JP3667224B2 - めっき装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき装置に係り、特に半導体基板の表面に形成した配線用の微細窪みにめっきにより銅を埋込んで銅配線を形成するのに使用されるめっき装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体基板上に配線回路を形成するための金属材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜し、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図１５は、この種の銅配線基板Ｗの製造例を工程順に示すもので、図１５（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる酸化膜２を堆積し、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４を形成し、その上にＴａＮやＴｉＮ等からなるバリア層５、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７を形成する。
【０００４】
そして、図１５（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基材１のコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填するとともに、酸化膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、酸化膜２上の銅膜６を除去して、コンタクトホール３および配線用の溝４に充填させた銅膜６の表面と酸化膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１５（ｃ）に示すように銅膜６からなる配線が形成される。
【０００５】
ここに、シード層７は、一般にスパッタリングやＣＶＤによって形成され、また、銅膜６を形成する電解銅めっきにあっては、めっき液として、その組成に硫酸銅と硫酸を含む硫酸銅めっき液が一般に使用されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体デバイスの銅配線形成プロセスでは、微細配線化が進み、そのデザインルールも０．１８μｍ世代から０.１３μｍ世代、更には０.１０μｍ世代に移行すると考えられ、場合によっては、シード層レスの世代の到来もないとはいえない。このように、微細配線化が進むと、シード層の厚さをより薄くしないと、穴の入口がオーバーハングした膜となり、めっき時にボイドができやすくなる。このため、デザインルールが０.１８μｍ世代のシード膜厚は、一般的には基板平面上で１５０〜２００ｎｍ程度であるが、０.１３μｍ世代では、めっき時のボイドの発生を防止するため、これらが５０ｎｍ程度となり、さらに０.１０μｍ世代では、５〜２５ｎｍ程度まで薄膜化する可能性がある。
【０００７】
ここで、基板の表面に電解銅めっきをする場合、基板の外周部をコンタクトして電気を流している。このため、シード層が薄ければ薄いほど、めっき開始直後におけるシート抵抗が高くなり、めっき電流が基板の外周部に集中して、単一な電場補正の遮蔽板だけでは面内膜厚均一性をコントールできないと考えられる。
【０００８】
本発明は上記に鑑みて為されたもので、初期めっき膜形成時におけるシート抵抗が高い場合であっても、基板の表面全域に確実にめっきを施してボイドのない健全な銅配線を形成できるようにしためっき装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、めっき液を保有するめっき槽内に位置して基板に対峙した位置に配置される平板状アノードと、この平板状アノードの中心部を貫通して軸方向に上下動自在な棒状アノードとを備え、前記平板状アノードと棒状アノードを個別にめっき電源に接続できるようにしたことを特徴とするめっき装置である。
【００１３】
これにより、初期めっき膜形成時に、先ず棒状アノードの先端を基板に近接させた状態で、棒状アノードと基板との間にめっき電流を流して基板の中央部から放電させることで、基板の中央部に局部的にめっき膜を作り、その後、棒状アノードを基板から離れる方向に徐々に移動させ、中央部のみで放電されていた現象を周囲に拡げてめっき膜を徐々に外方に拡げることで、基板の全域に行き渡るめっき膜を作り、しかる後、平板状アノードと基板との間にめっき電流を流すことで、シート抵抗が極端に高い場合であっても、基板表面にボイドのない健全なめっき膜を形成することができる。例えば、ＴｉＮの比抵抗は８０〜１５０μΩ・ｃｍ、ＴａＮの比抵抗は２００〜５０００μΩ・ｃｍにも達し、基板上での基板半径当たりの抵抗値も数百Ωにもなるが、このようなシート抵抗が極端に高い下地であっても、この下地の表面にめっきを成長させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記棒状アノードが不溶解アノードであることを特徴とする請求項１記載のめっき装置である。これにより、棒状アノード先端の溶解による形状変化を防止して、放電状態が変化するのを防止することができる。なお、棒状アノードは、その表面積が小さいため、アノード表面の酸素ガスによる添加剤の酸化分解もごく少なくて済むため、全体系の中では何ら支障を来すことはない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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の実施の形態のめっき装置の平面配置図を示す。このめっき装置は、ロード・アンロード部１０、各一対の洗浄・乾燥処理部１２、第１基板ステージ１４、ベベルエッチ・薬液洗浄部１６及び第２基板ステージ１８、基板を１８０゜反転させる機能を有する水洗部２０及び４基のめっき処理部２２を有し、更に、ロード・アンロード部１０、洗浄・乾燥処理部１２及び第１基板ステージ１４との間で基板の受渡しを行う第１搬送装置２４と、第１基板ステージ１４、ベベルエッチ・薬液洗浄部１６及び第２基板ステージ１８との間で基板の受渡しを行う第２搬送装置２６と、第２基板ステージ１８、水洗部２０及びめっき処理部２２との間で基板の受渡しを行う第３搬送装置２８が備えられている。
【００１７】
めっき処理部２２は、図２に示すように、略円筒状で内部にめっき液４５を収容するめっき処理槽４６と、このめっき処理槽４６の上方に配置されて基板Ｗを保持するヘッド部４７とから主に構成されている。なお、図２は、ヘッド部４７で基板Ｗを保持してめっき液４５の液面を上昇させためっき位置にある時の状態を示している。
【００１８】
前記めっき処理槽４６には、上方に開放し、アノード４８を底部に配置しためっき室４９を有し、このめっき室４９内にめっき液４５を保有するめっき槽５０が備えられている。前記めっき槽５０の内周壁には、めっき室４９の中心に向かって水平に突出するめっき液噴出ノズル５３が円周方向に沿って等間隔で配置され、このめっき液噴出ノズル５３は、めっき槽５０の内部を上下に延びるめっき液供給路に連通している。
【００１９】
アノード４８は、同心状に３つに分割した３つの分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃから構成されている。つまり、図３に示すように、中央に位置する中実円板状の第１の分割アノード４８ａと、この第１の分割アノード４８ａの周囲を囲繞する中空円板状の第２の分割アノード４８ｂと、この第２の分割アノード４８ｂの周囲を囲繞する中空円板状の第３の分割アノード４８ｃとからなり、これらの分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃを平面状に配置して平板状のアノード４８が構成されている。
【００２０】
そして、各分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃは、個別にめっき電源５１ａ，５１ｂ，５１ｃに接続できるようになっている。これによって、初期めっき膜形成時のシート抵抗が高い時に、例えば中央に位置する第１の分割アノード４８ａのみに電源５１ａを投入するか、または３つの分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃの全てにめっき電源５１ａ，５１ｂ，５１ｃを投入しても、アノードの中央部側の電流密度の方が、その周囲よりも高くすることで、即ち第３の分割アノード４８ｃ＜第２の分割アノード４８ｂ＜第１の分割アノード４８ａの順に電流密度を高くすることで、基板Ｗの中央部にもめっき電流を流して均一なめっき膜を形成することができ、めっき膜厚が厚くなり、シート抵抗が低くなった時点で、３つの分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃの電流密度を同一にすることで、めっき膜形成終了時の面内均一性を向上させることができるようになっている。
【００２１】
更に、この例では、めっき室４９内のアノード４８の上方位置に、例えば３ｍｍ程度の多数の穴を設けたパンチプレート２２０が配置され、これによって、アノード４８の表面に形成されたブラックフィルムがめっき液４５によって巻き上げられ、流れ出すことを防止するようになっている。
【００２２】
また、めっき槽５０には、めっき室４９内のめっき液４５を該めっき室４９の底部周縁から引抜く第１めっき液排出口５７と、めっき槽５０の上端部に設けた堰部材５８をオーバーフローしためっき液４５を排出する第２めっき液排出口５９と、この堰部材５８をオーバーフローする前のめっき液４５を排出する第３めっき液排出口１２０が設けられ、更に、堰部材５８の下部には、図９に示すように、所定間隔毎に所定幅の開口２２２が設けられている。
【００２３】
これによって、めっき処理時にあって、供給めっき量が大きい時には、めっき液を第３めっき液排出口１２０から外部に排出する共に、図９（ａ）に示すように、堰部材５８をオーバーフローさせ、更に開口２２２を通過させて第２めっき液排出口５９からも外部に排出する。また、めっき処理時にあって、供給めっき量が小さい時には、めっき液を第３めっき液排出口１２０から外部に排出すると共に、図９（ｂ）に示すように、開口２２２を通過させて第２めっき液排出口５９からも外部に排出し、これによって、めっき量の大小に容易に対処できるようになっている。
【００２４】
更に、図９（ｄ）に示すように、めっき液噴出ノズル５３の上方に位置して、めっき室４９と第２めっき液排出口５９とを連通する液面制御用の貫通孔２２４が円周方向に沿った所定のピッチで設けられ、これによって、非めっき時にめっき液を貫通孔２２４を通過させ第２めっき液排出口５９から外部に排出することで、めっき液の液面を制御するようになっている。なお、この貫通孔２２４は、めっき処理時にオリフィスの如き役割を果たして、ここから流れ出すめっき液の量が制限される。
【００２５】
図４に示すように、第１めっき液排出口５７は、めっき液排出管６０ａを介してリザーバ２２６に接続され、このめっき液排出管６０ａの途中に流量調整器６１ａが介装されている。第２めっき液排出口５９と第３めっき液排出口１２０は、めっき槽５０の内部で合流した後、めっき液排出管６０ｂを介して直接リザーバ２２６に接続されている。
【００２６】
このリザーバ２２６に入っためっき液４５は、リザーバ２２６からポンプ２２８によりめっき液調整タンク４０に入る。このめっき液調整タンク４０には、温度コントローラ２３０や、サンプル液を取り出して分析するめっき液分析ユニット２３２が付設されており、単一のポンプ２３４の駆動に伴って、めっき液調整タンク４０からフィルタ２３６を通して、めっき液４５がめっき処理部２２のめっき液噴出ノズル５３に供給されるようになっており、このめっき液調整タンク４０からめっき処理部２２に延びるめっき液供給管５５の途中に、二次側の圧力を一定にする制御弁５６が備えられている。
【００２７】
図２に戻って、めっき室４９の内部の周辺近傍に位置して、該めっき室４９内のめっき液４５の上下に分かれた上方の流れでめっき液面の中央部を上方に押上げ、下方の流れをスムーズにするとともに、電流密度の分布をより均一になるようにした鉛直整流リング６２と水平整流リング６３が該水平整流リング６３の外周端をめっき槽５０に固着して配置されている。
【００２８】
一方、ヘッド部４７には、回転自在な下方に開口した有底円筒状で周壁に開口９６を有するハウジング７０と、下端に押圧リング２４０を取付けた上下動自在な押圧ロッド２４２が備えられている。ハウジング７０の下端には、図７及び図８に示すように、内方に突出するリング状の基板保持部７２が設けられ、この基板保持部７２に、内方に突出し、上面の先端が上方に尖塔状に突出するリング状のシール材２４４が取付けられている。更に、このシール材２４４の上方にカソード電極用接点７６が配置されている。また、基板保持部７２には、水平方向に外方に延び、更に外方に向けて上方に傾斜して延びる空気抜き穴７５が円周方向に沿って等間隔に設けられている。
【００２９】
これによって、図５に示すように、めっき液４５の液面を下げた状態で、図７及び図８に示すように、基板Ｗを吸着ハンドＨ等で保持してハウジング７０の内部に入れて基板保持部７２のシール材２４４の上面に載置し、吸着ハンドＨをハウジング７０から引き抜いた後、押圧リング２４０を下降させることで、基板Ｗの周縁部をシール材２４４と押圧リング２４０の下面で挟持して基板Ｗを保持し、しかも基板Ｗを保持した時に基板Ｗの下面とシール材２４４が圧接して、ここを確実にシールし、同時に、基板Ｗとカソード電極用接点７６とが通電するようになっている。
【００３０】
図２に戻って、ハウジング７０は、モータ２４６の出力軸２４８に連結されて、モータ２４６の駆動によって回転するように構成されている。また、押圧ロッド２４２は、モータ２４６を囲繞する支持体２５０に固着したガイド付きシリンダ２５２の作動によって上下動するスライダ２５４の下端にベアリング２５６を介して回転自在に支承したリング状の支持枠２５８の円周方向に沿った所定位置に垂設され、これによって、シリンダ２５２の作動によって上下動し、しかも基板Ｗを保持した時にハウジング７０と一体に回転するようになっている。
【００３１】
支持体２５０は、モータ２６０の駆動に伴って回転するボールねじ２６１と螺合して上下動するスライドベース２６２に取付けられ、更に上部ハウジング２６４で囲繞されて、モータ２６０の駆動に伴って、上部ハウジング２６４と共に上下動するようになっている。また、めっき槽５０の上面には、めっき処理時にハウジング７０の周囲を囲繞する下部ハウジング２６６が取付けられている。
【００３２】
これによって、図６に示すように、支持体２５０と上部ハウジング２６４とを上昇させた状態で、メンテナンスを行うことができるようになっている。また、堰部材５８の内周面にはめっき液の結晶が付着し易いが、このように、支持体２５０と上部ハウジング２６４とを上昇させた状態で多量のめっき液を流して堰部材５８をオーバーフローさせることで、堰部材５８の内周面へのめっき液の結晶の付着を防止することができる。また、めっき槽５０には、めっき処理時にオーバーフローするめっき液の上方を覆うめっき液飛散防止カバー５０ｂが一体に設けられているが、このめっき液飛散防止カバー５０ｂの下面に、例えばＨＩＲＥＣ（ＮＴＴアドバンステクノロジ社製）等の超撥水材をコーティングすることで、ここにめっき液の結晶が付着することを防止することができる。
【００３３】
ハウジング７０の基板保持部７２の上方に位置して、基板Ｗの芯出しを行う基板芯出し機構２７０が、この例では円周方向に沿った４カ所に設けられている。図１０は、この基板芯出し機構２７０の詳細を示すもので、これは、ハウジング７０に固定した門形のブラケット２７２と、このブラケット２７２内に配置した位置決めブロック２７４とを有し、この位置決めブロック２７４は、その上部において、ブラケット２７２に水平方向に固定した枢軸２７６を介して揺動自在に支承され、更にハウジング７０と位置決めブロック２７４との間に圧縮コイルばね２７８が介装されている。これによって、位置決めブロック２７４は、圧縮コイルばね２７８を介して枢軸２７６を中心に下部が内方に突出するように付勢され、その上面２７４ａがストッパとしての役割を果たしブラケット２７２の上部下面２７２ａに当接することで、位置決めブロック２７４の動きが規制されるようになっている。更に、位置決めブロック２７４の内面は、上方に向けて外方に拡がるテーパ面２７４ｂとなっている。
【００３４】
これによって、例えば搬送ロボット等の吸着ハンドで基板を保持しハウジング７０内に搬送して基板保持部７２の上に載置した際、基板の中心が基板保持部７２の中心からずれていると圧縮コイルばね２７８の弾性力に抗して位置決めブロック２７４が外方に回動し、搬送ロボット等の吸着ハンドによる把持を解くと、圧縮コイルばね２７８の弾性力で位置決めブロック２７４が元の位置に復帰することで、基板の芯出しを行うことができるようになっている。
【００３５】
図１１は、カソード電極用接点７６のカソード電極板２０８に給電する給電接点（プローブ）７７を示すもので、この給電接点７７は、プランジャで構成されているとともに、カソード電極板２０８に達する円筒状の保護体２８０で包囲されて、めっき液から保護されている。
【００３６】
次に、このめっき処理部２２によるめっき処理について説明する。
先ず、めっき処理部２２に基板を受渡す時には、図１に示す第３搬送装置２８の吸着ハンドと該ハンドで表面を下に向けて吸着保持した基板Ｗを、ハウジング７０の開口９６からこの内部に挿入し、吸着ハンドを下方に移動させた後、真空吸着を解除して、基板Ｗをハウジング７０の基板保持部７２上に載置し、しかる後、吸着ハンドを上昇させてハウジング７０から引き抜く。次に、押圧リング２４０を下降させて、基板Ｗの周縁部を基板保持部７２と押圧リング２４０の下面で挟持して基板Ｗを保持する。
【００３７】
そして、めっき液噴出ノズル５３からめっき液４５を噴出させ、同時にハウジング７０とそれに保持された基板Ｗを中速で回転させ、めっき液４５が所定の量まで充たされ、更に数秒経過した時に、ハウジング７０の回転速度を低速回転（例えば、１００ｍｉｎ−１）に低下させ、アノード４８を陽極、基板処理面を陰極としてめっき電流を流して電解めっきを行う。
【００３８】
この時、例えば基板Ｗの表面に設けたシード層７（図１５参照）の膜厚が薄く、シート抵抗が高い初期めっき膜形成時に、例えば中央に位置する第１の分割アノード４８ａのみに電源５１ａを投入し、しかる後、この第１の分割アノード４８ａの周囲を囲繞する第２の分割アノード４８ｂにも電源５１ｂを投入し、更には、この第２の分割アノード４８ｂの周囲を囲繞する第３の分割アノード４８ｃにも電源５１ｃを投入する。これにより、シート抵抗が高くても、基板外周部にめっき電流が集中するのを防止して基板Ｗの中央部にもめっき電流が流れるようにすることで、基板Ｗの中央部に優先的にめっきを成長させ、めっき膜が厚くなってシート抵抗が低くなった時点で３つの分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃの電流密度を同一にすることで、めっき膜形成終了時のめっき膜の面内均一性を向上させることができる。
【００３９】
なお、上記の例は、初期めっき膜形成時に３個の分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃの電源投入時をずらした例を示しているが、３個の分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃを同時に使用した場合でも、アノードの中央部側の電流密度の方が、その周囲よりも高くすることで、即ち第３の分割アノード４８ｃ＜第２の分割アノード４８ｂ＜第１の分割アノード４８ａの順に電流密度を高くすることで、基板Ｗの中央部にもめっき電流を流して均一なめっき膜を形成し、めっき膜厚が厚くなり、シート抵抗が低くなった時点で、３つの分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃの電流密度を同一にすることで、めっき膜形成終了時の面内均一性を向上させることができる。
【００４０】
そして、通電を終了した後、図９（ｄ）に示すように、めっき液噴出ノズル５３の上方に位置する液面制御用の貫通孔２２４のみからめっき液が外部に流出するようにめっき液の供給量を減少させ、これにより、ハウジング７０及びそれに保持された基板をめっき液面上に露出させる。このハウジング７０とそれに保持された基板Ｗが液面より上にある位置で、高速（例えば、５００〜８００ｍｉｎ−１）で回転させてめっき液を遠心力により液切りする。液切りが終了した後、ハウジング７０が所定の方向に向くようにしてハウジング７０の回転を停止させる。
【００４１】
ハウジング７０が完全に停止した後、押圧リング２４０を上昇させる。次に、第３搬送装置２８の吸着ハンドを吸着面を下に向けて、ハウジング７０の開口９６からこの内部に挿入し、吸着ハンドが基板を吸着できる位置にまで吸着ハンドを下降させる。そして、基板を吸着ハンドにより真空吸着し、吸着ハンドをハウジング７０の開口９６の上部の位置にまで移動させて、ハウジング７０の開口９６から吸着ハンドとそれに保持した基板を取り出す。
【００４２】
このめっき処理部２２によれば、ヘッド部４７の機構的な簡素化及びコンパクト化を図り、かつめっき処理槽４６内のめっき液の液面がめっき時液面にある時にめっき処置を、基板受渡し時液面にある時に基板の水切りと受渡しを行い、しかもアノード４８の表面に生成されたブラックフィルムの乾燥や酸化を防止することができる。
【００４３】
図１２は、本発明の第２の実施の形態のめっき装置の要部概要図で、これは、中央に位置する第１の分割アノード４８ａを上下方向に延びる上下動機構としての第１のシリンダ５２ａのシリンダロッド５４ａの先端に、この第１の分割アノード４８ａの周囲を囲繞する第２の分割アノード４８ｂを上下方向に延びる上下動機構としての第２のシリンダ５２ｂのシリンダロッド５４ｂの先端に、それぞれ連結し、これによって、分割アノード４８ａ，４８ｂが基板Ｗに接離する方向に移動して、分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃが相対的に移動できるようにしたものである。その他の構成は、第１の実施の形態とほぼ同様である。
【００４４】
この実施の形態によれば、シート抵抗が高い初期めっき膜形成時に、シート抵抗を加味しながら、分割アノード４８ａ，４８ｂを移動させ、分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃの相対的な位置を調整して、すなわち、例えば、図１２に示すように、中央に位置する第１の分割アノード４８ａを最も基板Ｗに接近させ、この第１の分割アノード４８ａの周囲を囲繞する第２の分割アノード４８ｂを次に基板に接近させ、しかもこの距離を調整した状態で電源５１ａ，５１ｂ，５１ｃを投入することで、アノード４８の全面に亘る電流密度分布を調整して基板の中央部に優先的にめっきを成長させることができ、これによって、めっき膜形成終了時のめっき膜の面内均一性を更に向上させることができる。
【００４５】
なお、この時、各分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃに印加する電圧を同一にしても、異なるようにしても良く、更に電源を投入する時期をずらしても良いことは勿論である。また、分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃが一体となって移動するようにして、シート抵抗を加味しながら、分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃと基板Ｗとの距離を調整できるようにしても良い。、
【００４６】
図１３は、本発明の第３の実施の形態のめっき装置の要部概要図で、これは、アノード４８を平板状アノード４８ｄと該平板状アノード４８ｄの中心部を貫通して延びる棒状アノード４８ｅで構成し、しかも棒状アノード４８ｅの基部にラック３００を設け、このラック３００にサーボモータ３０２の駆動に伴って回転するピニオン３０４を噛み合わせることで、サーボモータ３０２の駆動に伴って棒状アノード４８ｅが軸方向に移動できるように構成し、更に平板状アノード４８ｄと棒状アノード４８ｅを個別にめっき電源５１ｄ，５１ｅに接続できるようにしたものである。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００４７】
この実施の形態によれば、初期めっき膜形成時に、棒状アノード４８ｅの上端と基板Ｗとの距離ａをごく短く、すなわち棒状アノード４８ｅを基板Ｗに近接させた状態で、棒状アノード４８ｅにめっき電源５１ｅを投入し、これによって、基板Ｗの中央部から放電させて、ここに局部的にめっき膜を形成し、しかる後、サーボモータ３０２を駆動して棒状アノード４８ｅを徐々に下降させ、基板Ｗの中央部のみで放電されていた現象を周辺に拡げてめっき膜を徐々に外方に拡げる。そして、めっき膜が基板Ｗの全面に行き渡り、シート抵抗が高くなった時点で、平板状アノード４８ｄにめっき電源５１ｄを投入して、基板Ｗの全面のめっきを開始するのであり、これにより、シート抵抗が高くても、導電性さえ有していれば、基板Ｗの全面のめっきが可能となる。
【００４８】
つまり、将来、銅シード層の形成が寸法上難しい世代になった時、ＴａＮ，ＴｉＮ，ＷＮなどのバリアメタル上に直接電解銅めっきを施す必要が出てくると考えられるが、この場合、薄膜化したシード層上にめっきする以上にシート抵抗が高くなり、基板Ｗの全面にめっきをするのは難しい。例えば、ＴｉＮの比抵抗は８０〜１５０μΩ・ｃｍ、ＴａＮの比抵抗は２００〜５０００μΩ・ｃｍにも達し、基板上での基板半径当たりの抵抗値も数百Ωにもなる。このような超高シート抵抗下地では、中央部にめっきを成長させるのは至難の技である。
【００４９】
このような場合であっても、この実施の形態によれば、積極的に基板中央部から放電させることで、ここに局部的にめっき膜を形成し、更に棒状アノード４８ｅを基板Ｗから徐々に遠ざけることで、このめっき膜を外方に徐々に拡げることができる。特に、今後、基板サイズがΦ３００ｎｍとなれば、シート抵抗の影響を更に受けるが、このような場合であっても、基板の全面にめっき膜を形成することが可能となる。
【００５０】
この場合、めっき浴として、均一電着性に優れた高分極錯体浴を使用することが好ましく、また、更に分極を高める目的で、電流密度は、例えば０．５Ａ／ｄｍ２程度のやや低めとすることが好ましい。
【００５１】
ここに、通常の硫酸銅めっき液よりも分極が高い高分極錯体浴としては、例えばピロリン酸銅をベースとして、これにピロリン酸等の錯化剤が添加したものが挙げられる。ここで、分極が高いとは、電流密度の変化に対する電圧の変化の比が大きいこと、つまり電位の振れに対して電流密度の変動が少ないことを意味する。例えば、図１４に示す陰分極曲線を有するＡ浴とＢ浴とを比較したとき、Ｂ浴におけるｂ／（Ｄ２−Ｄ１）の方がＡ浴におけるａ／（Ｄ２−Ｄ１）より大きいため、Ｂ浴の方がＡ浴より分極が高い。これによって、通電時に電位差が生じても、電流密度の変動を少なくして析出電位を上昇させ、これによって、電着性の均一性を向上させることができる。
【００５２】
また、棒状アノード４８ｅとして、含リン銅などの溶解アノードを使用すると、局部的な放電に伴って、棒状アノード４８ｅの先端が溶解して形状が著しく変化し、放電状態が変わり易くなる。このため、棒状アノード４８ｅとして、プラチナ等の不溶解アノードを使用することで、棒状アノード先端の溶解による形状変化を防止して、放電状態が変化するのを防止することが望ましい。このように、棒状アノードとして不溶解アノードを使用しても、棒状アノードは表面積も小さいため、アノード表面の酸素ガスによる添加剤の酸化分解もごく少なくて済むため、全体系の中では何ら支障は起こらない。
【００５３】
なお、前記第１及び第２の実施の形態のめっき装置でバリアメタル上に直接めっきを施すようにしても良く、また第３の実施の形態のめっき装置で銅シード層が存在する基板にめっきを施すようにしても良いことは勿論である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、例え初期めっき膜形成時におけるシート抵抗が高い場合であっても、基板の表面全域にめっき膜を成長させて、ボイドのない全面均一で健全なめっきを施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のめっき装置の平面配置図である。
【図２】図１に使用されているめっき処理部のめっき処理時における全体を示す断面図である。
【図３】同じく、アノードの平面図である。
【図４】同じく、めっき液の流れの状態を示すめっき液フロー図である。
【図５】同じく、非めっき時（基板受渡し時）における全体を示す断面図である。
【図６】同じく、メンテナンス時における全体を示す断面図である。
【図７】同じく、基板の受渡し時におけるハウジング、押圧リング及び基板の関係の説明に付する図である。
【図８】同じく、図７の一部拡大図である。
【図９】同じく、めっき処理時及び非めっき時におけるめっき液の流れの説明に付する図である。
【図１０】同じく、芯出し機構の拡大断面図である。
【図１１】同じく、給電接点（プローブ）を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態のめっき装置の要部概要図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態のめっき装置の要部概要図である。
【図１４】２つの異なる分極のめっき液における電圧と電流密度の関係を示すグラフである。
【図１５】銅めっき処理により銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【符号の説明】
５ バリア層
６ 銅膜
７ シード層
１０ ロード・アンロード部
１２ 洗浄・乾燥処理部
１４ 基板ステージ
１６ ベベルエッチ・薬液洗浄部
１８ 基板ステージ
２０ 水洗部
２２ めっき処理部
２４，２６，２８ 搬送装置
４５ めっき液
４６ めっき処理槽
４７ ヘッド部
４８ アノード
４８ａ，４８ｂ，４８ｃ 分割アノード
４８ｄ 平板状アノード
４８ｅ 棒状アノード
４９ めっき室
５０ めっき槽
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ めっき電源
５３ めっき液噴出ノズル
５５ めっき液供給管
５７，５９，１２０ めっき液排出口
５８ 堰部材
６２ 鉛直整流リング
６３ 水平整流リング
７０ ハウジング
７２ 基板保持部
７５ 空気抜き穴
７６ カソード電極用接点
７７ 給電接点
２４０ 押圧リング
２４２ 押圧ロッド
２４４ シール材
３００ ラック
３０２ サーボモータ
３０４ ピニオン
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき装置に係り、特に半導体基板の表面に形成した配線用の微細窪みにめっきにより銅を埋込んで銅配線を形成するのに使用されるめっき装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体基板上に配線回路を形成するための金属材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜し、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図１５は、この種の銅配線基板Ｗの製造例を工程順に示すもので、図１５（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる酸化膜２を堆積し、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４を形成し、その上にＴａＮやＴｉＮ等からなるバリア層５、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７を形成する。
【０００４】
そして、図１５（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基材１のコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填するとともに、酸化膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、酸化膜２上の銅膜６を除去して、コンタクトホール３および配線用の溝４に充填させた銅膜６の表面と酸化膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１５（ｃ）に示すように銅膜６からなる配線が形成される。
【０００５】
ここに、シード層７は、一般にスパッタリングやＣＶＤによって形成され、また、銅膜６を形成する電解銅めっきにあっては、めっき液として、その組成に硫酸銅と硫酸を含む硫酸銅めっき液が一般に使用されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体デバイスの銅配線形成プロセスでは、微細配線化が進み、そのデザインルールも０．１８μｍ世代から０.１３μｍ世代、更には０.１０μｍ世代に移行すると考えられ、場合によっては、シード層レスの世代の到来もないとはいえない。このように、微細配線化が進むと、シード層の厚さをより薄くしないと、穴の入口がオーバーハングした膜となり、めっき時にボイドができやすくなる。このため、デザインルールが０.１８μｍ世代のシード膜厚は、一般的には基板平面上で１５０〜２００ｎｍ程度であるが、０.１３μｍ世代では、めっき時のボイドの発生を防止するため、これらが５０ｎｍ程度となり、さらに０.１０μｍ世代では、５〜２５ｎｍ程度まで薄膜化する可能性がある。
【０００７】
ここで、基板の表面に電解銅めっきをする場合、基板の外周部をコンタクトして電気を流している。このため、シード層が薄ければ薄いほど、めっき開始直後におけるシート抵抗が高くなり、めっき電流が基板の外周部に集中して、単一な電場補正の遮蔽板だけでは面内膜厚均一性をコントールできないと考えられる。
【０００８】
本発明は上記に鑑みて為されたもので、初期めっき膜形成時におけるシート抵抗が高い場合であっても、基板の表面全域に確実にめっきを施してボイドのない健全な銅配線を形成できるようにしためっき装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、めっき液を保有するめっき槽内に位置して基板に対峙した位置に配置される平板状アノードと、この平板状アノードの中心部を貫通して軸方向に上下動自在な棒状アノードとを備え、前記平板状アノードと棒状アノードを個別にめっき電源に接続できるようにしたことを特徴とするめっき装置である。
【００１３】
これにより、初期めっき膜形成時に、先ず棒状アノードの先端を基板に近接させた状態で、棒状アノードと基板との間にめっき電流を流して基板の中央部から放電させることで、基板の中央部に局部的にめっき膜を作り、その後、棒状アノードを基板から離れる方向に徐々に移動させ、中央部のみで放電されていた現象を周囲に拡げてめっき膜を徐々に外方に拡げることで、基板の全域に行き渡るめっき膜を作り、しかる後、平板状アノードと基板との間にめっき電流を流すことで、シート抵抗が極端に高い場合であっても、基板表面にボイドのない健全なめっき膜を形成することができる。例えば、ＴｉＮの比抵抗は８０〜１５０μΩ・ｃｍ、ＴａＮの比抵抗は２００〜５０００μΩ・ｃｍにも達し、基板上での基板半径当たりの抵抗値も数百Ωにもなるが、このようなシート抵抗が極端に高い下地であっても、この下地の表面にめっきを成長させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記棒状アノードが不溶解アノードであることを特徴とする請求項１記載のめっき装置である。これにより、棒状アノード先端の溶解による形状変化を防止して、放電状態が変化するのを防止することができる。なお、棒状アノードは、その表面積が小さいため、アノード表面の酸素ガスによる添加剤の酸化分解もごく少なくて済むため、全体系の中では何ら支障を来すことはない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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の実施の形態のめっき装置の平面配置図を示す。このめっき装置は、ロード・アンロード部１０、各一対の洗浄・乾燥処理部１２、第１基板ステージ１４、ベベルエッチ・薬液洗浄部１６及び第２基板ステージ１８、基板を１８０゜反転させる機能を有する水洗部２０及び４基のめっき処理部２２を有し、更に、ロード・アンロード部１０、洗浄・乾燥処理部１２及び第１基板ステージ１４との間で基板の受渡しを行う第１搬送装置２４と、第１基板ステージ１４、ベベルエッチ・薬液洗浄部１６及び第２基板ステージ１８との間で基板の受渡しを行う第２搬送装置２６と、第２基板ステージ１８、水洗部２０及びめっき処理部２２との間で基板の受渡しを行う第３搬送装置２８が備えられている。
【００１７】
めっき処理部２２は、図２に示すように、略円筒状で内部にめっき液４５を収容するめっき処理槽４６と、このめっき処理槽４６の上方に配置されて基板Ｗを保持するヘッド部４７とから主に構成されている。なお、図２は、ヘッド部４７で基板Ｗを保持してめっき液４５の液面を上昇させためっき位置にある時の状態を示している。
【００１８】
前記めっき処理槽４６には、上方に開放し、アノード４８を底部に配置しためっき室４９を有し、このめっき室４９内にめっき液４５を保有するめっき槽５０が備えられている。前記めっき槽５０の内周壁には、めっき室４９の中心に向かって水平に突出するめっき液噴出ノズル５３が円周方向に沿って等間隔で配置され、このめっき液噴出ノズル５３は、めっき槽５０の内部を上下に延びるめっき液供給路に連通している。
【００１９】
アノード４８は、同心状に３つに分割した３つの分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃから構成されている。つまり、図３に示すように、中央に位置する中実円板状の第１の分割アノード４８ａと、この第１の分割アノード４８ａの周囲を囲繞する中空円板状の第２の分割アノード４８ｂと、この第２の分割アノード４８ｂの周囲を囲繞する中空円板状の第３の分割アノード４８ｃとからなり、これらの分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃを平面状に配置して平板状のアノード４８が構成されている。
【００２０】
そして、各分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃは、個別にめっき電源５１ａ，５１ｂ，５１ｃに接続できるようになっている。これによって、初期めっき膜形成時のシート抵抗が高い時に、例えば中央に位置する第１の分割アノード４８ａのみに電源５１ａを投入するか、または３つの分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃの全てにめっき電源５１ａ，５１ｂ，５１ｃを投入しても、アノードの中央部側の電流密度の方が、その周囲よりも高くすることで、即ち第３の分割アノード４８ｃ＜第２の分割アノード４８ｂ＜第１の分割アノード４８ａの順に電流密度を高くすることで、基板Ｗの中央部にもめっき電流を流して均一なめっき膜を形成することができ、めっき膜厚が厚くなり、シート抵抗が低くなった時点で、３つの分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃの電流密度を同一にすることで、めっき膜形成終了時の面内均一性を向上させることができるようになっている。
【００２１】
更に、この例では、めっき室４９内のアノード４８の上方位置に、例えば３ｍｍ程度の多数の穴を設けたパンチプレート２２０が配置され、これによって、アノード４８の表面に形成されたブラックフィルムがめっき液４５によって巻き上げられ、流れ出すことを防止するようになっている。
【００２２】
また、めっき槽５０には、めっき室４９内のめっき液４５を該めっき室４９の底部周縁から引抜く第１めっき液排出口５７と、めっき槽５０の上端部に設けた堰部材５８をオーバーフローしためっき液４５を排出する第２めっき液排出口５９と、この堰部材５８をオーバーフローする前のめっき液４５を排出する第３めっき液排出口１２０が設けられ、更に、堰部材５８の下部には、図９に示すように、所定間隔毎に所定幅の開口２２２が設けられている。
【００２３】
これによって、めっき処理時にあって、供給めっき量が大きい時には、めっき液を第３めっき液排出口１２０から外部に排出する共に、図９（ａ）に示すように、堰部材５８をオーバーフローさせ、更に開口２２２を通過させて第２めっき液排出口５９からも外部に排出する。また、めっき処理時にあって、供給めっき量が小さい時には、めっき液を第３めっき液排出口１２０から外部に排出すると共に、図９（ｂ）に示すように、開口２２２を通過させて第２めっき液排出口５９からも外部に排出し、これによって、めっき量の大小に容易に対処できるようになっている。
【００２４】
更に、図９（ｄ）に示すように、めっき液噴出ノズル５３の上方に位置して、めっき室４９と第２めっき液排出口５９とを連通する液面制御用の貫通孔２２４が円周方向に沿った所定のピッチで設けられ、これによって、非めっき時にめっき液を貫通孔２２４を通過させ第２めっき液排出口５９から外部に排出することで、めっき液の液面を制御するようになっている。なお、この貫通孔２２４は、めっき処理時にオリフィスの如き役割を果たして、ここから流れ出すめっき液の量が制限される。
【００２５】
図４に示すように、第１めっき液排出口５７は、めっき液排出管６０ａを介してリザーバ２２６に接続され、このめっき液排出管６０ａの途中に流量調整器６１ａが介装されている。第２めっき液排出口５９と第３めっき液排出口１２０は、めっき槽５０の内部で合流した後、めっき液排出管６０ｂを介して直接リザーバ２２６に接続されている。
【００２６】
このリザーバ２２６に入っためっき液４５は、リザーバ２２６からポンプ２２８によりめっき液調整タンク４０に入る。このめっき液調整タンク４０には、温度コントローラ２３０や、サンプル液を取り出して分析するめっき液分析ユニット２３２が付設されており、単一のポンプ２３４の駆動に伴って、めっき液調整タンク４０からフィルタ２３６を通して、めっき液４５がめっき処理部２２のめっき液噴出ノズル５３に供給されるようになっており、このめっき液調整タンク４０からめっき処理部２２に延びるめっき液供給管５５の途中に、二次側の圧力を一定にする制御弁５６が備えられている。
【００２７】
図２に戻って、めっき室４９の内部の周辺近傍に位置して、該めっき室４９内のめっき液４５の上下に分かれた上方の流れでめっき液面の中央部を上方に押上げ、下方の流れをスムーズにするとともに、電流密度の分布をより均一になるようにした鉛直整流リング６２と水平整流リング６３が該水平整流リング６３の外周端をめっき槽５０に固着して配置されている。
【００２８】
一方、ヘッド部４７には、回転自在な下方に開口した有底円筒状で周壁に開口９６を有するハウジング７０と、下端に押圧リング２４０を取付けた上下動自在な押圧ロッド２４２が備えられている。ハウジング７０の下端には、図７及び図８に示すように、内方に突出するリング状の基板保持部７２が設けられ、この基板保持部７２に、内方に突出し、上面の先端が上方に尖塔状に突出するリング状のシール材２４４が取付けられている。更に、このシール材２４４の上方にカソード電極用接点７６が配置されている。また、基板保持部７２には、水平方向に外方に延び、更に外方に向けて上方に傾斜して延びる空気抜き穴７５が円周方向に沿って等間隔に設けられている。
【００２９】
これによって、図５に示すように、めっき液４５の液面を下げた状態で、図７及び図８に示すように、基板Ｗを吸着ハンドＨ等で保持してハウジング７０の内部に入れて基板保持部７２のシール材２４４の上面に載置し、吸着ハンドＨをハウジング７０から引き抜いた後、押圧リング２４０を下降させることで、基板Ｗの周縁部をシール材２４４と押圧リング２４０の下面で挟持して基板Ｗを保持し、しかも基板Ｗを保持した時に基板Ｗの下面とシール材２４４が圧接して、ここを確実にシールし、同時に、基板Ｗとカソード電極用接点７６とが通電するようになっている。
【００３０】
図２に戻って、ハウジング７０は、モータ２４６の出力軸２４８に連結されて、モータ２４６の駆動によって回転するように構成されている。また、押圧ロッド２４２は、モータ２４６を囲繞する支持体２５０に固着したガイド付きシリンダ２５２の作動によって上下動するスライダ２５４の下端にベアリング２５６を介して回転自在に支承したリング状の支持枠２５８の円周方向に沿った所定位置に垂設され、これによって、シリンダ２５２の作動によって上下動し、しかも基板Ｗを保持した時にハウジング７０と一体に回転するようになっている。
【００３１】
支持体２５０は、モータ２６０の駆動に伴って回転するボールねじ２６１と螺合して上下動するスライドベース２６２に取付けられ、更に上部ハウジング２６４で囲繞されて、モータ２６０の駆動に伴って、上部ハウジング２６４と共に上下動するようになっている。また、めっき槽５０の上面には、めっき処理時にハウジング７０の周囲を囲繞する下部ハウジング２６６が取付けられている。
【００３２】
これによって、図６に示すように、支持体２５０と上部ハウジング２６４とを上昇させた状態で、メンテナンスを行うことができるようになっている。また、堰部材５８の内周面にはめっき液の結晶が付着し易いが、このように、支持体２５０と上部ハウジング２６４とを上昇させた状態で多量のめっき液を流して堰部材５８をオーバーフローさせることで、堰部材５８の内周面へのめっき液の結晶の付着を防止することができる。また、めっき槽５０には、めっき処理時にオーバーフローするめっき液の上方を覆うめっき液飛散防止カバー５０ｂが一体に設けられているが、このめっき液飛散防止カバー５０ｂの下面に、例えばＨＩＲＥＣ（ＮＴＴアドバンステクノロジ社製）等の超撥水材をコーティングすることで、ここにめっき液の結晶が付着することを防止することができる。
【００３３】
ハウジング７０の基板保持部７２の上方に位置して、基板Ｗの芯出しを行う基板芯出し機構２７０が、この例では円周方向に沿った４カ所に設けられている。図１０は、この基板芯出し機構２７０の詳細を示すもので、これは、ハウジング７０に固定した門形のブラケット２７２と、このブラケット２７２内に配置した位置決めブロック２７４とを有し、この位置決めブロック２７４は、その上部において、ブラケット２７２に水平方向に固定した枢軸２７６を介して揺動自在に支承され、更にハウジング７０と位置決めブロック２７４との間に圧縮コイルばね２７８が介装されている。これによって、位置決めブロック２７４は、圧縮コイルばね２７８を介して枢軸２７６を中心に下部が内方に突出するように付勢され、その上面２７４ａがストッパとしての役割を果たしブラケット２７２の上部下面２７２ａに当接することで、位置決めブロック２７４の動きが規制されるようになっている。更に、位置決めブロック２７４の内面は、上方に向けて外方に拡がるテーパ面２７４ｂとなっている。
【００３４】
これによって、例えば搬送ロボット等の吸着ハンドで基板を保持しハウジング７０内に搬送して基板保持部７２の上に載置した際、基板の中心が基板保持部７２の中心からずれていると圧縮コイルばね２７８の弾性力に抗して位置決めブロック２７４が外方に回動し、搬送ロボット等の吸着ハンドによる把持を解くと、圧縮コイルばね２７８の弾性力で位置決めブロック２７４が元の位置に復帰することで、基板の芯出しを行うことができるようになっている。
【００３５】
図１１は、カソード電極用接点７６のカソード電極板２０８に給電する給電接点（プローブ）７７を示すもので、この給電接点７７は、プランジャで構成されているとともに、カソード電極板２０８に達する円筒状の保護体２８０で包囲されて、めっき液から保護されている。
【００３６】
次に、このめっき処理部２２によるめっき処理について説明する。
先ず、めっき処理部２２に基板を受渡す時には、図１に示す第３搬送装置２８の吸着ハンドと該ハンドで表面を下に向けて吸着保持した基板Ｗを、ハウジング７０の開口９６からこの内部に挿入し、吸着ハンドを下方に移動させた後、真空吸着を解除して、基板Ｗをハウジング７０の基板保持部７２上に載置し、しかる後、吸着ハンドを上昇させてハウジング７０から引き抜く。次に、押圧リング２４０を下降させて、基板Ｗの周縁部を基板保持部７２と押圧リング２４０の下面で挟持して基板Ｗを保持する。
【００３７】
そして、めっき液噴出ノズル５３からめっき液４５を噴出させ、同時にハウジング７０とそれに保持された基板Ｗを中速で回転させ、めっき液４５が所定の量まで充たされ、更に数秒経過した時に、ハウジング７０の回転速度を低速回転（例えば、１００ｍｉｎ−１）に低下させ、アノード４８を陽極、基板処理面を陰極としてめっき電流を流して電解めっきを行う。
【００３８】
この時、例えば基板Ｗの表面に設けたシード層７（図１５参照）の膜厚が薄く、シート抵抗が高い初期めっき膜形成時に、例えば中央に位置する第１の分割アノード４８ａのみに電源５１ａを投入し、しかる後、この第１の分割アノード４８ａの周囲を囲繞する第２の分割アノード４８ｂにも電源５１ｂを投入し、更には、この第２の分割アノード４８ｂの周囲を囲繞する第３の分割アノード４８ｃにも電源５１ｃを投入する。これにより、シート抵抗が高くても、基板外周部にめっき電流が集中するのを防止して基板Ｗの中央部にもめっき電流が流れるようにすることで、基板Ｗの中央部に優先的にめっきを成長させ、めっき膜が厚くなってシート抵抗が低くなった時点で３つの分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃの電流密度を同一にすることで、めっき膜形成終了時のめっき膜の面内均一性を向上させることができる。
【００３９】
なお、上記の例は、初期めっき膜形成時に３個の分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃの電源投入時をずらした例を示しているが、３個の分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃを同時に使用した場合でも、アノードの中央部側の電流密度の方が、その周囲よりも高くすることで、即ち第３の分割アノード４８ｃ＜第２の分割アノード４８ｂ＜第１の分割アノード４８ａの順に電流密度を高くすることで、基板Ｗの中央部にもめっき電流を流して均一なめっき膜を形成し、めっき膜厚が厚くなり、シート抵抗が低くなった時点で、３つの分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃの電流密度を同一にすることで、めっき膜形成終了時の面内均一性を向上させることができる。
【００４０】
そして、通電を終了した後、図９（ｄ）に示すように、めっき液噴出ノズル５３の上方に位置する液面制御用の貫通孔２２４のみからめっき液が外部に流出するようにめっき液の供給量を減少させ、これにより、ハウジング７０及びそれに保持された基板をめっき液面上に露出させる。このハウジング７０とそれに保持された基板Ｗが液面より上にある位置で、高速（例えば、５００〜８００ｍｉｎ−１）で回転させてめっき液を遠心力により液切りする。液切りが終了した後、ハウジング７０が所定の方向に向くようにしてハウジング７０の回転を停止させる。
【００４１】
ハウジング７０が完全に停止した後、押圧リング２４０を上昇させる。次に、第３搬送装置２８の吸着ハンドを吸着面を下に向けて、ハウジング７０の開口９６からこの内部に挿入し、吸着ハンドが基板を吸着できる位置にまで吸着ハンドを下降させる。そして、基板を吸着ハンドにより真空吸着し、吸着ハンドをハウジング７０の開口９６の上部の位置にまで移動させて、ハウジング７０の開口９６から吸着ハンドとそれに保持した基板を取り出す。
【００４２】
このめっき処理部２２によれば、ヘッド部４７の機構的な簡素化及びコンパクト化を図り、かつめっき処理槽４６内のめっき液の液面がめっき時液面にある時にめっき処置を、基板受渡し時液面にある時に基板の水切りと受渡しを行い、しかもアノード４８の表面に生成されたブラックフィルムの乾燥や酸化を防止することができる。
【００４３】
図１２は、本発明の第２の実施の形態のめっき装置の要部概要図で、これは、中央に位置する第１の分割アノード４８ａを上下方向に延びる上下動機構としての第１のシリンダ５２ａのシリンダロッド５４ａの先端に、この第１の分割アノード４８ａの周囲を囲繞する第２の分割アノード４８ｂを上下方向に延びる上下動機構としての第２のシリンダ５２ｂのシリンダロッド５４ｂの先端に、それぞれ連結し、これによって、分割アノード４８ａ，４８ｂが基板Ｗに接離する方向に移動して、分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃが相対的に移動できるようにしたものである。その他の構成は、第１の実施の形態とほぼ同様である。
【００４４】
この実施の形態によれば、シート抵抗が高い初期めっき膜形成時に、シート抵抗を加味しながら、分割アノード４８ａ，４８ｂを移動させ、分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃの相対的な位置を調整して、すなわち、例えば、図１２に示すように、中央に位置する第１の分割アノード４８ａを最も基板Ｗに接近させ、この第１の分割アノード４８ａの周囲を囲繞する第２の分割アノード４８ｂを次に基板に接近させ、しかもこの距離を調整した状態で電源５１ａ，５１ｂ，５１ｃを投入することで、アノード４８の全面に亘る電流密度分布を調整して基板の中央部に優先的にめっきを成長させることができ、これによって、めっき膜形成終了時のめっき膜の面内均一性を更に向上させることができる。
【００４５】
なお、この時、各分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃに印加する電圧を同一にしても、異なるようにしても良く、更に電源を投入する時期をずらしても良いことは勿論である。また、分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃが一体となって移動するようにして、シート抵抗を加味しながら、分割アノード４８ａ，４８ｂ，４８ｃと基板Ｗとの距離を調整できるようにしても良い。、
【００４６】
図１３は、本発明の第３の実施の形態のめっき装置の要部概要図で、これは、アノード４８を平板状アノード４８ｄと該平板状アノード４８ｄの中心部を貫通して延びる棒状アノード４８ｅで構成し、しかも棒状アノード４８ｅの基部にラック３００を設け、このラック３００にサーボモータ３０２の駆動に伴って回転するピニオン３０４を噛み合わせることで、サーボモータ３０２の駆動に伴って棒状アノード４８ｅが軸方向に移動できるように構成し、更に平板状アノード４８ｄと棒状アノード４８ｅを個別にめっき電源５１ｄ，５１ｅに接続できるようにしたものである。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００４７】
この実施の形態によれば、初期めっき膜形成時に、棒状アノード４８ｅの上端と基板Ｗとの距離ａをごく短く、すなわち棒状アノード４８ｅを基板Ｗに近接させた状態で、棒状アノード４８ｅにめっき電源５１ｅを投入し、これによって、基板Ｗの中央部から放電させて、ここに局部的にめっき膜を形成し、しかる後、サーボモータ３０２を駆動して棒状アノード４８ｅを徐々に下降させ、基板Ｗの中央部のみで放電されていた現象を周辺に拡げてめっき膜を徐々に外方に拡げる。そして、めっき膜が基板Ｗの全面に行き渡り、シート抵抗が高くなった時点で、平板状アノード４８ｄにめっき電源５１ｄを投入して、基板Ｗの全面のめっきを開始するのであり、これにより、シート抵抗が高くても、導電性さえ有していれば、基板Ｗの全面のめっきが可能となる。
【００４８】
つまり、将来、銅シード層の形成が寸法上難しい世代になった時、ＴａＮ，ＴｉＮ，ＷＮなどのバリアメタル上に直接電解銅めっきを施す必要が出てくると考えられるが、この場合、薄膜化したシード層上にめっきする以上にシート抵抗が高くなり、基板Ｗの全面にめっきをするのは難しい。例えば、ＴｉＮの比抵抗は８０〜１５０μΩ・ｃｍ、ＴａＮの比抵抗は２００〜５０００μΩ・ｃｍにも達し、基板上での基板半径当たりの抵抗値も数百Ωにもなる。このような超高シート抵抗下地では、中央部にめっきを成長させるのは至難の技である。
【００４９】
このような場合であっても、この実施の形態によれば、積極的に基板中央部から放電させることで、ここに局部的にめっき膜を形成し、更に棒状アノード４８ｅを基板Ｗから徐々に遠ざけることで、このめっき膜を外方に徐々に拡げることができる。特に、今後、基板サイズがΦ３００ｎｍとなれば、シート抵抗の影響を更に受けるが、このような場合であっても、基板の全面にめっき膜を形成することが可能となる。
【００５０】
この場合、めっき浴として、均一電着性に優れた高分極錯体浴を使用することが好ましく、また、更に分極を高める目的で、電流密度は、例えば０．５Ａ／ｄｍ２程度のやや低めとすることが好ましい。
【００５１】
ここに、通常の硫酸銅めっき液よりも分極が高い高分極錯体浴としては、例えばピロリン酸銅をベースとして、これにピロリン酸等の錯化剤が添加したものが挙げられる。ここで、分極が高いとは、電流密度の変化に対する電圧の変化の比が大きいこと、つまり電位の振れに対して電流密度の変動が少ないことを意味する。例えば、図１４に示す陰分極曲線を有するＡ浴とＢ浴とを比較したとき、Ｂ浴におけるｂ／（Ｄ２−Ｄ１）の方がＡ浴におけるａ／（Ｄ２−Ｄ１）より大きいため、Ｂ浴の方がＡ浴より分極が高い。これによって、通電時に電位差が生じても、電流密度の変動を少なくして析出電位を上昇させ、これによって、電着性の均一性を向上させることができる。
【００５２】
また、棒状アノード４８ｅとして、含リン銅などの溶解アノードを使用すると、局部的な放電に伴って、棒状アノード４８ｅの先端が溶解して形状が著しく変化し、放電状態が変わり易くなる。このため、棒状アノード４８ｅとして、プラチナ等の不溶解アノードを使用することで、棒状アノード先端の溶解による形状変化を防止して、放電状態が変化するのを防止することが望ましい。このように、棒状アノードとして不溶解アノードを使用しても、棒状アノードは表面積も小さいため、アノード表面の酸素ガスによる添加剤の酸化分解もごく少なくて済むため、全体系の中では何ら支障は起こらない。
【００５３】
なお、前記第１及び第２の実施の形態のめっき装置でバリアメタル上に直接めっきを施すようにしても良く、また第３の実施の形態のめっき装置で銅シード層が存在する基板にめっきを施すようにしても良いことは勿論である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、例え初期めっき膜形成時におけるシート抵抗が高い場合であっても、基板の表面全域にめっき膜を成長させて、ボイドのない全面均一で健全なめっきを施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のめっき装置の平面配置図である。
【図２】図１に使用されているめっき処理部のめっき処理時における全体を示す断面図である。
【図３】同じく、アノードの平面図である。
【図４】同じく、めっき液の流れの状態を示すめっき液フロー図である。
【図５】同じく、非めっき時（基板受渡し時）における全体を示す断面図である。
【図６】同じく、メンテナンス時における全体を示す断面図である。
【図７】同じく、基板の受渡し時におけるハウジング、押圧リング及び基板の関係の説明に付する図である。
【図８】同じく、図７の一部拡大図である。
【図９】同じく、めっき処理時及び非めっき時におけるめっき液の流れの説明に付する図である。
【図１０】同じく、芯出し機構の拡大断面図である。
【図１１】同じく、給電接点（プローブ）を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態のめっき装置の要部概要図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態のめっき装置の要部概要図である。
【図１４】２つの異なる分極のめっき液における電圧と電流密度の関係を示すグラフである。
【図１５】銅めっき処理により銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【符号の説明】
５ バリア層
６ 銅膜
７ シード層
１０ ロード・アンロード部
１２ 洗浄・乾燥処理部
１４ 基板ステージ
１６ ベベルエッチ・薬液洗浄部
１８ 基板ステージ
２０ 水洗部
２２ めっき処理部
２４，２６，２８ 搬送装置
４５ めっき液
４６ めっき処理槽
４７ ヘッド部
４８ アノード
４８ａ，４８ｂ，４８ｃ 分割アノード
４８ｄ 平板状アノード
４８ｅ 棒状アノード
４９ めっき室
５０ めっき槽
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ めっき電源
５３ めっき液噴出ノズル
５５ めっき液供給管
５７，５９，１２０ めっき液排出口
５８ 堰部材
６２ 鉛直整流リング
６３ 水平整流リング
７０ ハウジング
７２ 基板保持部
７５ 空気抜き穴
７６ カソード電極用接点
７７ 給電接点
２４０ 押圧リング
２４２ 押圧ロッド
２４４ シール材
３００ ラック
３０２ サーボモータ
３０４ ピニオン
Claims (2)
- めっき液を保有するめっき槽内に位置して基板に対峙した位置に配置される平板状アノードと、この平板状アノードの中心部を貫通して軸方向に上下動自在な棒状アノードとを備え、前記平板状アノードと棒状アノードを個別にめっき電源に接続できるようにしたことを特徴とするめっき装置。
- 前記棒状アノードが不溶解アノードであることを特徴とする請求項１記載のめっき装置。
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