできる。

図６は、本発明の第３の実施の形態の金の電解めっき装置に適用した電解処理装置を示すもので、このめっき装置は、箱形のめっき槽５０を有し、このめっき槽５０の一方の開口端は、例えばチタニウム母材に酸化イリジウムをコーティングした不溶解性の陽極板５２で閉塞され、他方の開口端は、基板Ｗをめっき槽５０側に保持した蓋体５４で開閉自在に閉塞されるようになっている。また、めっき槽５０の蓋体５４側端部には、基板Ｗに圧接して、ここからのめっき液１０の流出を阻止するリップシール５６と、このリップシール５６の外方に位置し基板Ｗの導電層Ｓと接触して該基板Ｗに陰極電位を導入する接点５８が設けられている。

めっき槽５０の内部には、基板Ｗと陽極板５２とを仕切るように２枚の隔膜６０ａ，６０ｂが予めめっき槽５０に設けられたメッシュ６２ａ，６２ｂによって保持されて配置されている。この隔膜６０ａ，６０ｂとしては、強酸性カチオン交換膜、例えばトクヤマ製CMSやデュポン社製 N-350などが利用される。

これにより、めっき槽５０の内部に、基板Ｗに面するめっき室６４、陽極板５２に面する電解液室６６、及び隔膜６０ａ，６０ｂで挟まれた高抵抗電解液室６８が区画形成されている。更に、これらの各室６４，６６，６８には、個別の液循環経路が設けられている。

そして、めっき室６４には、例えばシアン化金カリウムをベースとしためっき液７０を、電解液室６６には、例えば硫酸水溶液（８０ｇ／ｌ）からなる電解液（めっき液）７２をそれぞれ導入し、例えば毎分２０ｌで循環させる。また、高抵抗電解液室６８には、めっき処理による制約を受けることなく、例えば希硫酸水溶液（１０ｇ／ｌ）からなる電気伝導率の小さい高抵抗電解液７４を導入し、これによって、ここに高抵抗構造体７６を構成するようになっている。

このように、２枚の隔膜６０ａ，６０ｂで区画した高抵抗電解液室６８内に希硫酸水溶液等の高抵抗電解液７４を満たして構成した高抵抗構造体７６を、めっき液７０，７２中に介在させることで、系全体のめっき抵抗を上げ、導電層の抵抗による基板面内の金めっき膜の膜厚分布を大幅に低減することができる。しかも、この例では、希硫酸液の濃度を変化させることでめっき系の抵抗値を任意に選定して、めっきの種類、基板の状況などに応じて適宜めっき条件を変化させることができる。

このめっき装置は、基板Ｗを蓋体５４で保持して該蓋体５４を閉め、めっき室６４にめっき液７０を、電解液室６６に電解液（めっき液）７２をそれぞれ導入し循環させ、かつ高抵抗電解液室６８に高抵抗電解液７４を満たした状態で、外部電源（図示せず）より陽極板５２と基板Ｗ上の導電層Ｓにめっき電流を流すことでめっき膜を形成するのであり、陽極板５２の表面に発生する酸素ガス７８は、電解液（めっき液）７２と共に外部に排出される。

なお、この実施の形態にあっても、陽極板と基板との距離を非常に大きくしてめっき液自体の電気抵抗を高くすることで、同様の効果を得ることが可能であるが、これでは、装置が巨大化するばかりでなく、高価な金めっき用のシアン化金カリウムを膨大に使用しなくてはならず、工業的不利益が大きくなる。
以上の実施例においては、円盤形状の基板を被処理基板としているが、必ずしも円盤状である必要はなく、例えば矩形でも良いことは言うまでもない。

本発明の第１の実施の形態の電解めっき装置に適用した電解処理装置の要部概要図である。 図１の電気的等価回路図である。 図１に示すめっき装置と従来のめっき装置でめっきを施した時の基板面内におけるめっき膜の膜厚分布を示す図である。 本発明の第２の実施の形態の電解めっき装置に適用した電解処理装置の要部概要図である。 図４に示すめっき装置を使用してめっき処理を行った時の領域Ａと領域Ｂにおけるめっき液の銅イオン濃度の変化を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態の電解めっき装置に適用した電解処理装置の要部概要図である。 従来のめっき装置の概要図である。 従来のめっき装置を使用して異なる膜厚の導電層を形成した基板に銅の電解めっきを施した時の基板面内におけるめっき膜の膜厚分布を示す図である。 同じく、異なる大きさの基板に銅の電解めっきを施した時の基板面内におけるめっき膜の膜厚分布を示す図である。 図７に示すめっき装置の電気的等価回路図である。

符号の説明

１０，７０，７２ めっき液（電解液）
１２，５０ めっき槽
１４，３８，５２ 陽極板
１８，３４，５６ リップシール
２０，３６，５８ 接点
２２，４０，７６ 高抵抗構造体
２４，４２ 多孔質セラミックス板
２６ 電源
３０ 基板載せ台
３２ 保持具
４４，４６，６４，６６，７０ めっき室
５４ 蓋体
６０ａ，６０ｂ 隔膜
６２ａ，６２ｂ メッシュ
６８ 高抵抗電解液室
７４ 高抵抗電解液

Claims (9)

1. 表面を上方に向け、陽極または陰極の一方の電極に電気的に接続させて被処理基板を水平に配置し、
   前記被処理基板の上方に他方の電極を該被処理基板に対峙させて配置し、
   前記被処理基板と前記他方の電極との間に高抵抗構造体を配置し、
   前記被処理基板の表面周縁部にリップシールを接触させて、被処理基板の表面に前記リップシールで周囲を囲まれた電解液室を形成し、
   前記電解液室に供給された電解液を前記被処理基板と前記他の電極との間に満たしつつ、前記被処理基板と前記他方の電極との間に電圧を印加して電解処理を行うことを特徴とする電解処理方法。
2. 前記高抵抗構造体は、多孔質物質からなり、該多孔質物質の内部に複雑に入り込ませた電解液によって電解液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有することを特徴とする請求項１記載の電解処理方法。
3. 表面を上方に向けて被処理基板を水平に載せる基板載せ台と、
   前記基板載せ台に載せられた被処理基板の表面周縁部に当接して該周縁部をシールするリップシールと、
   前記リップシールの外側に配置され、前記基板載せ台に載せられた被処理基板の周縁部に接触して該被処理基板に陰極または陽極の一方の電位を導入する接点と、
   前記基板載せ台に載せられた被処理基板の上方に配置される他の電極と、
   前記基板載せ台に載せられた被処理基板と前記他の電極との間に配置される高抵抗構造体とを有し、
   前記基板載せ台に載せられた被処理基板と前記他の電極との間に電解液を満たして電解処理を行うことを特徴とする電解処理装置。
4. 前記高抵抗構造体は、その等価回路における抵抗が、被処理基板の表面に形成された導電層の前記接点との接点と該接点から電気的に最も離れた部分との間の等価回路における抵抗より高くなるように構成されていることを特徴とする請求項３記載の電解処理装置。
5. 前記高抵抗構造体は、多孔質物質からなり、該多孔質物質の内部に複雑に入り込ませた電解液によって電解液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有することを特徴とする請求項３または４記載の電解処理装置。
6. 前記多孔質物質は、多孔質セラミックスであることを特徴とする請求項５記載の電解処理装置。
7. 前記多孔質セラミックスは、ポア径１０〜３００μｍ、気孔率２０〜６０％のアルミナ系セラミックスで、厚みが０．２〜２００ｍｍであることを特徴とする請求項６記載の電解処理装置。
8. 前記他の電極は、下方に開口した保持具の内部に配置され、前記高抵抗構造体は、前記保持具の開口部を塞ぐように配置されていることを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載の電解処理装置。
9. 前記他の電極と前記高抵抗構造体とを互いに離間させて配置して、前記保持具の内部の前記他の電極と前記高抵抗構造体との間に、電解液室を形成したことを特徴とする請求項８記載の電解処理装置。
   

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