JP2021014600A - 半導体装置の製造装置、半導体装置の製造方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に対する電解処理を均一に行う、半導体装置の適切な製造を提供。【解決手段】製造装置１は、ウェハＷを保持するウェハ保持部１０と、ウェハＷにめっき液を供給するめっき液ノズル４０と、ウェハＷにめっき処理を行う電解処理部２０と、ウェハＷに電圧を印加するための端子２５と、を有する。電解処理部２０は、ウェハ保持部１０に対向して配置される基体２１と、基体２１の表面２１ａに設けられ、ウェハＷに供給されためっき液に接触し、ウェハＷとの間で電圧を印加する直接電極２６と、基体２１の内部に設けられ、ウェハＷに供給されためっき液に電界を形成する間接電極２８と、を有する。直接電極２６には複数の貫通孔２８が形成され、基体２１の表面２１ａには、貫通孔２８に連通する空間２４が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造装置、当該製造装置を用いた半導体装置の製造方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体に関する。

半導体装置の製造工程においては、例えばめっき処理やエッチング処理等の電解処理が行われる。

上述しためっき処理を均一に行うため、例えば特許文献１に記載されためっき処理方法が提案されている。このめっき処理では、先ず、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）を保持するウェハ保持部と、当該ウェハ保持部に保持されたウェハにめっき処理を行う電解処理部と、を対向配置する。次に、ノズルから、ウェハ保持部に保持されたウェハにめっき液を供給する。次に、ウェハに電圧を印加するための端子をウェハに接触させると共に、電解処理部が備える直接電極をめっき液に接触させる。次に、電解処理部が備える間接電極に電圧を印加することで、めっき液に電界を形成し、当該めっき液中の金属イオンをウェハ側に移動させる。その後、直接電極とウェハとの間に電圧を印加することで、ウェハ側に移動した金属イオンを還元する。

かかる場合、間接電極による金属イオンの移動と直接電極による金属イオンの還元が個別に行われるので、ウェハ側に金属イオンが均一に集積した状態で金属イオンの還元を行うことができ、これによりめっき処理の均一化を図っている。

国際公開ＷＯ２０１７／０９４５６８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電解処理部の表面には直接電極が設けられ、この直接電極の表面は平坦であるため、例えば直接電極をめっき液に接触させる際、電解処理部とウェハの間に空気（気体）が残り、めっき液中に気泡が発生する場合がある。また、ウェハに供給されるめっき液自体に、様々な要因で気泡が存在している場合もある。そして、このようにめっき液中に気泡が存在すると、例えばめっき液中の気泡がウェハの表面に接触する場合があり、当該接触した部分がめっきされないため、めっき処理を均一に行うことができない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、基板に対する電解処理を均一に行い、半導体装置を適切に製造することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、半導体装置の製造装置であって、基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部に保持された基板に処理液を供給する処理液供給部と、前記基板保持部に保持された基板に電解処理を行う電解処理部と、前記基板保持部に保持された基板に電圧を印加するための端子と、を有し、前記電解処理部は、前記基板保持部に対向して配置される基体と、前記基体の表面に設けられ、基板に供給された前記処理液に接触し、基板との間で電圧を印加する直接電極と、前記基体の内部に設けられ、基板に供給された前記処理液に電界を形成する間接電極と、を有し、前記直接電極には複数の貫通孔が形成され、前記基体の表面には、前記貫通孔に連通する空間が形成されていることを特徴としている。

本発明の製造装置を用いれば、例えば直接電極に処理液を接触させる際に、電解処理部と基板との間に気体（空気）が残る場合でも、基体の表面に形成された空間に気体を逃がすことができる。また、例えば基板に供給される処理液自体に気泡が存在している場合でも、上記空間に気体を逃がすことができる。このため、処理液中の気泡を抑制して、基板表面に対する電解処理を均一に行うことができる。

また、本発明の製造装置では、間接電極に電圧を印加することで、処理液に電界を形成し、当該処理液中の被処理イオンを基板側に移動させた後、直接電極と基板との間に電圧を印加することで、基板側に移動した被処理イオンを酸化又は還元することができる。このように間接電極による被処理イオンの移動と直接電極及び基板による被処理イオンの酸化又は還元（以下、単に「酸化還元」という場合がある）が個別に行われるので、基板の表面に十分な被処理イオンが均一に集積した状態で被処理イオンの酸化還元を行うことができる。したがって、基板の表面に対する電解処理をさらに均一に行うことができる。

前記製造装置において、前記直接電極は複数に分割され、分割された直接電極毎に電圧の印加が制御されてもよい。

前記製造装置において、前記基体の外側面は開口していてもよい。

別な観点による本発明は、半導体装置の製造方法であって、基板を保持した基板保持部と、当該基板保持部に保持された基板に電解処理を行う電解処理部と、を対向配置する第１の工程と、基板に電圧を印加するための端子を基板に接触させ、当該端子を介して基板に電圧を印加して通電する第２の工程と、処理液供給部によって前記電解処理部の基体の表面から基板に処理液を供給し、当該処理液を前記基体の表面に設けられた直接電極に接触させる第３の工程と、前記基体の内部に設けられた間接電極に電圧を印加することで、前記処理液に電界を形成し、当該処理液中の被処理イオンを基板側に移動させる第４の工程と、前記直接電極と基板との間に電圧を印加することで、基板側に移動した前記被処理イオンを酸化又は還元する第５の工程と、を有し、前記直接電極には複数の貫通孔が形成され、前記基体と前記直接電極の間には、前記貫通孔に連通する空間が形成されており、前記第３の工程から第５の工程において、前記電解処理部と基板との間に残る気体が前記空間に収集されることを特徴としている。

また別な観点による本発明は、半導体装置の製造方法であって、基板を保持した基板保持部と、当該基板保持部に保持された基板に電解処理を行う電解処理部と、を対向配置する第１の工程と、処理液供給部によって基板に処理液を供給する第２の工程と、基板に電圧を印加するための端子を基板に接触させると共に、前記電解処理部の基体の表面に設けられた直接電極を前記処理液に接触させる第３の工程と、前記基体の内部に設けられた間接電極に電圧を印加することで、前記処理液に電界を形成し、当該処理液中の被処理イオンを基板側に移動させる第４の工程と、前記直接電極と基板との間に電圧を印加することで、基板側に移動した前記被処理イオンを酸化又は還元する第５の工程と、を有し、前記直接電極には複数の貫通孔が形成され、前記基体と前記直接電極の間には、前記貫通孔に連通する空間が形成されており、前記第３の工程から第５の工程において、前記電解処理部と基板との間に残る気体が前記空間に収集されることを特徴としている。

また別な観点による本発明によれば、前記半導体装置の製造方法を製造装置によって実行させるように、当該製造装置のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。

さらに別な観点による本発明によれば、前記プログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。

本発明によれば、基板に対する電解処理を均一に行い、半導体装置を適切に製造することができる。

本実施の形態にかかる半導体装置の製造装置の構成の概略を示す説明図である。 本実施の形態にかかる基体の構成の概略を示す平面図である。 本実施の形態にかかる直接電極の構成の概略を示す平面図である。 めっき処理の主な工程を示すフローチャートである。 めっき処理における製造装置の動作を示す説明図であり、図４のステップＳ１を行う様子を示す説明図である。 めっき処理における製造装置の動作を示す説明図であり、図４のステップＳ２を行う様子を示す説明図である。 めっき処理における製造装置の動作を示す説明図であり、図４のステップＳ３を行う様子を示す説明図である。 めっき処理における製造装置の動作を示す説明図であり、図４のステップＳ４を行う様子を示す説明図である。 めっき処理における製造装置の動作を示す説明図であり、図４のステップＳ５を行う様子を示す説明図である。 めっき処理における製造装置の動作を示す説明図であり、図４のステップＳ６を行う様子を示す説明図である。 めっき処理における製造装置の動作を示す説明図であり、図４のステップＳ７を行う様子を示す説明図である。 めっき処理における製造装置の動作を示す説明図であり、図４のステップＳ８を行う様子を示す説明図である。 めっき処理における製造装置の動作を示す説明図であり、図４のステップＳ９を行う様子を示す説明図である。 めっき処理における製造装置の動作を示す説明図であり、図４のステップＳ１０を行う様子を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる半導体装置の製造装置の構成の概略を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる直接電極の構成の概略を示す平面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造装置１の構成の概略を示す説明図である。製造装置１では、基板としての半導体ウェハＷ（以下、「ウェハＷ」という。）に対し、電解処理としてめっき処理を行う。このウェハＷの表面には、電極として用いられるシード層（図示せず）が形成されている。なお、以下の説明で用いる図面において、各構成要素の寸法は、技術の理解の容易さを優先させるため、必ずしも実際の寸法に対応していない。

製造装置１は、基板保持部としてのウェハ保持部１０を有している。ウェハ保持部１０は、ウェハＷを保持して回転させるスピンチャックである。ウェハ保持部１０の表面１０ａには、例えばウェハＷを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷをウェハ保持部１０上に吸着保持できる。なお、図示の例では、ウェハ保持部１０の表面１０ａは、平面視においてウェハＷより大きい径を有するが、これに限定されず、ウェハＷと同じか、あるいは小さい径を有していてもよい。

ウェハ保持部１０には、例えばモータなどを備えた駆動機構１１が設けられ、その駆動機構１１により所定の速度に回転できる。また、駆動機構１１には、シリンダなどの昇降駆動部（図示せず）が設けられており、ウェハ保持部１０は鉛直方向に移動可能である。なお、本実施の形態においては駆動機構１１が、本発明における回転機構と移動機構を構成している。

ウェハ保持部１０の上方には、当該ウェハ保持部１０に対向して、電解処理部２０が設けられている。電解処理部２０は、絶縁体からなる基体２１を有している。基体２１は、平板状の本体部２２と、本体部２２から突出して設けられた突起部２３とを有している。本体部２２は、平面視においてウェハＷより大きい径を有している。

図２に示すように突起部２３は、本体部２２において複数設けられている。突起部２３の平面視形状は、図示の例のように円形状であってもよいし、矩形状であってもよい。そして、これら複数の突起部２３が設けられていない部分には、空間２４が形成されている。空間２４の高さ（突起部２３の高さ）は、例えば２ｍｍ以下である。また、このような空間２４が形成されていることにより、基体２１の外側面は開口している。なお、図１に示すように、本実施の形態において基体２１の表面２１ａは、突起部２３の表面をいう。また、基体２１の裏面２１ｂは、表面２１ａの反対側の面をいう。

基体２１には、端子２５、直接電極２６及び間接電極２７が設けられている。

端子２５は、基体２１に保持され、当該基体２１の表面２１ａから突出して設けられている。図２に示すように端子２５は、基体２１の外周部において複数設けられている。また、図１に示すように端子２５は屈曲し、弾性を有している。そして、めっき処理を行う際、端子２５は、後述するようにウェハＷ（シード層）の外周部に接触し、当該ウェハＷに電圧を印加する。なお、端子２５の形状は本実施の形態に限定されず、端子２５が弾性を有していればよい。また、端子２５は必ずしも基体２１に設けられている必要はなく、電解処理部２０とは別に設けられていてもよい。

直接電極２６は、基体２１の表面２１ａに設けられている。図３に示すように直接電極２６は平板状のメッシュ構造を有し、複数の貫通孔２８が形成されている。図１に示すように上述した基体２１の空間２４は、この複数の貫通孔２８に連通している。そして、後述するようにめっき処理を行う際、直接電極２６はウェハＷ上のめっき液に接触する。なお、直接電極２６の構造は、本実施の形態に限定されず、貫通孔が形成されていればよく、例えば網目構造であってもよい。

直接電極２６において、後述するように電解処理部２０とウェハＷとの間の空気を空間２４に逃がすという観点からは、貫通孔２８の径は大きい方が良い。一方、めっき処理を効率よくするためには、直接電極２６の表面積が大きい方が良いため、貫通孔２８の径は小さい方が良い。したがって、貫通孔２８の径は、これらを最適化するように決定される。

間接電極２７は、基体２１の内部に設けられている。すなわち、間接電極２７は外部に露出されていない。

端子２５、直接電極２６及び間接電極２７には、直流電源３０が接続されている。端子２５は、直流電源３０の負極側に接続されている。直接電極２６と間接電極２７は、それぞれ直流電源３０の正極側に接続されている。

基体２１には、ウェハＷ上に処理液としてのめっき液を供給する、処理液供給部としてのめっき液ノズル４０がさらに設けられている。めっき液ノズル４０は、例えば基体２１の中央部において本体部２２を貫通して設けられ、空間２４において開口している。また、めっき液ノズル４０は、供給管４１を介して、めっき液を貯留するめっき液供給源４２に連通している。そして、めっき液供給源４２からめっき液ノズル４０にめっき液が供給され、さらにめっき液ノズル４０から吐出されためっき液は、基体２１の空間２４、直接電極２６の貫通孔２８を順次通って、ウェハＷに供給される。

なお、めっき液としては、例えば硫酸銅と硫酸を溶解した混合液が用いられ、めっき液中には、銅イオンが含まれている。また、本実施の形態では処理液供給部としてめっき液ノズル４０を用いているが、めっき液を供給する機構としては他の種々の手段を用いることができる。さらに、めっき液ノズル４０の数や配置は、本実施の形態に限定されず、複数のめっき液ノズル４０が設けられていてもよい。但し、ウェハＷに対してめっき液を均一に供給するという観点から、めっき液ノズル４０は、少なくとも基体２１の中央部に設けられるのが好ましい。

基体２１の裏面２１ｂ側には、当該基体２１を鉛直方向に移動させる移動機構５０が設けられている。移動機構５０には、シリンダなどの昇降駆動部（図示せず）が設けられている。なお、移動機構５０の構成は、基体２１を昇降させるものであれば種々の構成を取り得る。

ウェハ保持部１０と電解処理部２０の間には、ウェハＷ上に前処理液又は後処理液としての洗浄液を供給する、他の処理液供給部としての洗浄液ノズル６０が設けられている。洗浄液ノズル６０は、移動機構６１によって、水平方向及び鉛直方向に移動自在であり、ウェハ保持部１０に対して進退自在に構成されている。また、洗浄液ノズル６０は、洗浄液を貯留する洗浄液供給源（図示せず）に連通し、当該洗浄液供給源から洗浄液ノズル６０に洗浄液が供給されるようになっている。

なお、洗浄液としては、例えばＩＰＡや純水（ＤＩＷ）が用いられる。本実施の形態では、例えばＩＰＡである洗浄液でウェハＷの表面を洗浄した後、洗浄液がＤＩＷに置換される。また、本実施の形態では他の処理液供給部として洗浄液ノズル６０を用いているが、洗浄液を供給する機構としては他の種々の手段を用いることができる。

なお、ウェハ保持部１０の周囲には、ウェハＷから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ（図示せず）が設けられていてもよい。

以上の製造装置１には、制御部（図示せず）が設けられている。制御部は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、製造装置１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御部にインストールされたものであってもよい。

次に、以上のように構成された製造装置１を用いた製造方法におけるめっき処理について説明する。図４は、かかるめっき処理の主な工程の例を示すフローチャートである。

先ず、ウェハ保持部１０と電解処理部２０を対向配置し、ウェハ保持部１０でウェハＷを吸着保持する。ウェハ保持部１０の表面１０ａと電解処理部２０の基体２１の表面２１ａの間の距離は約１００ｍｍである。

次に、めっき処理の前処理、本実施の形態では洗浄処理を行う。図５に示すように移動機構６１によって洗浄液ノズル６０をウェハ保持部１０に保持されたウェハＷの中心部の上方まで移動させる。その後、駆動機構１１によってウェハＷを回転させながら、洗浄液ノズル６０からウェハＷの中心部に、ＩＰＡである洗浄液Ｐ１を供給する。供給された洗浄液Ｐ１は遠心力によりウェハＷ全面に拡散され、ウェハＷの表面が洗浄される（図４のステップＳ１）。

その後、洗浄液ノズル６０から供給される液を洗浄液Ｐ１から純水Ｄ１に切り替え、ウェハＷの中心部に純水Ｄ１を供給して、ウェハＷ上の洗浄液Ｐ１を純水Ｄ１に置換する。その後、図６に示すように洗浄液ノズル６０からの純水Ｄ１の供給を停止し、さらにウェハＷを回転させて、純水Ｄ１を振り切り除去する（図４のステップＳ２）。但し、純水Ｄ１は完全に除去されるわけではなく、薄膜の状態でウェハＷ上に残っている。

その後、図７に示すように移動機構５０によって電解処理部２０を下降させる。そして、端子２５をウェハＷに接触させ、当該端子２５を介してウェハＷに電圧を印加して通電する（図４のステップＳ３）。このとき、ウェハ保持部１０の表面１０ａと電解処理部２０の基体２１の表面２１ａの間の距離は約１ｍｍ〜数十ｍｍである。端子２５は弾性を有しているので、当該端子２５の高さを調整して、表面１０ａ、２１ａ間の距離を調整することができる。

なお、ステップＳ３において、ウェハＷ上には純水Ｄ１の薄膜が形成されている。ここで、ステップＳ２において純水Ｄ１が完全に除去され、ウェハＷの表面が大気に晒されると、当該ウェハＷのシード層に酸化膜が形成される場合がある。この点、本実施の形態では、ウェハＷ上に純水Ｄ１の薄膜が残存しているので、シード層に酸化膜が形成されるのを抑制することができる。

その後、図８に示すようにめっき液ノズル４０からめっき液Ｍを供給する。めっき液Ｍは、基体２１の空間２４、直接電極２６の貫通孔２８を順次通って、ウェハＷに供給される（図４のステップＳ４）。そして、図９に示すように、電解処理部２０とウェハＷとの間にめっき液Ｍが充填され、直接電極２６をめっき液Ｍに接触させる（図４のステップＳ５）。

このステップＳ４〜Ｓ５は端子２５を介してウェハＷに通電した状態で行われ、すなわちウェハＷをめっき液Ｍに接触させる瞬間からウェハＷに通電する。そうすると、従来（特許文献１）のようにめっき液を供給した後、ウェハに端子を接触させる場合に比べて、本実施の形態では、ウェハＷがめっき液Ｍに接触する時間を短縮することができる。そうすると、ウェハＷのシード層がめっき液に溶けるのを抑制することができる。

なお、端子２５を介してウェハＷに通電する電流量は、ステップＳ４〜Ｓ５で銅めっきが析出しない程度に小さく抑えられている。

また、ステップＳ４においてウェハＷ上にめっき液Ｍを供給する際、電解処理部２０とウェハＷとの間に空気が残存する場合がある。かかる場合であっても、直接電極２６の貫通孔２８を介して、基体２１の空間２４に空気を逃がすことができる。

さらに、めっき液ノズル４０から供給されるめっき液Ｍには、めっき液供給源４２から送液される途中で様々な要因により気泡が混入する場合がある。このめっき液Ｍ中の気泡は、めっき液Ｍが直接電極２６を通過する際に、貫通孔２８に捕集されて空間２４に収集される。また、めっき液Ｍ中の気泡が電解処理部２０とウェハＷとの間に流れたとしても、貫通孔２８を介して空間２４に気泡を逃がすことができる。

このように電解処理部２０とウェハＷとの間に充填されためっき液Ｍにおいて、気泡を抑制することができる。そして、偶発的な気泡が直接電極２６の表面やウェハＷの表面に付着することを防止できるので、安定しためっきを行うことが可能となる。

また、空間２４に空気を逃がしたとしても、基体２１の外側面が開口しているので、空間２４の空気は基体２１の外側面の開口部から外部に排出される。さらに、基体２１の本体部２２はウェハＷより大きい径を有しているので、空間２４の空気を確実に外部に排出することができる。そうすると、空間２４の内部圧力を一定に維持することができ、ウェハＷに対して不要に圧力がかかるのを抑制することができる。こうしてめっき処理を適切に行うことができる。

その後、間接電極２７を陽極とし、ウェハＷを陰極として直流電圧を印加して、電界（静電場）を形成する。そうすると、図１０に示すように電解処理部２０の表面（間接電極２７及び直接電極２６）側に負の荷電粒子である硫酸イオンＳが集まり、ウェハＷの表面側に正の荷電粒子である銅イオンＣが移動する（図４のステップＳ６）。

このステップＳ６では、直接電極２６が陰極になるのを回避するため、直接電極２６をグランドに接続せず、電気的にフローティング状態にしている。かかる場合、電解処理部２０とウェハＷのいずれの表面においても電荷交換が抑制されるので、静電場により引きつけられた荷電粒子が直接電極２６表面に配列されることになる。そして、ウェハＷの表面においても銅イオンＣが均一に配列される。また、ウェハＷの表面で銅イオンＣの電荷交換が行われないので、間接電極２７とウェハＷの間に電圧を印可する際の電界を高くすることができる。そして、この高電界によって銅イオンＣの移動を速くでき、めっき処理のめっきレートを向上させることができる。さらに、この電界を任意に制御することで、ウェハＷの表面に配列される銅イオンＣも任意に制御される。上述のように、ウェハＷの表面において気泡の発生が防止されているので、ウェハＷの表面に配列される銅イオンＣは安定している。

その後、十分な銅イオンＣがウェハＷ側に移動して集積すると、直接電極２６を陽極とし、ウェハＷを陰極として電圧を印加して、直接電極２６とウェハＷの間に電流を流す。このとき、間接電極２７による電圧印加を継続してもよいし、停止してもよい。そして、直接電極２６とウェハＷの間に電流が流れると、図１１に示すようにウェハＷの表面に均一に配列されている銅イオンＣの電荷交換が行われ、銅イオンＣが還元されて、ウェハＷの表面に銅めっき７０が析出する（図４のステップＳ７）。このとき、めっき液Ｍ中に水素イオンがあったとしても、銅イオンＣは水素イオンよりイオン化傾向が低い。このため、銅イオンＣのみが還元され、水素は発生しない。なお、銅イオンＣの還元に伴い、硫酸イオンＳは直接電極２６によって酸化されている。

このステップＳ７では、ウェハＷの表面に十分な銅イオンＣが集積し、均一に配列された状態で還元されるので、ウェハＷの表面に銅めっき７０を均一に析出させることができる。結果的に、銅めっき７０における結晶の密度が高くなり、品質の良い銅めっき７０を形成することができる。また、ウェハＷの表面に銅イオンＣが均一に配列された状態で還元を行っているので、銅めっき７０を均一かつ高品質に生成することができるのである。

その後、図１２に示すように移動機構５０によって電解処理部２０を上昇させる。このとき、空間２４に存在する空気も抜ける。そして、駆動機構１１によってウェハＷを回転させて、めっき液Ｍを振り切り除去する（図４のステップＳ８）。

このステップＳ８では、電解処理部２０を上昇させる際、基体２１の外側面の開口部から空気が流入し、電解処理部２０とめっき液Ｍとの界面に流入する。この空気によって、電解処理部２０に作用するめっき液Ｍの表面張力を小さくすることができる。したがって、電解処理部２０をめっき液Ｍから引き離す際に必要な力を小さくすることができ、引き離しを容易に行うことができる。

次に、めっき処理の後処理、本実施の形態では洗浄処理を行う。図１３に示すように移動機構６１によって洗浄液ノズル６０をウェハ保持部１０に保持されたウェハＷの中心部の上方まで移動させる。その後、駆動機構１１によってウェハＷを回転させながら、洗浄液ノズル６０からウェハＷの中心部に、ＩＰＡである洗浄液Ｐ２を供給する。供給された洗浄液Ｐ２は遠心力によりウェハＷ全面に拡散され、ウェハＷの表面が洗浄される（図４のステップＳ９）。

その後、洗浄液ノズル６０から供給される液を洗浄液Ｐ２から純水Ｄ２に切り替え、ウェハＷの中心部に純水Ｄ２を供給して、ウェハＷ上の洗浄液Ｐ２を純水Ｄ２に置換する。その後、図１４に示すように洗浄液ノズル６０からの純水Ｄ２の供給を停止し、さらにウェハＷを回転させて、純水Ｄ２を振り切り除去する（図４のステップＳ１０）。

こうして、製造装置１における一連のめっき処理が終了する。なお、銅めっき７０の目標膜厚によっては、ステップＳ４〜Ｓ５のめっき液Ｍの供給及び充填、ステップＳ６の間接電極２７による銅イオンＣの移動、ステップＳ７の直接電極２６及びウェハＷによる銅イオンＣの還元が繰り返し行われる。この際、ステップＳ４〜Ｓ８を繰り返し行ってもよいし、あるいはステップＳ４〜Ｓ９を繰り返し行ってもよい。

以上の実施の形態によれば、ステップＳ３においてウェハＷに端子２５を接触させ、当該端子２５を介して基板に電圧を印加して通電した後、ステップＳ４においてめっき液ノズル４０からウェハＷにめっき液Ｍが供給される。このため、上述したようにウェハＷがめっき液Ｍに接触する時間を短縮することができ、ウェハＷのシード層がめっき液に溶けるのを抑制することができる。

また、基体２１の表面２１ａに空間２４が形成され、直接電極２６は複数の貫通孔２８が形成されたメッシュ構造を有するので、ステップＳ４においてウェハＷ上にめっき液Ｍを供給する際に、電解処理部２０とウェハＷとの間に空気が残る場合でも、空間２４に空気を逃がすことができる。また、めっき液ノズル４０から供給されるめっき液Ｍ自体に気泡が存在している場合でも、空間２４に気泡を逃がすことができる。このため、めっき液Ｍ中の気泡を抑制することができる。

さらに、ステップＳ６における間接電極２７による銅イオンＣの移動と、ステップＳ７における直接電極２６及びウェハＷによる銅イオンＣの還元が個別に行われるので、ウェハＷの表面に十分な銅イオンＣが均一に集積した状態で銅イオンＣの還元を行うことができる。

以上のように、ウェハＷのシード層がめっき液Ｍに溶けるのを抑制し、さらにめっき液Ｍ中の気泡を抑制し、しかもウェハＷの表面に十分な銅イオンＣが均一に集積した状態で銅イオンＣの還元を行うことができるので、めっき処理を均一に行うことができる。

次に、製造装置１の他の実施の形態について説明する。図１５は、他の実施の形態にかかる製造装置１の構成の概略を示す説明図である。図１５に示す製造装置１は、図１に示す製造装置１の直接電極２６に代えて、直接電極１００を有している。なお、図１５に示す製造装置１の他の構成は、図１に示した製造装置１の他の構成と同じである。

図１５及び図１６に示すように、直接電極１００は複数、例えば７つに分割されている。以下、分割された７つの直接電極１００を分割電極１０１〜１０７と称する。各分割電極１０１〜１０７には、複数の貫通孔１１０が形成されている。なお、直接電極１００を分割する数や分割の仕方は、本実施の形態に限定されず、任意に設定することができる。

分割電極１０１〜１０７は共通の直流電源３０に接続され、それぞれの分割電極１０１〜１０７には個別に、直流電源３０との接続のオンオフを切り替えるスイッチ（図示せず）が設けられている。このようにスイッチでオンオフを切り替えることで、分割電極１０１〜１０７は、個別に電圧の印加を制御することができる。なお、電圧の制御方法は本実施の形態に限定されない。例えば分割電極１０１〜１０７は個別の直流電源（図示せず）に接続されていてもよい。あるいは、分割電極１０１〜１０７に対して直流電圧をパルス状に印加し、当該パルスの印加時間とパルスの幅で制御してもよい。

本実施の形態によれば、分割電極１０１〜１０７による電圧の印加を個別に制御することで、当該分割電極１０１〜１０７に対向する部分のウェハＷのめっき処理を個別に制御することができる。すなわち、例えば分割電極１０１による電圧の印加を停止すると、ウェハＷにおいて分割電極１０１に対向する部分で銅めっき７０の析出を抑えることができる。一方、分割電極１０１による電圧の印加を行うと、ウェハＷにおいて分割電極１０１に対向する部分で銅めっき７０を積極的に析出させることができる。

ここで、例えばウェハＷにおいて端子２５が接触するところに近い部分では銅めっき７０が厚く成長しやすく、一方、遠い部分では銅めっき７０が薄くなる。特に近年の半導体装置の微細化に伴い、ウェハＷ上のシード層が薄膜化すると、このような銅めっき７０の析出傾向は顕著に現れる。したがって、銅めっき７０の成長しやすさに応じて、分割電極１０１〜１０７による電圧の印加を個別に制御することで、銅めっき７０の膜厚を均一にすることが可能となる。

なお、以上の実施の形態では、ステップＳ３においてウェハＷに端子２５を接触させ通電した後、ステップＳ４においてめっき液ノズル４０からめっき液Ｍを供給していたが、これらステップＳ３とステップＳ４の順序が逆であっても、本発明を適用することができる。すなわち、めっき液ノズル４０からウェハＷにめっき液Ｍを供給し、ウェハＷ上にめっき液Ｍの液パドルを形成した後、電解処理部２０を下降させ、端子２５をウェハＷに接触させると共に、直接電極２６をウェハＷ上のめっき液Ｍに接触させてもよい。その他のステップＳ１〜Ｓ２、Ｓ５〜Ｓ１０は上記実施の形態と同様である。

なお、本実施の形態において、ウェハＷにめっき液Ｍを供給するめっき液供給部（処理液供給部）は、めっき液ノズル４０に限定されない。例えば電解処理部２０（基体２１）とは別に設けられたノズル（図示せず）を用いて、ウェハＷにめっき液Ｍを供給してもよい。

かかる場合、ウェハＷがめっき液Ｍに接触する時間を短縮することができ、ウェハＷのシード層がめっき液に溶けるのを抑制できるという効果は小さくなるものの、本発明によれば、上述したようにめっき液Ｍ中の気泡を抑制することができる。したがって、めっき処理を均一に行うことができる。

また、以上の実施の形態の製造装置１では、めっき液ノズル４０とは別に洗浄液ノズル６０を設けていたが、前処理液又は後処理液である、洗浄液Ｐと純水Ｄの供給は、めっき液ノズル４０を用いて行ってもよい。但し、例えばステップＳ２〜Ｓ３においてウェハＷの洗浄処理（前処理）を行う場合、めっき液ノズル４０から洗浄液Ｐ１と純水Ｄ１を供給すると、洗浄処理が完了して洗浄液Ｐ１と純水Ｄ１の供給を停止した場合でもウェハＷ上に液垂れするおそれがある。また、ステップＳ９〜Ｓ１０においてウェハＷの洗浄処理（後処理）を行う場合も同様に、液垂れのおそれがある。このため、洗浄液Ｐと純水Ｄの供給は、洗浄液ノズル６０を用いて行うのが好ましい。

また、以上の実施の形態では、移動機構５０によって電解処理部２０を下降させて、端子２５をウェハＷに接触させていたが、製造装置１において、駆動機構１１によってウェハ保持部１０を上昇させてもよい。あるいは、電解処理部２０とウェハ保持部１０の両方を移動させてもよい。また、電解処理部２０とウェハ保持部１０の配置を逆にし、電解処理部２０をウェハ保持部１０の下方に配置してもよい。

また、以上の実施の形態では、めっき処理として銅めっきを形成する場合について説明したが、本発明は他の金属のめっきを行う場合にも適用することができる。例えばめっき対象の金属イオンのイオン化傾向が、水素イオンのイオン化傾向より低い場合、ステップＳ７において、当該金属イオンのみを還元することができ、水素は発生しない。一方、例えばめっき対象の金属イオンのイオン化傾向が、水素イオンのイオン化傾向より高い場合であっても、ステップＳ７における直接電極２６、１００の電位と、めっき液ＭのＰＨとを調節することで、当該金属イオンのみを還元することが可能となる。例えばめっき液Ｍをアルカリ性にすると、金属イオンのイオン化傾向が高くても、水素は発生しない。いずれにしても、水素の発生を抑制し、めっき処理を行うことができる。

また、以上の実施の形態では、電解処理としてめっき処理を行う場合について説明したが、本発明は例えばエッチング処理等の種々の電解処理に適用することができる。

また、以上の実施の形態ではウェハＷの表面側において銅イオンＣを還元する場合について説明したが、本発明はウェハＷの表面側において被処理イオンを酸化する場合にも適用できる。かかる場合、被処理イオンは陰イオンであり、上記実施の形態において陽極と陰極を反対にして同様の電解処理を行えばよい。本実施の形態においても、被処理イオンの酸化と還元の違いはあれ、上記実施の形態と同様の効果を享受することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ 製造装置
１０ ウェハ保持部
１１ 駆動機構
２０ 電解処理部
２１ 基体
２２ 本体部
２３ 突起部
２４ 空間
２５ 端子
２６ 直接電極
２７ 間接電極
２８ 貫通孔
４０ めっき液ノズル
５０ 移動機構
６０ 洗浄液ノズル
７０ 銅めっき
１００ 直接電極
１０１〜１０７ 分割電極
１１０ 貫通孔
Ｃ 銅イオン
Ｄ（Ｄ１、Ｄ２） 純水
Ｍ めっき液
Ｐ（Ｐ１、Ｐ２） 洗浄液
Ｓ 硫酸イオン
Ｗ ウェハ（半導体ウェハ）

Claims (7)

1. 半導体装置の製造装置であって、
   基板を保持する基板保持部と、
   前記基板保持部に保持された基板に処理液を供給する処理液供給部と、
   前記基板保持部に保持された基板に電解処理を行う電解処理部と、
   前記基板保持部に保持された基板に電圧を印加するための端子と、を有し、
   前記電解処理部は、
   前記基板保持部に対向して配置される基体と、
   前記基体の表面に設けられ、基板に供給された前記処理液に接触し、基板との間で電圧を印加する直接電極と、
   前記基体の内部に設けられ、基板に供給された前記処理液に電界を形成する間接電極と、を有し、
   前記直接電極には複数の貫通孔が形成され、
   前記基体の表面には、前記貫通孔に連通する空間が形成されていることを特徴とする、半導体装置の製造装置。
2. 前記直接電極は複数に分割され、分割された直接電極毎に電圧の印加が制御されることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
3. 前記基体の外側面は開口していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体装置の製造装置。
4. 半導体装置の製造方法であって、
   基板を保持した基板保持部と、当該基板保持部に保持された基板に電解処理を行う電解処理部と、を対向配置する第１の工程と、
   基板に電圧を印加するための端子を基板に接触させ、当該端子を介して基板に電圧を印加して通電する第２の工程と、
   処理液供給部によって前記電解処理部の基体の表面から基板に処理液を供給し、当該処理液を前記基体の表面に設けられた直接電極に接触させる第３の工程と、
   前記基体の内部に設けられた間接電極に電圧を印加することで、前記処理液に電界を形成し、当該処理液中の被処理イオンを基板側に移動させる第４の工程と、
   前記直接電極と基板との間に電圧を印加することで、基板側に移動した前記被処理イオンを酸化又は還元する第５の工程と、を有し、
   前記直接電極には複数の貫通孔が形成され、
   前記基体と前記直接電極の間には、前記貫通孔に連通する空間が形成されており、
   前記第３の工程から第５の工程において、前記電解処理部と基板との間に残る気体が前記空間に収集されることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
5. 半導体装置の製造方法であって、
   基板を保持した基板保持部と、当該基板保持部に保持された基板に電解処理を行う電解処理部と、を対向配置する第１の工程と、
   処理液供給部によって基板に処理液を供給する第２の工程と、
   基板に電圧を印加するための端子を基板に接触させると共に、前記電解処理部の基体の表面に設けられた直接電極を前記処理液に接触させる第３の工程と、
   前記基体の内部に設けられた間接電極に電圧を印加することで、前記処理液に電界を形成し、当該処理液中の被処理イオンを基板側に移動させる第４の工程と、
   前記直接電極と基板との間に電圧を印加することで、基板側に移動した前記被処理イオンを酸化又は還元する第５の工程と、を有し、
   前記直接電極には複数の貫通孔が形成され、
   前記基体と前記直接電極の間には、前記貫通孔に連通する空間が形成されており、
   前記第３の工程から第５の工程において、前記電解処理部と基板との間に残る気体が前記空間に収集されることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
6. 請求項４又は５に記載の半導体装置の製造方法を製造装置によって実行させるように、当該製造装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラム。
7. 請求項６に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。