JP2009242868A - めっき装置、めっき方法、および電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】膜欠陥の発生を抑制することができるめっき装置、めっき方法、および電子デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】軸方向の一端に開口１０を有するめっき槽２と、めっき槽２の開口１０側に設けられ、被処理物Ｗを保持する保持手段４と、保持手段４と対向してめっき槽２内に設けられたアノード電極３と、めっき槽２内を、めっき液が貯められるとともに保持手段４により被処理物Ｗが保持される第１の領域１２ａと、第１の領域１２ａの周囲に同軸状に設けられ液体が貯められる第２の領域１２ｂと、に分離する分離体１２と、第２の領域１２ｂに貯められた液体と、前記分離体１２と、を介して第１の領域１２ａ内のめっき液に超音波振動を加える超音波振動手段９と、を備えたことを特徴とするめっき装置，該めっき装置を用いるめっき方法及び電子デバイスの製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、めっき装置、めっき方法、および電子デバイスの製造方法に関する。

ウェーハなどの被処理物の表面に金属膜を形成する方法の一つに、噴流・循環方式のめっき方法がある。この噴流・循環方式のめっき方法においては、めっき槽に貯められためっき液に被処理物の被処理面を下向きにして浸し、下向きの被処理面全面にめっき液を噴流状態で接触させながら電解めっきを行う。

ここで、被処理物の表面にはヴィアホール、コンタクトホール、配線溝等の微細な凹部が形成されている場合がある。このような場合、微細な凹部内にめっき液が充分に回りこまない場合がある。また、めっき反応にともない発生した水素、あるいは液中の溶存ガスなどの気泡が被処理物の表面に付着すると電流分布にむらが生じるので、形成される膜の厚みが不均一となる場合がある。

そのため、めっき液に超音波振動を加えることでめっき液を攪拌し、微細な凹部内へのめっき液の回り込み（局所的なめっき液の供給・除去）や表面に付着した気泡の除去を行うことで、膜厚や埋込の均一性を改善する技術が提案されている（特許文献１、２を参照）。

しかしながら、めっき液に超音波振動を加えると超音波振動により気泡が新たに発生するおそれがある。また、超音波振動手段から発塵するおそれもある。この場合、特許文献１、２に開示されている技術のように、超音波振動手段と、被処理物の被処理面と、が同じ領域内でめっき液に接していると、新たに発生した気泡や塵が被処理物の表面に付着するおそれがある。

そして、気泡や塵が被処理物表面の微細な凹部内へ入り込んだ場合には、めっき液の噴流・循環による流れや超音波振動程度では容易に離散させることができない。そのため、気泡や塵を残した状態で金属膜が形成されるおそれがある。この場合、気泡が残留している箇所ではめっき液との接触が妨げられるので、ボイドが発生するおそれがある。また、塵が残留している箇所では塵を異物として取り込んだ金属膜が形成されることになる。その結果、膜欠陥が発生するおそれがある。
特開２０００−１７８７８５号公報 特開２００３−１０５５９０号公報

本発明は、膜欠陥の発生を抑制することができるめっき装置、めっき方法、および電子デバイスの製造方法を提供する。

本発明の一態様によれば、軸方向の一端に開口を有するめっき槽と、前記めっき槽の前記開口側に設けられ、被処理物を保持する保持手段と、前記保持手段と対向して前記めっき槽内に設けられた電極と、前記めっき槽内を、めっき液が貯められるとともに前記保持手段により前記被処理物が保持される第１の領域と、前記第１の領域の周囲に同軸状に設けられ液体が貯められる第２の領域と、に分離する分離体と、第２の領域に貯められた前記液体と、前記分離体と、を介して前記第１の領域内のめっき液に超音波振動を加える超音波振動手段と、を備えたこと、を特徴とするめっき装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、第１の領域内にあるめっき液に被処理物を接触させ、分離体により前記第１の領域と分離された第２の領域内にある液体と、前記分離体と、を介して前記めっき液に超音波振動を加えつつ前記被処理物にめっき層を成膜すること、を特徴とするめっき方法が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、上記のめっき装置を用いて成膜を行うこと、を特徴とする電子デバイスの製造方法が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、上記のめっき方法により成膜を行うこと、を特徴とする電子デバイスの製造方法が提供される。

本発明によれば、膜欠陥の発生を抑制することができるめっき装置、めっき方法、および電子デバイスの製造方法が提供される。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について例示をする。尚、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るめっき装置を例示するための模式断面図である。
図２は、比較例に係るめっき装置を例示するための模式断面図である。
まず、図２に例示をする比較例について説明をする。
図２に示すように、めっき装置１００には、めっき槽２、アノード電極３、保持手段４が設けられている。

めっき槽２は、その中央部に軸方向（図１の上下方向）に延在する第１の槽２ａを有し、その周囲を囲むように略同軸に第２の槽２ｂを有している。軸方向に沿ってみた第１の槽２ａの形状は、例えば円形である。
第１の槽２ａは、上方に開口部１０を有している。また、第１の槽２ａの底部にはめっき液の供給口１１が設けられている。そして、供給口１１にはポンプ１０５が接続されている。そのため、ポンプ１０５によりめっき液が第１の槽２ａ内に供給され、めっき液が第１の槽２ａ内を底部から上部に向けて噴流（流通）するようになっている。また、上部に向けて噴流しためっき液は、一部が被処理物Ｗの被処理面に接触した後、第１の槽２ａの開口部周縁から第２の槽２ｂに溢れでるようになっている。
第１の槽２ａ内の下方には、アノード電極３が設けられている。アノード電極３は、略円板状を呈し、第１の槽２ａと略同軸に設けられている。アノード電極３の周縁と第１の槽２ａの内壁との間には、隙間が設けられている。そのため、アノード電極３と第１の槽２ａとが絶縁されるとともに、この隙間を介してめっき液が第１の槽２ａ内に流入できるようになっている。

アノード電極３の材質は、めっきの種類によって適宜選択される。例えば、銅をめっきする場合にはアノード電極３の材質は銅とされる。なお、この際のめっき液は、例えば、硫酸銅水溶液とすることができる。

第２の槽２ｂは、上方に開口部を有し、第１の槽２ａから溢れ出ためっき液を受けとれるようになっている。第２の槽２ｂの底部には排出口２ｂ１が設けられている。また、排出口２ｂ１には、めっき液を回収するための回収タンク１０７が接続されている。そして、回収タンク１０７は、ポンプ１０５と接続されている。また、前述したようにポンプ１０５は供給口１１に接続されている。そのため、第１の槽２ａから第２の槽２ｂへ溢れ出ためっき液は、回収タンク１０７を介して第１の槽２ａに再び供給され、循環使用することができるようになっている。

なお、循環使用する際に、めっき液の組成や濃度を一定に保つための図示しないめっき液調整手段を設けるようにしてもよい。例えば、回収タンク１０７内のめっき液の成分濃度を検出し、これに基づいて図示しない供給源からめっき液の各成分を供給することで組成や濃度を一定に保つようにすることができる。また、異物を取り除くための図示しないフィルタなどを適宜設けるようにすることもできる。

保持手段４は、アノード電極３と対向するようにして開口部１０側に設けられている。また、保持手段４は被処理物Ｗ（例えば、ウェーハ）を下向きに保持できるようになっている。そのため、いわゆるフェイスダウン方式で被処理物Ｗの被処理面を第１の槽２ａ内のめっき液に接触させることができるようになっている。

また、保持手段４の端子４ａには電源６の陰極（アノード）が接続され、アノード電極３には電源６の正極（カソード）が接続されている。また、端子４ａは被処理物Ｗと電気的に接触するようになっている。そのため、保持手段４は、被処理物を保持するとともにカソード電極としての役割をも果たす。

また、保持手段４は、昇降手段８に接続されている。そのため、昇降手段８により保持手段４を昇降させることで、被処理物Ｗのめっき液への接触と引き上げができるようになっている。

第１の槽２ａの内壁には、超音波振動手段９が設けられている。また、超音波振動手段９は、めっき液に直接接触するように設けられている。そのため、超音波振動手段９から発せられた超音波振動をめっき液に直接加えることができる。超音波振動手段９としては、例えば、圧電素子、電源回路などを備えたものを例示することができる。

このような構成のめっき装置１００により被処理物Ｗの表面に金属膜を形成させる場合には、超音波振動手段９から発せられた超音波振動をめっき液に加えつつ金属膜の形成を行う。そのため、めっき液が攪拌され被処理物Ｗの表面の微細な凹部内へのめっき液の回り込み（局所的なめっき液の供給・除去）が促進される。また、めっき反応にともない発生した水素などの気泡が被処理物Ｗの表面に付着したとしても、これを除去することができる。その結果、形成される金属膜の膜厚や埋込の均一性を改善することができる。

しかしながら、めっき液に超音波振動を加えると超音波振動により新たに気泡が発生するおそれがある。また、超音波振動手段９から発塵するおそれもある。そのため、めっき液中に存在する気泡の数がかえって増加するおそれがある。その結果、被処理物Ｗの表面の微細な凹部内へ気泡が入り込む確率が高くなるおそれがある。また、超音波振動手段９から発塵した塵が被処理物Ｗの表面の微細な凹部内へ入り込むおそれもある。この場合、被処理物Ｗの被処理面を下向きにして保持するいわゆるフェイスダウン方式では、気泡や塵が被処理物Ｗの表面に滞留しやすくなるので、微細な凹部内への気泡や塵の入り込みが多くなるおそれがある。
そして、気泡や塵が被処理物Ｗの表面の微細な凹部内へ入り込んだ場合には、めっき液の噴流・循環による流れや超音波振動程度では容易に離散させることができない。そのため、気泡や塵を残した状態で金属膜が形成されるおそれがある。この場合、気泡が残留している箇所ではめっき液との接触が妨げられるので、ボイドが発生するおそれがある。また、塵が残留している箇所では塵を異物として取り込んだ金属膜が形成されることになる。その結果、膜欠陥が発生するおそれがある。

ここで、超音波振動手段９を保持手段４に設けて、保持手段４を介して間接的に超音波振動をめっき液に加えるようにすれば、超音波振動手段９からの発塵を防ぐことができる。しかしながら、このような場合においては、保持手段４とこれに保持される被処理物Ｗから発塵するおそれがある。また、被処理物Ｗが強く加振されることになるため、被処理物Ｗの表面に設けられた微細な凹部が損傷するおそれがある。

また、超音波振動手段９を第１の槽２ａの内壁に埋め込んで、第１の槽２ａの内壁を介して間接的に超音波振動をめっき液に加えるようにすれば、超音波振動手段９からの発塵を防ぐことができる。しかしながら、このような場合においては、第１の槽２ａの内壁から発塵するおそれがある。また、大きな質量の第１の槽２ａを介してめっき液に超音波振動を加えることになるため、エネルギー効率が低くなる。
また、いずれの場合にしても、超音波振動により発生した気泡が被処理物Ｗの表面に付着することや被処理物Ｗの表面の微細な凹部内へ入り込むことを抑制することができない。

次に、図１に戻って、本実施の形態に係るめっき装置を例示する。
図１に示すように、めっき装置１には、めっき槽２、アノード電極３、保持手段４が設けられている。

めっき槽２は、その中央部に第１の槽２ａを有し、その周囲を囲むように略同軸に第２の槽２ｂを有している。また、第１の槽２ａの内部には第１の槽２ａと略同軸に分離体１２が設けられている。

分離体１２は、上方に開口部を有する略パイプ状を呈している。分離体１２の内側には第１の領域１２ａが形成されている。また、第１の槽２ａの内壁と分離体１２との間には第２の領域１２ｂが形成されている。すなわち、分離体１２により、軸方向に直交する方向において、第１の槽２ａ内が、めっき液が貯められるとともに保持手段４により被処理物が保持される第１の領域１２ａと、第１の領域１２ａの外側に設けられ液体が貯められる第２の領域１２ｂと、に分離されている。

また、分離体１２により第１の領域１２ａと第２の領域１２ｂとが液密に分離されている。そのため、第１の領域１２ａに供給された液体（めっき液）と第２の領域１２ｂに供給された液体とが混ざることがないようになっている。また、第２の領域１２ｂにある気泡や塵が分離体１２に阻まれて、第１の領域１２ａに侵入できないようになっている。
分離体１２の底部にはめっき液の供給口１１ａが設けられている。そして、供給口１１ａにはポンプ５が接続されている。そのため、ポンプ５によりめっき液が第１の領域１２ａに供給され、めっき液が第１の領域１２ａ内を底部から上部に向けて噴流（流通）するようになっている。また、上部に向けて噴流しためっき液は、一部が被処理物Ｗの被処理面に接触した後、分離体１２の開口部から回収タンク７に溢れでるようになっている。回収タンク７は、ポンプ５と接続されている。そのため、第１の領域１２ａから溢れ出ためっき液は、回収タンク７を介して第１の領域１２ａに再び供給され、循環使用することができるようになっている。なお、前述したように、めっき液の組成や濃度を一定に保つための図示しないめっき液調整手段や、異物を取り除くための図示しないフィルタなどを適宜設けるようにすることもできる。

第１の領域１２ａの下方には、アノード電極３が設けられている。アノード電極３は、略円板状を呈し、分離体１２と略同軸に設けられている。アノード電極３の周縁と分離体１２の内壁との間には、隙間が設けられている。そのため、この隙間を介してめっき液が第１の領域１２ａの上方に流入できるようになっている。

第２の槽２ｂは、上方に開口部を有し、第２の領域１２ｂから溢れ出た液体を受けとれるようになっている。第２の槽２ｂの底部には排出口２ｂ１が設けられている。また、排出口２ｂ１は、液体を回収するための回収タンク１７と接続されている。そして、回収タンク１７は、ポンプ１５と接続されている。また、第２の領域１２ｂの底部には供給口１１ｂが設けられている。そして、ポンプ１５が供給口１１ｂに接続されている。

そのため、第２の領域１２ｂから第２の槽２ｂへ溢れ出た液体を回収タンク１７を介して第２の領域１２ｂに再び供給することができるようになっている。第２の領域１２ｂに供給された液体は第２の領域１２ｂ内を底部から上部に向けて噴流（流通）し、第２の領域１２ｂから第２の槽２ｂへ溢れ出るようになっている。このようにして、液体が循環使用されるようになっている。なお、異物を取り除くための図示しないフィルタなどを適宜設けるようにすることもできる。

保持手段４は、アノード電極３と対向するようにして分離体１２の開口部側（第１の槽２ａの開口部側）に設けられている。また、保持手段４は被処理物Ｗ（例えば、ウェーハ）を下向きに保持できるようになっている。そのため、いわゆるフェイスダウン方式で被処理物Ｗの被処理面を第１の領域１２ａ内のめっき液に接触させることができるようになっている。

また、保持手段４の端子４ａには電源６の陰極（アノード）が接続され、アノード電極３には電源６の正極（カソード）が接続されている。また、端子４ａは被処理物Ｗと電気的に接触するようになっている。そのため、保持手段４は、被処理物を保持するとともにカソード電極としての役割をも果たす。

また、保持手段４は、昇降手段８に接続されている。そのため、昇降手段８により保持手段４を昇降させることで、被処理物Ｗのめっき液への接触と引き上げができるようになっている。

第１の槽２ａの内壁には、超音波振動手段９が設けられている。また、超音波振動手段９は、第２の領域１２ｂ内の液体に接触するように設けられている。そのため、第２の領域１２ｂ内の液体に超音波振動手段９から発せられた超音波振動を加えることができるようになっている。超音波振動手段９としては、例えば、圧電素子、電源回路などを備えたものを例示することができる。

第２の領域１２ｂ内の液体に加えられた超音波振動は、分離体１２を介して第１の領域１２ａ内のめっき液に伝播される。ここで、第２の領域１２ｂ内の液体は、超音波振動を伝播できるものであればよい。例えば、取扱の容易さ、経済性などを考慮して水などとすることもできる。

分離体１２も超音波振動を伝播することができるものであればよい。ただし、めっき装置１に用いられる関係上、以下の点を考慮することが好ましい。
まず、アノード電極３と保持手段４（カソード電極）との間の電流の流れに影響を与えない材質であることが好ましい。そのため、絶縁物であることが好ましい。
また、第１の領域１２ａ内にめっき液があることを考慮すると、耐薬品性が高い材質であることが好ましい。この場合、めっき液によっては、第１の領域１２ａ内が強酸環境またはアルカリ環境となることを考慮する必要がある。
また、超音波振動が加えられても発塵しない材質であることが好ましい。

以上のことを考慮すると、例えば、分離体１２の材質を石英、ガラス、セラミックスなどからなる群より選ばれた少なくとも１種を含むものとすることができる。

また、分離体１２の材質を石英、ガラス、セラミックスなどを含むものとした場合には、分離体１２の強度、超音波振動の透過性、経済性などを考慮して肉厚を３ｍｍ以上、２０ｍｍ以下とすることが好ましい。この場合、３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下とすることがより好ましい。

ここで、本発明者は、分離体１２の存在が金属膜の形成に与える影響について実験を行った。
図３は、実験装置の概略構成を例示するための模式図である。
実験装置５０には、上端が開放された有底の水槽５１、水槽５１の底部に設けられた超音波振動手段５２、超音波振動手段の電源５３、めっき槽５４、作用極５５、対極５６、参照極５７、電気化学測定装置５８、演算手段としてのパーソナルコンピュータ５９、水槽５１の外周に同軸に設けられた水槽６０が設けられている。

そして、水槽５１を水で満たし、水槽５１の底部から供給された水が上方に向けて噴流（流通）するようにした。また、噴流した水は水槽５１の周縁から溢れ出て水槽６０に受けられるようにした。また、水槽６０に受けられた水を再び水槽５１の底部から供給することで循環使用するようにした。

めっき槽５４には、めっき液として硫酸銅水溶液（硫酸銅（II）五水和物20ｇ、硫酸2.7mL、塩酸25μL、水で500mLにメスアップ）を500ｍL入れた。そして、めっき槽５４を水槽５１の上部の液面につかるように固定した。

また、めっき槽５４のめっき液に、作用極（WE）５５（Pt電極）、対極（CE）５６（Pt電極）、参照極（RE）５７（Ag/AgCl電極）を浸漬させた。なお、それぞれの電極面積は0.020ｃｍ²程度とした。また、それぞれの電極を電気化学測定装置５８に接続し、電位を制御して電流応答を観察することにした。
また、超音波振動手段５２の出力は電源５３で制御することにした。

このような実験装置５０において、サイクリックボルタンメトリ（CV）により、参照極５７（Ag/AgCl電極）に対する自然電位（300ｍV程度）付近から、−1000mV、0mVと電位を掃引すると、銅が作用極５６上に析出した。さらに、電位を0mV→1000mV→0mVと掃引すると作用極５６上に析出した銅は溶解し、この酸化反応に伴って、酸化電流が観測された。そして、超音波振動出力を変えて、サイクリックボルタンメトリにより同様の実験を行った。

図４は、酸化電流の様子を例示するためのグラフ図である。なお、横軸は、参照極５７（Ag/AgCl電極）に対する電位を表し、縦軸は電流値を表している。また、図中のＡは電源５３の出力電圧が０Ｖの場合（超音波振動を加えない場合）、Ｂは電源５３の出力電圧が５０Ｖの場合、Ｃは電源５３の出力電圧が１００Ｖの場合である。この場合、電源５３の出力電圧が大きくなるほど、超音波振動手段５２から発振される超音波振動エネルギーが大きくなる。

図４に示すように、電源５３の出力電圧が大きくなるほど、酸化電流の値も大きくなる。また、酸化電流のピーク面積が大きくなる。このことは、超音波振動エネルギーを大きくすれば、多くの銅を溶解させることができることを意味する。そして、その前提として多くの銅を析出させることができることをも意味する。

そのため、分離体１２を設けて間接的に超音波振動をめっき液に加えるようにしても、めっき液を攪拌することができ、めっき反応を促進させることができる。

次に、めっき装置１の作用について例示をする。
なお、説明の便宜上、被処理物Ｗの表面に銅の膜を形成させる場合を例に取り説明をする。
まず、ポンプ５を駆動して硫酸銅水溶液を主成分とするめっき液を第１の領域１２ａ内に供給し、回収タンク７を介して循環させる。また、ポンプ１５を駆動して水を第２の領域１２ｂ内に供給し、第２の槽２ｂ、回収タンク１７を介して循環させる。

次に、被処理物Ｗを保持手段４に保持させ、第１の領域１２ａ内のめっき液に接触させる。そして、電源６から保持手段４の端子４ａ、アノード電極３に電力を供給することでめっき処理（銅膜の形成）を行う。この場合、硫酸銅水溶液を主成分としためっき液中の銅イオンがカソードとしての被処理物Ｗの被処理面において還元されることで、銅膜が形成される。

また、超音波振動手段９から超音波振動を発振し、第２の領域１２ｂの水、分離体１２を介してめっき液に超音波振動を加える。図３、図４において例示をしたように、第２の領域１２ｂの水、分離体１２を介して、めっき液に間接的に超音波振動を加えてもめっき液の攪拌をすることができるので、めっき反応を促進させることができる。
また、めっき液が攪拌されることで被処理物Ｗの表面の微細な凹部内へのめっき液の回り込み（局所的なめっき液の供給・除去）が促進される。また、めっき反応にともない発生した水素などの気泡が被処理物Ｗの表面に付着したとしても、これを除去することができる。

ここで、超音波振動手段９は、第２の領域１２ｂの水とは接触しているがめっき液とは接触していない。そのため、超音波振動手段９から発塵があったとしても、第２の領域１２ｂの水の流れにのせてめっき装置１の外部に排出することができる。また、超音波振動を加える際に第２の領域１２ｂの水に気泡が発生したとしても、水の流れにのせてめっき装置１の外部に排出することができる。

また、第２の領域１２ｂの水が緩衝層の役割を果たすので、分離体１２に超音波振動が加えられたとしても発塵や気泡の発生を大幅に抑制することができる。そのため、被処理物Ｗの表面の微細な凹部内へ気泡や塵が入り込む確率を大幅に低下させることができる。その結果、膜厚や埋込の均一性を改善するとともに膜欠陥を大幅に低減させることができる。

また、第２の領域１２ｂの水の緩衝作用により、超音波振動やエロージョンの局所的な集中を緩和させることができる。また、超音波振動手段９やめっき槽２にはめっき液が接触しないので、腐食や劣化を抑制することができる。そのため、めっき装置１の寿命を延ばすことができ、また、メンテナンス性をも向上させることができる。

なお、第２の領域１２ｂの水は必ずしも循環させる必要はなく、第２の領域１２ｂ内に滞留させてもよい。そのようにすれば、めっき装置の構成の簡略化、省スペース化を図ることができる。

ただし、第２の領域１２ｂの水を循環させるようにすれば、めっき液の温度を安定化させることができるので、めっき反応を安定させることもできる。この場合、循環経路に図示しない温度制御手段を設けて、循環する水の温度を制御するようにすることもできる。そのようにすれば、めっき液の温度をさらに安定させることができるので、めっき反応の促進や安定化をさらに図ることができる。

また、昇降手段８に図示しない回転手段を設けて、被処理物Ｗを回転させることもできる。そのようにすれば、めっき液の攪拌が図れるとともに、被処理物Ｗに付着した気泡を遠心力で除去することもできる。

図５は、本発明の第２の実施の形態に係るめっき装置を例示するための模式断面図である。
図５に示すように、めっき装置２０にも分離体２２が設けられている。分離体２２は、第１の槽２ａと略同軸となるようにして第１の槽２ａの内部に設けられている。分離体２２は、上方と下方に開口部を有する略パイプ状を呈している。分離体２２の内側には第１の領域２２ａが形成されている。また、第１の槽２ａの内壁と分離体２２との間には第２の領域２２ｂが形成されている。

本実施の形態においては、第１の槽２ａの上方であって超音波振動手段９が設けられている近傍には分離体２２が設けられているが、第１の槽２ａの下方には分離体２２が設けられていない。すなわち、超音波振動手段９が設けられている近傍より上方においては、第１の槽２ａ内が第１の領域２２ａと第２の領域２２ｂとに分離されている。そのため、この部分においては、第１の領域２２ａのめっき液と第２の領域２２ｂのめっき液とが混ざることがないようになっている。また、第２の領域２２ｂにある気泡や塵が分離体２２に阻まれて、第１の領域２２ａに侵入できないようになっている。一方、分離体２２の下端より下方においては第１の槽２ａ内が第１の領域２２ａと第２の領域２２ｂとに分離されていない。

第１の槽２ａは、上方に開口部１０を有している。また、第１の槽２ａの底部にはめっき液の供給口１１が設けられている。そして、供給口１１にはポンプ５が接続されている。そのため、ポンプ５によりめっき液が第１の槽２ａに供給され、めっき液が第１の槽２ａ内を底部から上部に向けて噴流（流通）するようになっている。なお、分離体２２が設けられている部分においては、めっき液は第１の領域２２ａと第２の領域２２ｂとに分かれて上部に向けて噴流するようになっている。

また、第１の領域２２ａ内を上部に向けて噴流しためっき液は、一部が被処理物Ｗの被処理面に接触した後、第１の槽２ａの開口部周縁から第２の槽２ｂに溢れでるようになっている。また、第２の領域２２ｂ内を上部に向けて噴流しためっき液も第１の槽２ａの開口部周縁から第２の槽２ｂに溢れでるようになっている。

第２の槽２ｂは、上方に開口部を有し、第１の槽２ａから溢れ出ためっき液を受けとれるようになっている。第２の槽２ｂの底部には排出口２ｂ１が設けられている。また、排出口２ｂ１には、めっき液を回収するための回収タンク７が接続されている。そして、回収タンク７は、ポンプ５と接続されている。そのため、第１の槽２ａから第２の槽２ｂへ溢れ出ためっき液は、回収タンク７を介して第１の槽２ａに再び供給され、循環使用することができるようになっている。なお、前述したように、めっき液の組成や濃度を一定に保つための図示しないめっき液調整手段や、異物を取り除くための図示しないフィルタなどを適宜設けるようにすることもできる。

分離体２２は超音波振動を伝播することができるものであればよい。ただし、めっき装置に用いられる関係上、前述した分離体１２と同様の材質とすることが好ましい。例えば、分離体２２の材質を石英、ガラス、セラミックスなどからなる群より選ばれた少なくとも１種を含むものとすることができる。
また、分離体２２の材質を石英、ガラス、セラミックスなどを含むものとした場合には、分離体２２の強度、超音波振動の透過性、経済性などを考慮して肉厚を３ｍｍ以上、２０ｍｍ以下とするのが好ましい。また、３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。

本実施の形態においては、第２の領域２２ｂのめっき液、分離体２２を介して第１の領域２２ａのめっき液に超音波振動を加える。このように、第２の領域２２ｂのめっき液、分離体２２を介して、第１の領域２２ａのめっき液に間接的に超音波振動を加えてもめっき液の攪拌をすることができるので、めっき反応を促進させることができる。

また、めっき液が攪拌されることで被処理物Ｗの表面の微細な凹部内へのめっき液の回り込み（局所的なめっき液の供給・除去）が促進される。また、めっき反応にともない発生した水素などの気泡が被処理物Ｗの表面に付着したとしても、これを除去することができる。

ここで、超音波振動手段９は、第２の領域２２ｂのめっき液とは接触するが第１の領域２２ａのめっき液とは接触しない。そのため、超音波振動手段９から発塵があったとしても、第２の領域２２ｂのめっき液の流れにのせてめっき装置２０の外部に排出することができる。また、超音波振動を伝播させる際に第２の領域１２ｂのめっき液に気泡が発生したとしても、めっき液の流れにのせてめっき装置２０の外部に排出することができる。

また、第２の領域２２ｂのめっき液が緩衝層の役割を果たすので、分離体２２に超音波振動が加えられたとしても発塵や気泡の発生を大幅に抑制することができる。そのため、被処理物Ｗの表面の微細な凹部内へ気泡や塵が入り込む確率を大幅に低下させることができる。その結果、膜厚や埋込の均一性を改善するとともに膜欠陥を大幅に低減させることができる。
また、第２の領域２２ｂのめっき液の緩衝作用により、超音波振動やエロージョンの局所的な集中を緩和させることができる。

超音波振動による気泡や発塵は、主に超音波振動手段９が設けられた近傍において生じると考えられる。また、第２の領域２２ｂには底部から上方に向かう噴流が形成されている。
そのため、本実施の形態のように、第１の槽２ａの上方であって超音波振動手段９が設けられている近傍に分離体２２を設けるようにすれば、第２の領域２２ｂで発生した気泡や塵が第１の領域２２ａに侵入することを抑制することができる。このような構成とすれば、めっき装置２０の構成を簡略化することができる。この場合、分離体２２は、少なくとも超音波振動手段９が設けられる位置と、被処理物が保持される位置と、の間に設けられるようにすればよい。

また、昇降手段８に図示しない回転手段を設けて、被処理物Ｗを回転させることもできる。そのようにすれば、めっき液の攪拌が図れるとともに、被処理物Ｗに付着した気泡を遠心力で除去することもできる。

図６は、本発明の第３の実施の形態に係るめっき装置を例示するための模式断面図である。
本実施の形態においては、図１において例示をしためっき装置１にさらに測定手段３０を設けるようにしている。また、測定手段３０による測定結果に基づいて、超音波振動手段９の出力を調整する図示しない制御手段が設けられている。

測定手段３０は、サンプリング管３０ａと排出管３０ｂとを有し、サンプリング管３０ａから吸い上げた液体に含まれる気泡の量（気泡の数）や塵の数などを測定する。測定としては、例えば、レーザ光を用いた測定を例示することができる。なお、測定が終了した液体は排出管３０ｂから外部に排出されるようになっている。

サンプリング管３０ａの先端は、第２の領域１２ｂの水の中に入れられており、第２の領域１２ｂで発生する気泡の量（気泡の数）や塵の数などを測定することができるようになっている。また、排出管３０ｂの先端は、第２の槽２ｂの中に入れられており、測定後の水を第２の槽２ｂ内に排出することができるようになっている。
図４において例示をしたように、超音波振動エネルギーを大きくすればめっき反応を促進させることができる。しかしながら、超音波振動エネルギーを大きくしすぎると気泡の発生量が増加するおそれがある。

図７は、均一核として成長する気泡の発生量（気泡の数）と超音波発振手段９の出力との関係を例示するためのグラフ図である。なお、縦軸は１０ミリリットルあたりの気泡検出数、横軸は超音波発振手段９の出力である。
ここで、均一核として成長する気泡は球形でありその直径が、０．３マイクロメートル〜０．５マイクロメートル程度のものがほとんどであるので、気泡の発生量を気泡の数から測定することもできる。

図７から分かるように、気泡数は超音波発振手段９の出力に依存する挙動を示す。すなわち、超音波発振手段９の出力が高くなるほど気泡数は増加する。そのため、超音波発振手段９の出力を制御すれば気泡の発生量（気泡の数）を制御することができる。また同様に塵の量（数）も超音波発振手段９の出力に依存する挙動を示すと考えられるので、超音波発振手段９の出力を制御することで塵の量（数）も制御することができる。なお、塵と気泡とを峻別せずに両者を同様に扱うこともできる。

被処理物Ｗに形成される金属膜の膜厚や埋込の均一性、膜欠陥などに直接影響を与えるのは第１の領域１２ａのめっき液中における気泡の量（気泡の数）や塵の数などである。そのため、第１の領域１２ａのめっき液中における気泡の量（気泡の数）や塵の数などを直接測定するようにすることが好ましい。

しかしながら、めっき液によっては測定手段３０内に吸い込むと支障をきたすものがある。そのため、本実施の形態においては、第２の領域１２ｂの水の中の気泡の量（気泡の数）や塵の数などを測定するようにしている。

そして、第２の領域１２ｂで発生する気泡の量（気泡の数）や塵の数などと、第１の領域１２ａで発生する気泡の量（気泡の数）や塵の数などとの関係を予め実験などで求めておけば、第２の領域１２ｂにおける測定値から第１の領域１２ａにおける気泡の量（気泡の数）や塵の数などを間接的に知ることができる。

なお、めっき液を吸い込んでも支障がない測定手段３０の場合には、第１の領域１２ａのめっき液中における気泡の量（気泡の数）や塵の数などを直接測定することもできる。そのようにすれば、測定精度を高めることができる。なお、この場合は、サンプリング管３０ａの先端を第１の領域１２ａのめっき液中に入れればよい。

そして、間接的または直接的に求めた第１の領域１２ａのめっき液中における気泡の量（気泡の数）や塵の数などが所定の値を超えないように、図示しない制御手段で超音波発振手段９の出力を制御するようにしている。この場合、主に出力の上限値が制御されることになる。

本実施の形態によれば、めっき液中における気泡の量（気泡の数）や塵の数などが所定の値を超えないように超音波発振手段９の出力を適切に制御することができる。そのため、めっき液を攪拌することで得られる効果（微細な凹部内へのめっき液の回り込み（局所的なめっき液の供給・除去）や表面に付着した気泡の除去など）を享受しつつ、超音波振動により発生する気泡や塵を適切に抑制することができる。また、気泡の量（気泡の数）や塵の数などの発生状況の目視化を図ることもできる。
次に、本発明の実施の形態に係る電子デバイスの製造方法について例示をする。
なお、説明の便宜上、電子デバイスの製造方法として半導体装置の製造方法を例に取り説明をする。
半導体装置の製造は、成膜・レジスト塗布・露光・現像・エッチング・レジスト除去などにより基板（ウェーハ）表面にパターンを形成する工程、検査工程、洗浄工程、熱処理工程、不純物導入工程、拡散工程、平坦化工程などの複数の工程を繰り返すことにより実施される。

そして、前述した本発明の実施の形態に係るめっき方法は、基板（ウェーハ）表面に成膜を行う際に用いることができる。例えば、その一例として以下に示すように、微細な溝や孔などに銅などの金属を埋め込む際の成膜に用いることができる。
図８は、半導体装置の製造工程におけるめっきの様子を例示するための模式工程断面図である。なお、図８に例示をするものは、微細な溝や孔などに銅を埋め込む場合のものである。
図８（ａ）に示すように、エッチング法により基板（ウェーハ）Ｗ１の表面に微細な溝や孔などが形成される。
そして、図８（ｂ）に示すように、基板（ウェーハ）Ｗ１の表面にバリア層６０が形成され、その上にさらに銅シード層６１が形成される。銅シード層６１は、例えばＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法などにより形成させることができる。そして、めっきの際に銅シード層６１に保持手段４の端子４ａを接触させることで、基板（ウェーハ）Ｗ１をカソードとして機能させることができるようになる。

次に、図８（ｃ）に示すように、本実施の形態に係るめっき方法、または、めっき装置を用いて銅シード層６１の上に銅６２をめっきする。このめっきにおいては、銅６２は微細な溝や孔の内部、特に底部から成長する。

次に、図８（ｄ）に示すように、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ）法などを用いて平坦化を行い、銅６２を微細な溝や孔などに埋め込む。

ここで、めっきの際に微細な溝や孔の内部に気泡が入り込むと、めっき液との接触が妨げられるので、ボイドが発生するおそれがある。また、微細な溝や孔の内部に塵が入り込むと、塵を異物として取り込んだ金属膜が形成されることになる。その結果、膜欠陥が発生するおそれがある。

本実施の形態においては、前述しためっき方法、または、めっき装置を用いてめっきを行っているので、微細な溝や孔の内部に気泡や塵が入り込むことを抑制することができる。そのため、膜厚や埋込の均一性を向上させることができるとともに膜欠陥の発生をも抑制することができる。

なお、前述しためっき方法、または、めっき装置以外は、既知の各工程の技術を適用することができるので、これらの説明は省略する。

また、説明の便宜上、本発明の実施の形態に係る電子デバイスの製造方法を半導体装置の製造方法で説明をしたが、これに限定されるわけではない。例えば、フラットパネルディスプレイの製造方法、太陽電池の製造方法などにも適応が可能である。

以上、本発明の実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

本発明の第１の実施の形態に係るめっき装置を例示するための模式断面図である。 比較例に係るめっき装置を例示するための模式断面図である。 実験装置の概略構成を例示するための模式図である。 酸化電流の様子を例示するためのグラフ図である。 本発明の第２の実施の形態に係るめっき装置を例示するための模式断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るめっき装置を例示するための模式断面図である。 均一核として成長する気泡の発生量（気泡の数）と超音波発振手段の出力との関係を例示するためのグラフ図である。 半導体装置の製造工程におけるめっきの様子を例示するための模式工程断面図である。

符号の説明

１ めっき装置、２ めっき槽、２ａ 第１の槽、２ｂ 第２の槽、３ アノード電極、４ 保持手段、５ ポンプ、６ 電源、７ 回収タンク、９ 超音波振動手段、１２ 分離体、１２ａ 第１の領域、１２ｂ 第２の領域、２０ めっき装置、２２ 分離体、２２ａ 第１の領域、２２ｂ 第２の領域、３０ 測定手段

Claims (16)

1. 軸方向の一端に開口を有するめっき槽と、
   前記めっき槽の前記開口側に設けられ、被処理物を保持する保持手段と、
   前記保持手段と対向して前記めっき槽内に設けられた電極と、
   前記めっき槽内を、めっき液が貯められるとともに前記保持手段により前記被処理物が保持される第１の領域と、前記第１の領域の周囲に同軸状に設けられ液体が貯められる第２の領域と、に分離する分離体と、
   第２の領域に貯められた前記液体と、前記分離体と、を介して前記第１の領域内のめっき液に超音波振動を加える超音波振動手段と、
   を備えたこと、を特徴とするめっき装置。
2. 前記分離体は、少なくとも超音波振動手段が設けられる位置と、前記被処理物が保持される位置と、の間に設けられたこと、を特徴とする請求項１記載のめっき装置。
3. 前記分離体は、石英、ガラス、およびセラミックスからなる群より選ばれた少なくとも１種を含むこと、を特徴とする請求項１または２に記載のめっき装置。
4. 前記分離体の厚みが、３ｍｍ以上、２０ｍｍ以下であること、を特徴とする請求項３記載のめっき装置。
5. 前記電極は、前記第１の領域に設けられたこと、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のめっき装置。
6. 前記めっき槽内にめっき液を供給する第１の供給手段をさらに備え、
   前記第１の供給手段により供給されためっき液が前記めっき槽内を前記軸方向に流通すること、を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のめっき装置。
7. 前記第２の領域に液体を供給する第２の供給手段と、を備え、
   前記第２の供給手段により供給された液体が前記第２の領域内を前記軸方向に流通すること、を特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のめっき装置。
8. 前記液体および前記めっき液の少なくともいずれかに含まれる気泡を測定する測定手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のめっき装置。
9. 前記測定手段による測定に基づいて、超音波振動手段の出力を制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載のめっき装置。
10. 第１の領域内にあるめっき液に被処理物を接触させ、
    分離体により前記第１の領域と分離された第２の領域内にある液体と、前記分離体と、を介して前記めっき液に超音波振動を加えつつ前記被処理物にめっき層を成膜すること、を特徴とするめっき方法。
11. 前記第１の領域内を所定の方向にめっき液を流通させること、を特徴とする請求項１０記載のめっき方法。
12. 前記第２の領域内を所定の方向に液体を流通させること、を特徴とする請求項１０または１１に記載のめっき方法。
13. 前記液体および前記めっき液の少なくともいずれかに含まれる気泡を測定すること、を特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載のめっき方法。
14. 前記気泡の測定に基づいて、超音波振動の制御を行うこと、を特徴とする請求項１３記載のめっき方法。
15. 請求項１〜９のいずれか１つに記載のめっき装置を用いて成膜を行うこと、を特徴とする電子デバイスの製造方法。
16. 請求項１０〜１４のいずれか１つに記載のめっき方法により成膜を行うこと、を特徴とする電子デバイスの製造方法。

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