JP3831345B2 - ウェハーのめっき装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体用のウェハーのめっき装置に関し、特にめっき槽内のめっき液用の撹拌手段を備えるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体用ウェハーのめっき装置の一種として、いわゆるカップ式めっき装置がある。カップ式めっき装置は、上部に開口を有するめっき槽と、開口に沿うように設置されたウェハー支持部とを備える。そして、めっき槽は、めっき液を循環させる手段として、その底部に接続された液供給管と、めっき槽側面の上部開口寄りの位置に形成された液流出路とを備える。めっき液は、液供給管からめっき槽内に供給され、液流出路からめっき槽外へ排出される。めっきを施す場合は、ウェハーのめっき対象面をめっき槽内に向けた状態で、当該ウェハーをウェハー支持部に載置する。そして、この状態でめっき槽内に供給されためっき液をウェハーのめっき対象面に接触させてめっきを施す。
【０００３】
このようなカップ式めっき装置では、より質の高いめっき処理の実現のために、種々の改良がなされている。例えば、めっき対象面の周辺部分をより均等にめっき処理する目的で、めっき槽内に撹拌手段が設けられたカップ式めっき装置がある（特許文献１参照）。この撹拌手段は、ウェハーのめっき対象面の周辺領域と、その下側に位置する液流出路との間に形成される角部におけるめっき液の滞留を防止するものである。つまり、撹拌手段を作動させると、めっき液が撹拌されて当該角部におけるめっき液の滞留が防止されるのである。滞留が防止されると、角部に隣接するめっき対象面の周辺領域がより均等にめっき処理される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−６４７９５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、昨今、ウェハーの加工処理において、ウェハー表面に非常に微細な配線加工が施されることが多くなっている。これに伴い、微細配線を有するウェハー表面の全面に、より均等なめっき処理を行うことができる技術が必要になっている。例えば、ウェハー表面の微細配線相互間に存在する間隙の埋め込みめっき処理においてこのようなめっき処理技術が必要とされている。
【０００６】
ところが、例えば先に挙げた従来のカップ式めっき装置の撹拌手段は、既に説明したように、めっき対象面の周辺領域のめっき処理状態を改善するにとどまるものであり、めっき対象面の全面についてめっき処理を改善するものではない。
【０００７】
また、近年、ウェハー製造技術の進展に伴い、めっき処理するウェハー自体が大型化している。そして、これに伴い、めっき対象面の面積が従来よりも広くなっている。したがって、より広いめっき対象面の全面をより確実かつ均等にめっき処理できる技術の必要性が高まっている。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ウェハーのめっき対象面の全面により均等なめっき処理を施すことができ、しかも、より広い面積のめっき対象面に確実かつ均等にめっき処理を施すことができるめっき装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、ウェハーのめっき装置に設けられた従来の撹拌手段の構造についてより具体的に検討した。例えば、先に説明した従来の撹拌手段は、回転するドーナツ形の円板に複数のインペラが取り付けられたものである。そして、先に説明したように、この撹拌手段ではめっき液領域全体を均等に撹拌することが難しい。この点を詳細に検討した結果、この撹拌手段では、撹拌手段の回転運動に起因すると考えられる渦流がめっき槽の中心領域に生じ、これにより、めっき対象面の中央部を十分に撹拌できず、撹拌状態にバラツキが生ずると考えられることが難しいことが解った。撹拌状態にバラツキがあると、めっき状態が不均一になりやすい。
【００１０】
このような検討結果に基づき、さらに撹拌手段の動きについて検討を重ねた結果、次のような発明を想到するに至った。
【００１１】
本発明は、めっき液が収容されるめっき槽と、めっき対象であるウェハーをめっき槽に対して位置決めする保持手段と、めっき槽内に備えられた棒状の撹拌体とを有しており、撹拌体を動かすことによって前記ウェハーのめっき対象面近傍のめっき液を撹拌しながら、めっき対象面にめっき処理を施すウェハーのめっき装置において、前記撹拌体を、ウェハーのめっき対象面と略平行の運動面内で揺動させながら回転させることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、撹拌体の揺動とは、所定の運動面内における往復運動や、所定の回転角内で一方の方向への回転運動とそれとは逆の方向への回転運動を繰り返す運動などのことである。具体例を挙げると、例えば、レール上をレールに沿って往復移動する物体の往復移動、メトロノームの振子のような運動（振子運動）、車両のフロントパネル表面等に設置されるワイパーの運動、蒸気機関車の動軸の運動（ロコモーション運動）などである。そして、上記「揺動させながら回転させる」動作における「回転」とは、先に具体例としてあげた往復移動する物体のレールや、ワイパーが運動するフロントパネル表面に対応するもの、すなわち撹拌体の支持構造（撹拌体の揺動空間、揺動面）を回転させることである。
【００１３】
そして、撹拌体を揺動させながらその支持構造を回転させると、撹拌体を回転させる場合に比べて、撹拌体がより複雑な動きをする。回転だけの場合、撹拌体の動きが単調であるため、めっき槽内のめっき液中に一定方向の流れが生まれて渦流が生じやすいが、揺動と回転を組み合わせると、撹拌体が複雑に動き、渦流の発生が抑制される。これにより、ウェハーのめっき対象面の全面により均等なめっき処理を施すことができ、しかも、より広い面積のめっき対象面に確実かつ均等にめっき処理を施すことができるようになる。
【００１４】
撹拌体の揺動としては、例えば、めっき対象面の中心位置からめっき対象面直交方向に延ばした垂線を撹拌体が繰り返し横切る運動（以下、横断運動ともいう）が好ましい。
【００１５】
撹拌体にこのような横断運動をさせると、従来の撹拌手段では撹拌が難しかっためっき液領域、すなわちめっき対象面の中心位置に対応するめっき液領域を撹拌体によって確実に撹拌でき、このめっき液領域における渦流の発生がより確実に抑制される。このようなことから、本発明のめっき装置を用いれば、めっき対象面に対応するめっき液領域全体が、より確実に均等に撹拌される。めっき液領域全体が均等に撹拌されると、めっきイオンの供給や電流密度分布などが均等になり、より均等なめっき処理がめっき対象面全面に施される。そして、めっき対象面の面積がより広い場合であっても、めっき対象面全面に均等なめっき処理を確実に施すことができるようになる。
【００１６】
なお、めっき液領域全体を均等に撹拌することが従来難しかった理由は、例えば、次のようなことであると考えられる。めっき槽は、通常、略円筒形であり、めっき対象面の中心位置に対応するめっき液領域は、めっき槽の中心領域という渦流が発生しやすい領域に対応している。そして、できるだけ広い領域を撹拌するには大型の撹拌体を設置する必要があるが、撹拌装置が撹拌体を単に回転させるタイプの装置の場合、どうしても撹拌体の回転軸がめっき槽の中心領域に設置されてしまう。すると、回転軸に近いめっき液領域における撹拌体の運動は小さく、単調になり、このめっき液領域の撹拌が不十分になると考えられる。
【００１７】
また、撹拌体の具体的な支持構造について検討した。その結果、撹拌体の支持構造としては、めっき対象面に略直交する直交軸回りに回転する台座をめっき槽内に備えると共に、当該台座に設置される撹拌体の支持手段を備えるものであり、支持手段は、台座および撹拌体とで四節リンク機構を構成する一組の連結部材を有するものが好ましいことが解った。
【００１８】
支持手段の一組の連結部材は、撹拌体および台座に連結されて四節リンク機構を構成する二つの連結部材からなる。四節リンク機構には、例えば、向かい合う２節の長さが等しい平行リンク機構や、交差リンク機構、クランクレバー機構、クランクスライダ機構、あるいは二重クランク機構などと称される機構をあげることができる。なお、各連結部材は、ロット状の部材である必要はなく、同様に機能するものであれば、回転する円板や歯車などであってもよい。このように、四節リンク機構には種々のものがあるが、ここでは、撹拌体の支持構造が、台座に連結した長さの等しい二つの連結部材によって撹拌体を支持する平行リンク機構である場合について検討する。
【００１９】
この場合、仮に台座の動きを止めた状態で一対の連結部材を台座に対して回転させたとすると、撹拌体は、運動開始時の姿勢（向き）に対して平行である姿勢を維持しつつ運動（以下、平行運動ともいう）する。そして、平行運動時、棒状の撹拌体は、連結部材の２倍の長さに対応する振れ幅で、その長手方向の揺動および長手方向に直交する方向（短手方向）の揺動を繰り返すことになる。そして、この撹拌体の運動は、めっき対象面の中心位置からめっき対象面直交方向に延ばした垂線を繰り返し横切る運動（横断運動）である。
【００２０】
このように、撹拌体を、横断運動するように揺動させると、めっき対象面の中心位置に対応するめっき液領域が撹拌体によって確実に撹拌される。そして、より均等なめっき処理がめっき対象面の全面に施される。また、より広い面積のめっき対象面に均等なめっき処理を確実に施すことができるようになる。
【００２１】
そして、めっき対象面全面に対応するめっき液領域全体を均等に撹拌するということについて、撹拌体の具体的な大きさの面から検討した。その結果、棒状の撹拌体は、その長手方向寸法がめっき槽の半径寸法よりも長いものであるのが好ましいことが解った。撹拌体がこの程度の大きさであれば、めっき槽内で撹拌体を揺動させると共に回転させたときに、撹拌体が確実に横断運動することとなり、確実にめっき対象面全面に対応するめっき液領域全体を均等に撹拌できるからである。
【００２２】
さらに、撹拌手段に動力を伝達する駆動機構について検討した。ここまでの説明から解るように、撹拌手段はめっき槽内に設置されている。したがって、めっき槽の外側に設置されるモータなどの動力源を用いて撹拌手段を動作させる場合は、駆動力を伝達する駆動機構を液密にする必要がある。検討の結果、撹拌体の台座を回転させる駆動機構としては、マグネットカップリングを備えており、動力源からの駆動力をマグネットカップリングを介して台座に伝達するものが好ましいことが解った。マグネットカップリングは、動力源側の部材が接続される駆動側回転体と、台座側の部材が接続される従動側回転体と、両回転体の間に配置される隔壁とからなるものであり、駆動側回転体が設置されている空間と従動側回転体が設置されている空間は隔壁によって完全に隔離されている。したがって、従動側にめっき液が侵入したとしても、このめっき液が駆動側に漏れることがない。このようなカップリングを用いれば、駆動機構の部分からめっき槽外へのめっき液の漏れを防止しつつ、通常のカップリングを用いた場合と同様、駆動側から従動側に確実に回転を伝達できる。なお、隔壁は、例えば、ＦＲＰ、エンジニアリングプラスチック等の合成樹脂など非磁性材料からなるものである。
【００２３】
また、ウェハーのめっき対象面近傍のめっき液を撹拌する撹拌体が設置されるめっき装置がめっき槽内にいわゆる隔膜を備えるタイプである場合について検討した。その結果、ウェハーの保持手段に、電解めっき処理に用いられるカソードが設けられていると共に、めっき槽内に、電解めっき処理に用いられるアノードが設けられており、さらに、めっき槽内に、めっき槽内を撹拌体が設置されるカソード側とアノード側とに区画する隔膜が設けられている場合は、隔膜によって区画されためっき槽内のアノード側の領域に、撹拌体とは別個の撹拌手段を設置するのが好ましいことが解った。撹拌体は、カソードに接触されるウェハーのめっき対象面近傍を撹拌するものであり、めっき槽内のカソード側の領域に設置されている。したがって、めっき槽内をカソード側とアノード側とに区画する隔膜を設置すると、ウェハーのめっき対象面近傍のめっき液を撹拌する撹拌体を設置していたとしても、アノード側を撹拌できない。このような場合に、めっき槽内のアノード側の領域に、カソード側に設置される撹拌体とは別の撹拌手段を設置すれば、アノード側のめっき液を撹拌でき、めっき槽内全体を撹拌できる。めっき槽内全体を撹拌できれば、めっきイオンの供給や電流密度分布の均等な状態がより確実に確保される。
【００２４】
ところで、ウェハーのめっき装置の撹拌体の支持構造は、何も、上述したような構造の台座と支持手段とからなるものに限られるものではない。
【００２５】
例えば、めっき液が収容されるめっき槽と、めっき対象であるウェハーをめっき槽に対して位置決めする保持手段と、めっき槽内に備えられた棒状の撹拌体とを有しており、撹拌体を回転させて前記ウェハーのめっき対象面近傍のめっき液を撹拌しながら、めっき対象面にめっき処理を施すウェハーのめっき装置において、前記撹拌体は、ウェハーのめっき対象面と略平行の運動面内で回転するものであり、かつ、撹拌体の回転中心位置の軌跡が撹拌体の中心位置の軌跡の外側に形成され、めっき対象面の中心位置からめっき対象面直交方向に延ばした垂線を撹拌体が繰り返し横切るように運動するものであればよい。
【００２６】
このように撹拌体を移動させると良いのは、撹拌体の回転中心位置を移動させると渦流の発生が抑制されるからである。撹拌体を回転させると、一般に回転中心回りのめっき液の回転流（渦流）が発生するが、回転中心位置を移動させると、一定位置に渦流が生ずることが防止されると考えられる。ただし、撹拌体（の回転中心位置）を移動させたとしても、例えばめっき槽の中心位置の回りを回るように移動させたのでは、やはり、めっき槽の中心位置に渦流が生じやすい。この点についてさらに検討した結果、撹拌体の回転中心位置の軌跡が撹拌体の中心位置の軌跡の外側に形成されるように、撹拌体を回転させるのが好ましいことが解った。このように動かすと、めっき槽の中心位置回りの回転流が生ずることがなく、渦流の発生が確実に抑制される。そして、このように撹拌体を動かすと、撹拌体の回転中心位置を常にめっき槽の中心位置から遠ざけることができ、このようにできれば、めっき槽の中心領域における渦流の発生が確実に抑制される。また、撹拌体の回転中心位置がめっき槽の中心領域から遠いほど、中心領域を撹拌体が横切る際の、中心領域における撹拌体の移動速度を相対的に速いものにしやすい。したがって、めっき対象面の中心位置に対応するめっき液領域を撹拌体によってより確実に撹拌できるようになる。その結果、より均等なめっき処理をめっき対象面の全面に施すことができるようになる。また、より広い面積のめっき対象面に均等なめっき処理を確実に施すことができるようになる。
【００２７】
そして、めっき対象面の中間位置からめっき対象面直交方向に延ばした垂線を繰り返し横切るように、撹拌体を動かすのが好ましい理由は、先に説明したとおりである。このように動かすと、めっき対象面に対応するめっき液領域全体がより確実に均等に撹拌される。
【００２８】
撹拌体をこのように動かす具体的な構成としては、例えば、上述の、四節リンク機構を用いて撹拌体を支持する構造を挙げることができる。つまり、めっき対象面に略直交する直交軸回りに回転する台座をめっき槽内に設けると共に、撹拌体と台座とを連結する一対の連結部材を有する支持手段を台座に設け、撹拌体、台座および一対の連結部材を四節リンク機構を構成するように連結して撹拌体を支持する構造である。
【００２９】
なお、撹拌体の回転中心位置の軌跡が撹拌体の中心位置の軌跡の外側に形成されるように撹拌体を動かす場合においても、棒状の撹拌体の長手方向寸法を、めっき槽の半径寸法よりも長くするのが好ましい。このような大きさにすれば、撹拌体を動かしたときに、撹拌体が、めっき対象面の中心位置からめっき対象面直交方向に延ばした垂線を確実に横切るようになる。したがって、撹拌体によって、めっき対象面の中心位置に対応するめっき液領域を確実に撹拌でき、これにより、めっき対象面全面に対応するめっき液領域全体を均等かつ確実に撹拌できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るウェハーのめっき装置の好適な実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００３１】
第１実施形態：図１に示されるウェハーのめっき装置はカップ式めっき装置である。このめっき装置はめっき液が収容されるめっき槽１０を備えており、めっき槽１０は、その上部に、めっき対象であるウェハーＷが載置される開口１０ａを有する。そして、この開口１０ａの端縁部には、ウェハーＷを保持する保持具（保持手段）２０が取り付けられている。この保持具２０は、概略的には、めっき液漏洩防止用のシールパッキン２１と、パッキン２１上に配置される図示しないカソード電極（カソード）と、パッキン２１上に載置されたウェハーＷの外周部を全周に亘って上から押えるホルダ部材２２から構成されている。
【００３２】
そして、めっき槽１０の底部にはめっき液の供給管３１が接続されており、めっき槽１０の側壁１０ｂの上部、すなわち保持具２０に隣接する位置にはめっき液の流出通路３２が形成されている。供給管３１からめっき槽１０内に供給されためっき液は、ウェハーＷに向けて上方に流動し、ウェハーＷのめっき対象面Ｗｓ近傍をウェハーＷの中心部から周辺部に向けて流動した後、流出通路３２を経てめっき槽１０から排出される。そして、図示されるように、めっき槽１０内には、カソード電極に対するアノード電極（アノード）３３が設置されている。アノード電極３３としては、例えば、金属のめっき処理に必要な金属イオン（例えば銅めっきであれば銅イオン）を供給する金属粒子などが用いられる。アノード電極３３の容器の外観は中心部に穴を有する円板形状であり、供給管３１に外挿された状態で設置されている。
【００３３】
また、めっき槽１０内には、めっき液の撹拌に用いる撹拌体４０が移動可能に設置されている。この撹拌体４０は、めっき槽１０内に垂直軸回りに回転可能に設置された台座５１によって支持されている。
【００３４】
台座５１は台座本体５１ａを有しており、台座本体５１ａの外周にはリング状の外歯歯車５１ｂが設けられている。この外歯歯車５１ｂは、めっき槽１０に設置された駆動機構からの動力を受けて回転される。なお、駆動機構は、図示しないモータ（駆動源）によって回転される駆動軸１１と、この駆動軸１１に取り付けられた駆動歯車１２とを有するものであり、この駆動歯車１２に外歯歯車５１ｂは噛み合っている。
【００３５】
台座５１には、平歯車からなる一対の従動歯車（連結部材）５２，５２が設けられている。各従動歯車５２は、台座本体５１ａの周辺部に取り付けられた支持軸５１ｃによって回転可能に支持されており、めっき槽１０の側壁１０ｂに設けられた環状の内歯歯車１３に噛み合っている。撹拌体４０はこのような状態設置される従動歯車５２の上に取り付けられている。
【００３６】
撹拌体４０は、より詳細に説明すると、水平、すなわちウェハーＷのめっき対象面Ｗｓに対して平行に伸びる棒状部４１と、該棒状部４１を従動歯車５２に固定するための脚部４２とを有する。この棒状部４１は、シールパッキン２１に載置されたウェハーＷのめっき対象面Ｗｓに隣接して配置されている。したがって、棒状部４１を運動させると、めっき対象面Ｗｓに対応するめっき液領域（めっき対象面近傍）が撹拌される。なお、棒状部の動きについては後述する。また、脚部４２の各端部は、対応する従動歯車５２に回転可能に連結されている。そして、脚部４２と従動歯車５２との連結位置５２ａは、支持軸５１ｃからずれている。したがって、従動歯車５２が回転すると、それに伴って脚部４２の連結位置５２ａが回転運動する。なお、本実施形態の棒状部４１は上下には運動しておらず、めっき対象面Ｗｓと平行な水平方向にのみ（めっき対象面Ｗｓと平行の運動面内で）移動するものである。
【００３７】
このように構成される撹拌手段の撹拌体４０（棒状部４１）の動作を図３を用いて説明する。図３は、撹拌体４０の概略的な動きを（ａ）から（ｅ）の順に時経列に並べて示したものである。
【００３８】
撹拌体４０を動作させるには、まずモータを作動させる。モータを作動させると、駆動軸１１の駆動歯車１２が回転し、外歯歯車５１ｂと共に台座本体５１ａが回転する（図３の矢印Ａの向き）。先に説明したように、撹拌体４０は台座５１に取り付けられたものであるので、台座本体５１ａが回転すると台座本体５１ａと共に回転する。また、台座本体５１ａが回転すると、台座本体５１上の従動歯車５２がめっき槽１０の側壁に沿って移動する。各従動歯車５２は、めっき槽１０の内歯歯車１３に噛み合っているので、めっき槽１０の側壁に沿った移動に伴い、支持軸５１ｃ回りで自転する（図３の矢印Ｂの向き）。従動歯車５２が回転すると、これに連結された撹拌体４０の両端部が回転し、撹拌体４０が台座本体５１ａに対して運動する。両従動歯車５２は歯数が同じであるなど仕様が同じであるので、撹拌体４０は、従動歯車５２の回転に伴い、台座本体５１ａ上で平行運動を行う。また、撹拌体４０の平行運動は回転運動によって生ずる動きであるので、撹拌体４０は、台座本体５１ａ上で、棒状部４１の長手方向および長手方向に直行する方向（短手方向）のいずれの方向についても往復運動（揺動）を行う。このように、撹拌体４０は、台座本体の回転運動および従動歯車の回転運動を合成した動きをすることになる。この結果、撹拌体４０は、めっき槽１０内を揺動しながら回転する。なお、図３の矢印Ｃは、めっき槽１０内を揺動しながら回転する棒状部４１の見かけの動きを示すものである。
【００３９】
また、図３では、撹拌体４０の棒状部４１の中間位置（中心位置）を点Ｍで示し、回転する棒状部４１の回転中心（瞬間中心）を点Ｐａ〜Ｐｅで示した。図から解るように、棒状部４１の回転中心は、本実施形態の場合、めっき槽１０の内周面に沿って移動する。
【００４０】
このように移動する回転中心位置Ｐａ〜Ｐｅの軌跡Ｐｔを概略的に図４にまとめて示した。また、図４に、併せて、棒状部４１の中間位置Ｍの軌跡Ｍｔを概略的に示した。図示されるように、本実施形態のめっき装置の撹拌体４０は、回転中心位置Ｐの軌跡Ｐｔが中間位置Ｍの軌跡Ｍｔの外側に形成されるように動いている。これと対比させるために、図５に、回転中心位置Ｐの位置が撹拌体４０自体に対して移動しない例（例えば、撹拌体４０を台座５１に直接軸支させるような場合）を示した。この例では、撹拌体４０の中間位置Ｍの軌跡Ｍｔの方が回転中心位置Ｐの外側に位置している。
【００４１】
図５に示されるように、中間位置Ｍの軌跡Ｍｔの方が回転中心位置Ｐの外側に位置する場合、回転中心の位置が一定の位置に停滞するため、回転中心位置回りのめっき液の流れが生じ、渦流が発生しやすい。この点、図４に示される本実施形態のように、回転中心位置Ｐの動きが大きければ、渦流の発生が確実に防止され、めっき対象面Ｗｓの全面に対応する領域全体が確実に均等に撹拌される。翻って考えると、撹拌体４０の回転中心位置Ｐの軌跡Ｐｔが中間位置Ｍの軌跡Ｍｔの外側に位置するようにすると、回転中心位置Ｐの動きが大きくなり、その結果、撹拌体４０によって、めっき対象面Ｗｓに対応するめっき液領域全体が均等に撹拌され、めっき対象面Ｗｓ全体を均等にめっき処理できるようになる。
【００４２】
なお、撹拌体４０の基本的な動きは以上のようなものであるが、たとえば、撹拌中に駆動歯車１２の回転の向きを変えることで、台座５１の回転する向きを反転させて、撹拌体４０の回転する向きを反転させてもよい。これにより、めっき槽１０内におけるめっき液の渦流の発生がより確実に防止される。また、めっき対象面Ｗｓに対応するめっき液領域全体をより均等に撹拌できる。
【００４３】
以上のような構成のめっき装置を用いて、ウェハーにめっきを施す手順を簡単に説明する。
【００４４】
まず、供給管３１を介してめっき液をめっき槽１０内に供給して、めっき槽１０内をめっき液で満たす。また、ウェハーＷを、そのめっき対象面Ｗｓをめっき槽１０の開口１０ａに向けて臨ませつつパッキン２１に載置し、ホルダ２２で押えて保持する。すると、めっき対象面Ｗｓがめっき液に接触する。この状態で両電極間で通電を行うと、めっき対象面Ｗｓにめっき処理が施される。このとき、必要に応じてモータを作動させて撹拌体４０をめっき対象面Ｗｓと平行の運動面内で揺動させ、めっき槽１０内のめっき液、より具体的には、めっき対象面Ｗｓに対応する領域のめっき液を撹拌する。
【００４５】
すると、撹拌体４０がめっき槽１０内の広い範囲を移動しながらめっき液を撹拌する。これにより、ウェハーＷのめっき対象面Ｗｓの全面について、めっき液濃度などの条件がより均等になり、より均等にめっき処理を施すことができる。そして、従来よりも広い面積のめっき対象面Ｗｓに対しても、均等なめっき処理を施すことができる。
【００４６】
なお、本実施形態のめっき装置では、連結位置５２ａから支持軸５１ｃまでの距離（連結位置の回転半径）を調節することで、棒状部４１の運動範囲を調節できる。この場合、必要に応じて撹拌体４０の長さを調節する。また、本実施形態では、棒状部４１がめっき槽１０の側壁１０ｂに接触しない範囲で、連結位置５２ａの回転半径を大きくすることによって、撹拌体４０によってできるだけ広い範囲を撹拌できるように調節している。このようにすることで、めっき対象面Ｗｓ全面に対応する領域のめっき液を均等に撹拌でき、めっき対象面Ｗｓ全体に均等にめっき処理を施すことができる。
【００４７】
そして、この実施形態のめっき装置のめっき槽１０内の形状は、円筒形状であり、撹拌体４０の棒状部４１の長手寸法はめっき槽１０の半径寸法より長くなっている。この場合、棒状部の長手寸法をＬ１と、棒状部４１の各端部４１ａからめっき槽１０の側壁１０ｂの内周面までの最短距離Ｌ２，Ｌ３の合計長さとを比較すると、棒状部４１をどのような位置に移動させても、Ｌ１＞Ｌ２＋Ｌ３になる。つまり棒状部４１の長手寸法の方が常に長い。このような大きさの撹拌体４０を用いると、撹拌体４０は、運動時に、必ずめっき対象面Ｗｓの中心位置の直下（めっき対象面の中心位置からめっき対象面直交方向に延びる垂線）を横切る動きをする（図３参照）。したがって、めっき対象面Ｗｓの中心部に対応する領域のめっき液をより確実に撹拌できる。
【００４８】
第２実施形態：次に、外歯歯車５１ｂを回転させる駆動機構が第１実施形態とは異なっている第２実施形態のめっき装置について説明する。なお、めっき装置の基本的な構成は第１実施形態のめっき装置と同じであるので、その説明を省略する。
【００４９】
図６（ａ），（ｂ）に示されるように、このめっき装置では、図示しないモータからの回転を伝達する駆動軸１１（駆動側）と、外歯歯車５１ｂに噛み合う駆動歯車１２（従動側）とがマグネットカップリング６０を介して連結されている。このマグネットカップリング６０は、シリンダタイプのものであり、概略的には、駆動軸１１が連結された内輪６１（駆動側回転体）と、駆動歯車１２が取り付けられた外輪６２（従動側回転体）と、内輪６１と外輪６２の間に配置される隔壁６３とからなっている。内輪６１の外周面および外輪６２の内周面にはそれぞれ多極着磁されたリング状のマグネット６１ａが取り付けられており、隔壁６３を介して相互に非接触の状態で設置される内輪６１（駆動側）と外輪６２（従動側）との間で磁力を利用して回転が伝達される。また、両輪６１，６２の間に設置される隔壁６３は、図示されるように、駆動軸１１に接続された内輪６１が設置されている空間と、駆動歯車１２が取り付けられた外輪６２が設置されている空間との仕切りになっている。
【００５０】
このような駆動機構を有するめっき装置では、図示しないモータを作動させて駆動軸１１を回転させると、マグネットカップリング６０の内輪６１が回転し、隔壁６３を介して外側に設置された外輪６２が回転する。外輪６２が回転するとこれに取り付けられている駆動歯車１２が回転して外歯歯車５１ｂが回転し、外歯歯車５１ｂが取り付けられた台座５１上の撹拌棒４１が回転して、めっき液の撹拌が行われる。
【００５１】
そして、このような駆動機構を用いれば、外輪６２が配置されており、めっき槽１０内に通じている従動側の空間から内輪６１側（駆動側）の空間へのめっき液の侵入が隔壁６３によって確実に防止される。つまり、マグネットカップリング６０を介してモータ（駆動側）の回転を外歯歯車５１ｂ（従動側）に伝達するようにすれば、駆動機構の部分からのめっき液の漏れが確実に防止される。
【００５２】
第３実施形態：次に、めっき槽内に隔膜が設置された他の実施形態のめっき装置について説明する。なお、めっき装置の基本的な構成は第１実施形態のめっき装置と同じであり、その説明を省略する。
【００５３】
図７に示されるように、めっき槽１０内には、当該めっき槽１０内を、第１撹拌体４０が設置されているめっき槽１０内上部（カソード電極側）と、アノード電極３３が設置されているめっき槽１０内下部（アノード電極側）とに区画する隔膜７０が設置されている。隔膜７０は、例えば、ポリプロピレン長繊維からなる織布、フッ素樹脂系イオン交換膜をはじめとするイオン交換膜、あるいは不織布などからなるものであり、隔膜７０を設置してもめっき液を介して行われる両電極間の通電が妨げられることはない。電解めっき処理では、アノード電極の溶解に伴いスラッジと称される浮遊物質が発生することがあるが、上記のような隔膜を設置しておけば、スラッジのめっき対象面等への付着が防止される。
【００５４】
そして、めっき槽１０内の隔膜７０の下側領域には、第１撹拌体４０とは別の第２撹拌体（撹拌手段）８０が設置されている。この第２撹拌体８０は、既に説明している外歯歯車５１ｂの外歯と同様の大きさの外歯を備えたリング状歯車８１を有する。そして、このリング状歯車８１には、略Ｌ字形の撹拌用羽根８２が複数（本実施形態では４枚）取り付けられている。また、図示されるように、駆動軸１１は、第１実施形態のものに比べて下方まで延びており、外歯歯車５１ｂに噛み合う第１駆動歯車１２ａと、リング状歯車に噛み合う第２駆動歯車１２ｂとが取り付けられている。したがって、駆動軸１１を回転させると、第１撹拌体４０および第２撹拌体８０が回転してめっき液が撹拌される。なお撹拌用羽根８２の枚数は必要に応じて適宜増減することができる。
【００５５】
また、めっき槽１０の底部には、めっき液の循環手段として用いられる第１液通路８３および第２液通路８４が形成されている。これらのうち第１液通路８３はめっき液の供給管３１とめっき槽１０の隔膜７０より下の領域とを連通している。したがって、供給管３１からめっき槽１０内の隔膜７０の下側にめっき液を供給できる。他方、第２液通路８４は、隔膜７０の下側領域と排出口（不図示）とを連通しており、第２液通路８４を用いてめっき液を排出できるようになっている。
【００５６】
このめっき装置では、供給管３１を用いてめっき槽１０内にめっき液を供給すると、隔膜７０の上下両方の領域にめっき液が供給される。これらのうち、隔膜７０の上側に供給されためっき液は、めっき槽１０の側壁１０ｂに形成される流出通路３２からめっき槽１０の外に排出される。他方、隔膜の下側に供給されためっき液は、第２液通路からめっき槽１０の外へと排出される。このように、このめっき装置では、隔膜７０の上下両方の領域のめっき液を循環できる。また、モータを作動させると、第１撹拌体４０および第２撹拌体８０の両方が作動する。第１撹拌体４０は、めっき対象面Ｗｓに対応する領域のめっき液を撹拌するもの、そして第２撹拌体８０は、隔膜７０の下側の領域を撹拌するものであり、モータを作動させるとめっき槽１０内全体が撹拌される。めっき槽１０内全体を撹拌できれば、めっき処理中のめっきイオンの供給や電流密度分布を均等な状態に維持することができ、より良好なめっきが得られる。なお、めっき処理の手順は、第１実施形態のめっき装置と同じであるので、詳細な説明を省略する。
【００５７】
また、図８に示されるように、第１撹拌体４０および第２撹拌体８０を回転させる駆動機構として、動力源からの駆動力をマグネットカップリング６０を介して第１撹拌体４０および第２撹拌体８０に伝達するものを用いれば、第２実施形態のめっき装置同様、駆動機構の部分からのめっき液の漏れがより確実にしかも簡単に防止される。
【００５８】
図８に示されるめっき装置で用いられるマグネットカップリング６０は、シリンダタイプのものであり、隔壁６３の内側に、第１撹拌体４０の台座５１を回転させるための第１内輪６１（駆動側回転体）と、隔膜７０の下側の第２撹拌体８０を回転させるための第２内輪９１（駆動側回転体）の２つの内輪を有し、隔壁６３に、各内輪６１，９１に対応する都合２つの外輪６２，９２を有する。両内輪６１，９１はいずれも駆動軸１１に取り付けられており、駆動軸１１が回転されると、両内輪６１，９１が回転して、第１撹拌体４０および第２撹拌体８０が回転する。なお、図８に示されるめっき装置のカップリング６０の部分以外の構造は、第３実施形態のめっき装置と同様であり、その説明を省略する。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ウェハーのめっき対象面の全面に、より均等なめっき処理を施すことができ、しかも、より広い面積のめっき対象面に均等なめっき処理を確実に施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態のめっき装置のめっき槽を示す断面図。
【図２】 撹拌機構の要部を示す斜視図。
【図３】 撹拌体の動きを示す説明図。
【図４】 撹拌体の動きを示す説明図。
【図５】 比較例の撹拌体の動きを示す説明図。
【図６】 第２実施形態のめっき装置のめっき槽要部を示す拡大図。
【図７】 第３実施形態のめっき装置のめっき槽を示す説明図。
【図８】 撹拌体の駆動機構が別態様である第３実施形態のめっき装置のめっき槽要部を示す拡大図。
【符号の説明】
１０ めっき槽
１２，１２ａ，１２ｂ 駆動歯車
１３ 内歯歯車
２０ 保持具（保持手段）
３１ 供給管
３２ 流出通路
３３ アノード電極（アノード）
４０ 撹拌体（第１撹拌体）
５１ 台座
５１ｂ 外歯歯車
５１ｃ 支持軸（直交軸）
５２ 従動歯車（連結部材）
６０ マグネットカップリング
７０ 隔膜
８０ 第２撹拌体（撹拌手段）
Ｗ ウェハー
Ｗｓ めっき対象面
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体用のウェハーのめっき装置に関し、特にめっき槽内のめっき液用の撹拌手段を備えるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体用ウェハーのめっき装置の一種として、いわゆるカップ式めっき装置がある。カップ式めっき装置は、上部に開口を有するめっき槽と、開口に沿うように設置されたウェハー支持部とを備える。そして、めっき槽は、めっき液を循環させる手段として、その底部に接続された液供給管と、めっき槽側面の上部開口寄りの位置に形成された液流出路とを備える。めっき液は、液供給管からめっき槽内に供給され、液流出路からめっき槽外へ排出される。めっきを施す場合は、ウェハーのめっき対象面をめっき槽内に向けた状態で、当該ウェハーをウェハー支持部に載置する。そして、この状態でめっき槽内に供給されためっき液をウェハーのめっき対象面に接触させてめっきを施す。
【０００３】
このようなカップ式めっき装置では、より質の高いめっき処理の実現のために、種々の改良がなされている。例えば、めっき対象面の周辺部分をより均等にめっき処理する目的で、めっき槽内に撹拌手段が設けられたカップ式めっき装置がある（特許文献１参照）。この撹拌手段は、ウェハーのめっき対象面の周辺領域と、その下側に位置する液流出路との間に形成される角部におけるめっき液の滞留を防止するものである。つまり、撹拌手段を作動させると、めっき液が撹拌されて当該角部におけるめっき液の滞留が防止されるのである。滞留が防止されると、角部に隣接するめっき対象面の周辺領域がより均等にめっき処理される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−６４７９５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、昨今、ウェハーの加工処理において、ウェハー表面に非常に微細な配線加工が施されることが多くなっている。これに伴い、微細配線を有するウェハー表面の全面に、より均等なめっき処理を行うことができる技術が必要になっている。例えば、ウェハー表面の微細配線相互間に存在する間隙の埋め込みめっき処理においてこのようなめっき処理技術が必要とされている。
【０００６】
ところが、例えば先に挙げた従来のカップ式めっき装置の撹拌手段は、既に説明したように、めっき対象面の周辺領域のめっき処理状態を改善するにとどまるものであり、めっき対象面の全面についてめっき処理を改善するものではない。
【０００７】
また、近年、ウェハー製造技術の進展に伴い、めっき処理するウェハー自体が大型化している。そして、これに伴い、めっき対象面の面積が従来よりも広くなっている。したがって、より広いめっき対象面の全面をより確実かつ均等にめっき処理できる技術の必要性が高まっている。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ウェハーのめっき対象面の全面により均等なめっき処理を施すことができ、しかも、より広い面積のめっき対象面に確実かつ均等にめっき処理を施すことができるめっき装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、ウェハーのめっき装置に設けられた従来の撹拌手段の構造についてより具体的に検討した。例えば、先に説明した従来の撹拌手段は、回転するドーナツ形の円板に複数のインペラが取り付けられたものである。そして、先に説明したように、この撹拌手段ではめっき液領域全体を均等に撹拌することが難しい。この点を詳細に検討した結果、この撹拌手段では、撹拌手段の回転運動に起因すると考えられる渦流がめっき槽の中心領域に生じ、これにより、めっき対象面の中央部を十分に撹拌できず、撹拌状態にバラツキが生ずると考えられることが難しいことが解った。撹拌状態にバラツキがあると、めっき状態が不均一になりやすい。
【００１０】
このような検討結果に基づき、さらに撹拌手段の動きについて検討を重ねた結果、次のような発明を想到するに至った。
【００１１】
本発明は、めっき液が収容されるめっき槽と、めっき対象であるウェハーをめっき槽に対して位置決めする保持手段と、めっき槽内に備えられた棒状の撹拌体とを有しており、撹拌体を動かすことによって前記ウェハーのめっき対象面近傍のめっき液を撹拌しながら、めっき対象面にめっき処理を施すウェハーのめっき装置において、前記撹拌体を、ウェハーのめっき対象面と略平行の運動面内で揺動させながら回転させることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、撹拌体の揺動とは、所定の運動面内における往復運動や、所定の回転角内で一方の方向への回転運動とそれとは逆の方向への回転運動を繰り返す運動などのことである。具体例を挙げると、例えば、レール上をレールに沿って往復移動する物体の往復移動、メトロノームの振子のような運動（振子運動）、車両のフロントパネル表面等に設置されるワイパーの運動、蒸気機関車の動軸の運動（ロコモーション運動）などである。そして、上記「揺動させながら回転させる」動作における「回転」とは、先に具体例としてあげた往復移動する物体のレールや、ワイパーが運動するフロントパネル表面に対応するもの、すなわち撹拌体の支持構造（撹拌体の揺動空間、揺動面）を回転させることである。
【００１３】
そして、撹拌体を揺動させながらその支持構造を回転させると、撹拌体を回転させる場合に比べて、撹拌体がより複雑な動きをする。回転だけの場合、撹拌体の動きが単調であるため、めっき槽内のめっき液中に一定方向の流れが生まれて渦流が生じやすいが、揺動と回転を組み合わせると、撹拌体が複雑に動き、渦流の発生が抑制される。これにより、ウェハーのめっき対象面の全面により均等なめっき処理を施すことができ、しかも、より広い面積のめっき対象面に確実かつ均等にめっき処理を施すことができるようになる。
【００１４】
撹拌体の揺動としては、例えば、めっき対象面の中心位置からめっき対象面直交方向に延ばした垂線を撹拌体が繰り返し横切る運動（以下、横断運動ともいう）が好ましい。
【００１５】
撹拌体にこのような横断運動をさせると、従来の撹拌手段では撹拌が難しかっためっき液領域、すなわちめっき対象面の中心位置に対応するめっき液領域を撹拌体によって確実に撹拌でき、このめっき液領域における渦流の発生がより確実に抑制される。このようなことから、本発明のめっき装置を用いれば、めっき対象面に対応するめっき液領域全体が、より確実に均等に撹拌される。めっき液領域全体が均等に撹拌されると、めっきイオンの供給や電流密度分布などが均等になり、より均等なめっき処理がめっき対象面全面に施される。そして、めっき対象面の面積がより広い場合であっても、めっき対象面全面に均等なめっき処理を確実に施すことができるようになる。
【００１６】
なお、めっき液領域全体を均等に撹拌することが従来難しかった理由は、例えば、次のようなことであると考えられる。めっき槽は、通常、略円筒形であり、めっき対象面の中心位置に対応するめっき液領域は、めっき槽の中心領域という渦流が発生しやすい領域に対応している。そして、できるだけ広い領域を撹拌するには大型の撹拌体を設置する必要があるが、撹拌装置が撹拌体を単に回転させるタイプの装置の場合、どうしても撹拌体の回転軸がめっき槽の中心領域に設置されてしまう。すると、回転軸に近いめっき液領域における撹拌体の運動は小さく、単調になり、このめっき液領域の撹拌が不十分になると考えられる。
【００１７】
また、撹拌体の具体的な支持構造について検討した。その結果、撹拌体の支持構造としては、めっき対象面に略直交する直交軸回りに回転する台座をめっき槽内に備えると共に、当該台座に設置される撹拌体の支持手段を備えるものであり、支持手段は、台座および撹拌体とで四節リンク機構を構成する一組の連結部材を有するものが好ましいことが解った。
【００１８】
支持手段の一組の連結部材は、撹拌体および台座に連結されて四節リンク機構を構成する二つの連結部材からなる。四節リンク機構には、例えば、向かい合う２節の長さが等しい平行リンク機構や、交差リンク機構、クランクレバー機構、クランクスライダ機構、あるいは二重クランク機構などと称される機構をあげることができる。なお、各連結部材は、ロット状の部材である必要はなく、同様に機能するものであれば、回転する円板や歯車などであってもよい。このように、四節リンク機構には種々のものがあるが、ここでは、撹拌体の支持構造が、台座に連結した長さの等しい二つの連結部材によって撹拌体を支持する平行リンク機構である場合について検討する。
【００１９】
この場合、仮に台座の動きを止めた状態で一対の連結部材を台座に対して回転させたとすると、撹拌体は、運動開始時の姿勢（向き）に対して平行である姿勢を維持しつつ運動（以下、平行運動ともいう）する。そして、平行運動時、棒状の撹拌体は、連結部材の２倍の長さに対応する振れ幅で、その長手方向の揺動および長手方向に直交する方向（短手方向）の揺動を繰り返すことになる。そして、この撹拌体の運動は、めっき対象面の中心位置からめっき対象面直交方向に延ばした垂線を繰り返し横切る運動（横断運動）である。
【００２０】
このように、撹拌体を、横断運動するように揺動させると、めっき対象面の中心位置に対応するめっき液領域が撹拌体によって確実に撹拌される。そして、より均等なめっき処理がめっき対象面の全面に施される。また、より広い面積のめっき対象面に均等なめっき処理を確実に施すことができるようになる。
【００２１】
そして、めっき対象面全面に対応するめっき液領域全体を均等に撹拌するということについて、撹拌体の具体的な大きさの面から検討した。その結果、棒状の撹拌体は、その長手方向寸法がめっき槽の半径寸法よりも長いものであるのが好ましいことが解った。撹拌体がこの程度の大きさであれば、めっき槽内で撹拌体を揺動させると共に回転させたときに、撹拌体が確実に横断運動することとなり、確実にめっき対象面全面に対応するめっき液領域全体を均等に撹拌できるからである。
【００２２】
さらに、撹拌手段に動力を伝達する駆動機構について検討した。ここまでの説明から解るように、撹拌手段はめっき槽内に設置されている。したがって、めっき槽の外側に設置されるモータなどの動力源を用いて撹拌手段を動作させる場合は、駆動力を伝達する駆動機構を液密にする必要がある。検討の結果、撹拌体の台座を回転させる駆動機構としては、マグネットカップリングを備えており、動力源からの駆動力をマグネットカップリングを介して台座に伝達するものが好ましいことが解った。マグネットカップリングは、動力源側の部材が接続される駆動側回転体と、台座側の部材が接続される従動側回転体と、両回転体の間に配置される隔壁とからなるものであり、駆動側回転体が設置されている空間と従動側回転体が設置されている空間は隔壁によって完全に隔離されている。したがって、従動側にめっき液が侵入したとしても、このめっき液が駆動側に漏れることがない。このようなカップリングを用いれば、駆動機構の部分からめっき槽外へのめっき液の漏れを防止しつつ、通常のカップリングを用いた場合と同様、駆動側から従動側に確実に回転を伝達できる。なお、隔壁は、例えば、ＦＲＰ、エンジニアリングプラスチック等の合成樹脂など非磁性材料からなるものである。
【００２３】
また、ウェハーのめっき対象面近傍のめっき液を撹拌する撹拌体が設置されるめっき装置がめっき槽内にいわゆる隔膜を備えるタイプである場合について検討した。その結果、ウェハーの保持手段に、電解めっき処理に用いられるカソードが設けられていると共に、めっき槽内に、電解めっき処理に用いられるアノードが設けられており、さらに、めっき槽内に、めっき槽内を撹拌体が設置されるカソード側とアノード側とに区画する隔膜が設けられている場合は、隔膜によって区画されためっき槽内のアノード側の領域に、撹拌体とは別個の撹拌手段を設置するのが好ましいことが解った。撹拌体は、カソードに接触されるウェハーのめっき対象面近傍を撹拌するものであり、めっき槽内のカソード側の領域に設置されている。したがって、めっき槽内をカソード側とアノード側とに区画する隔膜を設置すると、ウェハーのめっき対象面近傍のめっき液を撹拌する撹拌体を設置していたとしても、アノード側を撹拌できない。このような場合に、めっき槽内のアノード側の領域に、カソード側に設置される撹拌体とは別の撹拌手段を設置すれば、アノード側のめっき液を撹拌でき、めっき槽内全体を撹拌できる。めっき槽内全体を撹拌できれば、めっきイオンの供給や電流密度分布の均等な状態がより確実に確保される。
【００２４】
ところで、ウェハーのめっき装置の撹拌体の支持構造は、何も、上述したような構造の台座と支持手段とからなるものに限られるものではない。
【００２５】
例えば、めっき液が収容されるめっき槽と、めっき対象であるウェハーをめっき槽に対して位置決めする保持手段と、めっき槽内に備えられた棒状の撹拌体とを有しており、撹拌体を回転させて前記ウェハーのめっき対象面近傍のめっき液を撹拌しながら、めっき対象面にめっき処理を施すウェハーのめっき装置において、前記撹拌体は、ウェハーのめっき対象面と略平行の運動面内で回転するものであり、かつ、撹拌体の回転中心位置の軌跡が撹拌体の中心位置の軌跡の外側に形成され、めっき対象面の中心位置からめっき対象面直交方向に延ばした垂線を撹拌体が繰り返し横切るように運動するものであればよい。
【００２６】
このように撹拌体を移動させると良いのは、撹拌体の回転中心位置を移動させると渦流の発生が抑制されるからである。撹拌体を回転させると、一般に回転中心回りのめっき液の回転流（渦流）が発生するが、回転中心位置を移動させると、一定位置に渦流が生ずることが防止されると考えられる。ただし、撹拌体（の回転中心位置）を移動させたとしても、例えばめっき槽の中心位置の回りを回るように移動させたのでは、やはり、めっき槽の中心位置に渦流が生じやすい。この点についてさらに検討した結果、撹拌体の回転中心位置の軌跡が撹拌体の中心位置の軌跡の外側に形成されるように、撹拌体を回転させるのが好ましいことが解った。このように動かすと、めっき槽の中心位置回りの回転流が生ずることがなく、渦流の発生が確実に抑制される。そして、このように撹拌体を動かすと、撹拌体の回転中心位置を常にめっき槽の中心位置から遠ざけることができ、このようにできれば、めっき槽の中心領域における渦流の発生が確実に抑制される。また、撹拌体の回転中心位置がめっき槽の中心領域から遠いほど、中心領域を撹拌体が横切る際の、中心領域における撹拌体の移動速度を相対的に速いものにしやすい。したがって、めっき対象面の中心位置に対応するめっき液領域を撹拌体によってより確実に撹拌できるようになる。その結果、より均等なめっき処理をめっき対象面の全面に施すことができるようになる。また、より広い面積のめっき対象面に均等なめっき処理を確実に施すことができるようになる。
【００２７】
そして、めっき対象面の中間位置からめっき対象面直交方向に延ばした垂線を繰り返し横切るように、撹拌体を動かすのが好ましい理由は、先に説明したとおりである。このように動かすと、めっき対象面に対応するめっき液領域全体がより確実に均等に撹拌される。
【００２８】
撹拌体をこのように動かす具体的な構成としては、例えば、上述の、四節リンク機構を用いて撹拌体を支持する構造を挙げることができる。つまり、めっき対象面に略直交する直交軸回りに回転する台座をめっき槽内に設けると共に、撹拌体と台座とを連結する一対の連結部材を有する支持手段を台座に設け、撹拌体、台座および一対の連結部材を四節リンク機構を構成するように連結して撹拌体を支持する構造である。
【００２９】
なお、撹拌体の回転中心位置の軌跡が撹拌体の中心位置の軌跡の外側に形成されるように撹拌体を動かす場合においても、棒状の撹拌体の長手方向寸法を、めっき槽の半径寸法よりも長くするのが好ましい。このような大きさにすれば、撹拌体を動かしたときに、撹拌体が、めっき対象面の中心位置からめっき対象面直交方向に延ばした垂線を確実に横切るようになる。したがって、撹拌体によって、めっき対象面の中心位置に対応するめっき液領域を確実に撹拌でき、これにより、めっき対象面全面に対応するめっき液領域全体を均等かつ確実に撹拌できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るウェハーのめっき装置の好適な実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００３１】
第１実施形態：図１に示されるウェハーのめっき装置はカップ式めっき装置である。このめっき装置はめっき液が収容されるめっき槽１０を備えており、めっき槽１０は、その上部に、めっき対象であるウェハーＷが載置される開口１０ａを有する。そして、この開口１０ａの端縁部には、ウェハーＷを保持する保持具（保持手段）２０が取り付けられている。この保持具２０は、概略的には、めっき液漏洩防止用のシールパッキン２１と、パッキン２１上に配置される図示しないカソード電極（カソード）と、パッキン２１上に載置されたウェハーＷの外周部を全周に亘って上から押えるホルダ部材２２から構成されている。
【００３２】
そして、めっき槽１０の底部にはめっき液の供給管３１が接続されており、めっき槽１０の側壁１０ｂの上部、すなわち保持具２０に隣接する位置にはめっき液の流出通路３２が形成されている。供給管３１からめっき槽１０内に供給されためっき液は、ウェハーＷに向けて上方に流動し、ウェハーＷのめっき対象面Ｗｓ近傍をウェハーＷの中心部から周辺部に向けて流動した後、流出通路３２を経てめっき槽１０から排出される。そして、図示されるように、めっき槽１０内には、カソード電極に対するアノード電極（アノード）３３が設置されている。アノード電極３３としては、例えば、金属のめっき処理に必要な金属イオン（例えば銅めっきであれば銅イオン）を供給する金属粒子などが用いられる。アノード電極３３の容器の外観は中心部に穴を有する円板形状であり、供給管３１に外挿された状態で設置されている。
【００３３】
また、めっき槽１０内には、めっき液の撹拌に用いる撹拌体４０が移動可能に設置されている。この撹拌体４０は、めっき槽１０内に垂直軸回りに回転可能に設置された台座５１によって支持されている。
【００３４】
台座５１は台座本体５１ａを有しており、台座本体５１ａの外周にはリング状の外歯歯車５１ｂが設けられている。この外歯歯車５１ｂは、めっき槽１０に設置された駆動機構からの動力を受けて回転される。なお、駆動機構は、図示しないモータ（駆動源）によって回転される駆動軸１１と、この駆動軸１１に取り付けられた駆動歯車１２とを有するものであり、この駆動歯車１２に外歯歯車５１ｂは噛み合っている。
【００３５】
台座５１には、平歯車からなる一対の従動歯車（連結部材）５２，５２が設けられている。各従動歯車５２は、台座本体５１ａの周辺部に取り付けられた支持軸５１ｃによって回転可能に支持されており、めっき槽１０の側壁１０ｂに設けられた環状の内歯歯車１３に噛み合っている。撹拌体４０はこのような状態設置される従動歯車５２の上に取り付けられている。
【００３６】
撹拌体４０は、より詳細に説明すると、水平、すなわちウェハーＷのめっき対象面Ｗｓに対して平行に伸びる棒状部４１と、該棒状部４１を従動歯車５２に固定するための脚部４２とを有する。この棒状部４１は、シールパッキン２１に載置されたウェハーＷのめっき対象面Ｗｓに隣接して配置されている。したがって、棒状部４１を運動させると、めっき対象面Ｗｓに対応するめっき液領域（めっき対象面近傍）が撹拌される。なお、棒状部の動きについては後述する。また、脚部４２の各端部は、対応する従動歯車５２に回転可能に連結されている。そして、脚部４２と従動歯車５２との連結位置５２ａは、支持軸５１ｃからずれている。したがって、従動歯車５２が回転すると、それに伴って脚部４２の連結位置５２ａが回転運動する。なお、本実施形態の棒状部４１は上下には運動しておらず、めっき対象面Ｗｓと平行な水平方向にのみ（めっき対象面Ｗｓと平行の運動面内で）移動するものである。
【００３７】
このように構成される撹拌手段の撹拌体４０（棒状部４１）の動作を図３を用いて説明する。図３は、撹拌体４０の概略的な動きを（ａ）から（ｅ）の順に時経列に並べて示したものである。
【００３８】
撹拌体４０を動作させるには、まずモータを作動させる。モータを作動させると、駆動軸１１の駆動歯車１２が回転し、外歯歯車５１ｂと共に台座本体５１ａが回転する（図３の矢印Ａの向き）。先に説明したように、撹拌体４０は台座５１に取り付けられたものであるので、台座本体５１ａが回転すると台座本体５１ａと共に回転する。また、台座本体５１ａが回転すると、台座本体５１上の従動歯車５２がめっき槽１０の側壁に沿って移動する。各従動歯車５２は、めっき槽１０の内歯歯車１３に噛み合っているので、めっき槽１０の側壁に沿った移動に伴い、支持軸５１ｃ回りで自転する（図３の矢印Ｂの向き）。従動歯車５２が回転すると、これに連結された撹拌体４０の両端部が回転し、撹拌体４０が台座本体５１ａに対して運動する。両従動歯車５２は歯数が同じであるなど仕様が同じであるので、撹拌体４０は、従動歯車５２の回転に伴い、台座本体５１ａ上で平行運動を行う。また、撹拌体４０の平行運動は回転運動によって生ずる動きであるので、撹拌体４０は、台座本体５１ａ上で、棒状部４１の長手方向および長手方向に直行する方向（短手方向）のいずれの方向についても往復運動（揺動）を行う。このように、撹拌体４０は、台座本体の回転運動および従動歯車の回転運動を合成した動きをすることになる。この結果、撹拌体４０は、めっき槽１０内を揺動しながら回転する。なお、図３の矢印Ｃは、めっき槽１０内を揺動しながら回転する棒状部４１の見かけの動きを示すものである。
【００３９】
また、図３では、撹拌体４０の棒状部４１の中間位置（中心位置）を点Ｍで示し、回転する棒状部４１の回転中心（瞬間中心）を点Ｐａ〜Ｐｅで示した。図から解るように、棒状部４１の回転中心は、本実施形態の場合、めっき槽１０の内周面に沿って移動する。
【００４０】
このように移動する回転中心位置Ｐａ〜Ｐｅの軌跡Ｐｔを概略的に図４にまとめて示した。また、図４に、併せて、棒状部４１の中間位置Ｍの軌跡Ｍｔを概略的に示した。図示されるように、本実施形態のめっき装置の撹拌体４０は、回転中心位置Ｐの軌跡Ｐｔが中間位置Ｍの軌跡Ｍｔの外側に形成されるように動いている。これと対比させるために、図５に、回転中心位置Ｐの位置が撹拌体４０自体に対して移動しない例（例えば、撹拌体４０を台座５１に直接軸支させるような場合）を示した。この例では、撹拌体４０の中間位置Ｍの軌跡Ｍｔの方が回転中心位置Ｐの外側に位置している。
【００４１】
図５に示されるように、中間位置Ｍの軌跡Ｍｔの方が回転中心位置Ｐの外側に位置する場合、回転中心の位置が一定の位置に停滞するため、回転中心位置回りのめっき液の流れが生じ、渦流が発生しやすい。この点、図４に示される本実施形態のように、回転中心位置Ｐの動きが大きければ、渦流の発生が確実に防止され、めっき対象面Ｗｓの全面に対応する領域全体が確実に均等に撹拌される。翻って考えると、撹拌体４０の回転中心位置Ｐの軌跡Ｐｔが中間位置Ｍの軌跡Ｍｔの外側に位置するようにすると、回転中心位置Ｐの動きが大きくなり、その結果、撹拌体４０によって、めっき対象面Ｗｓに対応するめっき液領域全体が均等に撹拌され、めっき対象面Ｗｓ全体を均等にめっき処理できるようになる。
【００４２】
なお、撹拌体４０の基本的な動きは以上のようなものであるが、たとえば、撹拌中に駆動歯車１２の回転の向きを変えることで、台座５１の回転する向きを反転させて、撹拌体４０の回転する向きを反転させてもよい。これにより、めっき槽１０内におけるめっき液の渦流の発生がより確実に防止される。また、めっき対象面Ｗｓに対応するめっき液領域全体をより均等に撹拌できる。
【００４３】
以上のような構成のめっき装置を用いて、ウェハーにめっきを施す手順を簡単に説明する。
【００４４】
まず、供給管３１を介してめっき液をめっき槽１０内に供給して、めっき槽１０内をめっき液で満たす。また、ウェハーＷを、そのめっき対象面Ｗｓをめっき槽１０の開口１０ａに向けて臨ませつつパッキン２１に載置し、ホルダ２２で押えて保持する。すると、めっき対象面Ｗｓがめっき液に接触する。この状態で両電極間で通電を行うと、めっき対象面Ｗｓにめっき処理が施される。このとき、必要に応じてモータを作動させて撹拌体４０をめっき対象面Ｗｓと平行の運動面内で揺動させ、めっき槽１０内のめっき液、より具体的には、めっき対象面Ｗｓに対応する領域のめっき液を撹拌する。
【００４５】
すると、撹拌体４０がめっき槽１０内の広い範囲を移動しながらめっき液を撹拌する。これにより、ウェハーＷのめっき対象面Ｗｓの全面について、めっき液濃度などの条件がより均等になり、より均等にめっき処理を施すことができる。そして、従来よりも広い面積のめっき対象面Ｗｓに対しても、均等なめっき処理を施すことができる。
【００４６】
なお、本実施形態のめっき装置では、連結位置５２ａから支持軸５１ｃまでの距離（連結位置の回転半径）を調節することで、棒状部４１の運動範囲を調節できる。この場合、必要に応じて撹拌体４０の長さを調節する。また、本実施形態では、棒状部４１がめっき槽１０の側壁１０ｂに接触しない範囲で、連結位置５２ａの回転半径を大きくすることによって、撹拌体４０によってできるだけ広い範囲を撹拌できるように調節している。このようにすることで、めっき対象面Ｗｓ全面に対応する領域のめっき液を均等に撹拌でき、めっき対象面Ｗｓ全体に均等にめっき処理を施すことができる。
【００４７】
そして、この実施形態のめっき装置のめっき槽１０内の形状は、円筒形状であり、撹拌体４０の棒状部４１の長手寸法はめっき槽１０の半径寸法より長くなっている。この場合、棒状部の長手寸法をＬ１と、棒状部４１の各端部４１ａからめっき槽１０の側壁１０ｂの内周面までの最短距離Ｌ２，Ｌ３の合計長さとを比較すると、棒状部４１をどのような位置に移動させても、Ｌ１＞Ｌ２＋Ｌ３になる。つまり棒状部４１の長手寸法の方が常に長い。このような大きさの撹拌体４０を用いると、撹拌体４０は、運動時に、必ずめっき対象面Ｗｓの中心位置の直下（めっき対象面の中心位置からめっき対象面直交方向に延びる垂線）を横切る動きをする（図３参照）。したがって、めっき対象面Ｗｓの中心部に対応する領域のめっき液をより確実に撹拌できる。
【００４８】
第２実施形態：次に、外歯歯車５１ｂを回転させる駆動機構が第１実施形態とは異なっている第２実施形態のめっき装置について説明する。なお、めっき装置の基本的な構成は第１実施形態のめっき装置と同じであるので、その説明を省略する。
【００４９】
図６（ａ），（ｂ）に示されるように、このめっき装置では、図示しないモータからの回転を伝達する駆動軸１１（駆動側）と、外歯歯車５１ｂに噛み合う駆動歯車１２（従動側）とがマグネットカップリング６０を介して連結されている。このマグネットカップリング６０は、シリンダタイプのものであり、概略的には、駆動軸１１が連結された内輪６１（駆動側回転体）と、駆動歯車１２が取り付けられた外輪６２（従動側回転体）と、内輪６１と外輪６２の間に配置される隔壁６３とからなっている。内輪６１の外周面および外輪６２の内周面にはそれぞれ多極着磁されたリング状のマグネット６１ａが取り付けられており、隔壁６３を介して相互に非接触の状態で設置される内輪６１（駆動側）と外輪６２（従動側）との間で磁力を利用して回転が伝達される。また、両輪６１，６２の間に設置される隔壁６３は、図示されるように、駆動軸１１に接続された内輪６１が設置されている空間と、駆動歯車１２が取り付けられた外輪６２が設置されている空間との仕切りになっている。
【００５０】
このような駆動機構を有するめっき装置では、図示しないモータを作動させて駆動軸１１を回転させると、マグネットカップリング６０の内輪６１が回転し、隔壁６３を介して外側に設置された外輪６２が回転する。外輪６２が回転するとこれに取り付けられている駆動歯車１２が回転して外歯歯車５１ｂが回転し、外歯歯車５１ｂが取り付けられた台座５１上の撹拌棒４１が回転して、めっき液の撹拌が行われる。
【００５１】
そして、このような駆動機構を用いれば、外輪６２が配置されており、めっき槽１０内に通じている従動側の空間から内輪６１側（駆動側）の空間へのめっき液の侵入が隔壁６３によって確実に防止される。つまり、マグネットカップリング６０を介してモータ（駆動側）の回転を外歯歯車５１ｂ（従動側）に伝達するようにすれば、駆動機構の部分からのめっき液の漏れが確実に防止される。
【００５２】
第３実施形態：次に、めっき槽内に隔膜が設置された他の実施形態のめっき装置について説明する。なお、めっき装置の基本的な構成は第１実施形態のめっき装置と同じであり、その説明を省略する。
【００５３】
図７に示されるように、めっき槽１０内には、当該めっき槽１０内を、第１撹拌体４０が設置されているめっき槽１０内上部（カソード電極側）と、アノード電極３３が設置されているめっき槽１０内下部（アノード電極側）とに区画する隔膜７０が設置されている。隔膜７０は、例えば、ポリプロピレン長繊維からなる織布、フッ素樹脂系イオン交換膜をはじめとするイオン交換膜、あるいは不織布などからなるものであり、隔膜７０を設置してもめっき液を介して行われる両電極間の通電が妨げられることはない。電解めっき処理では、アノード電極の溶解に伴いスラッジと称される浮遊物質が発生することがあるが、上記のような隔膜を設置しておけば、スラッジのめっき対象面等への付着が防止される。
【００５４】
そして、めっき槽１０内の隔膜７０の下側領域には、第１撹拌体４０とは別の第２撹拌体（撹拌手段）８０が設置されている。この第２撹拌体８０は、既に説明している外歯歯車５１ｂの外歯と同様の大きさの外歯を備えたリング状歯車８１を有する。そして、このリング状歯車８１には、略Ｌ字形の撹拌用羽根８２が複数（本実施形態では４枚）取り付けられている。また、図示されるように、駆動軸１１は、第１実施形態のものに比べて下方まで延びており、外歯歯車５１ｂに噛み合う第１駆動歯車１２ａと、リング状歯車に噛み合う第２駆動歯車１２ｂとが取り付けられている。したがって、駆動軸１１を回転させると、第１撹拌体４０および第２撹拌体８０が回転してめっき液が撹拌される。なお撹拌用羽根８２の枚数は必要に応じて適宜増減することができる。
【００５５】
また、めっき槽１０の底部には、めっき液の循環手段として用いられる第１液通路８３および第２液通路８４が形成されている。これらのうち第１液通路８３はめっき液の供給管３１とめっき槽１０の隔膜７０より下の領域とを連通している。したがって、供給管３１からめっき槽１０内の隔膜７０の下側にめっき液を供給できる。他方、第２液通路８４は、隔膜７０の下側領域と排出口（不図示）とを連通しており、第２液通路８４を用いてめっき液を排出できるようになっている。
【００５６】
このめっき装置では、供給管３１を用いてめっき槽１０内にめっき液を供給すると、隔膜７０の上下両方の領域にめっき液が供給される。これらのうち、隔膜７０の上側に供給されためっき液は、めっき槽１０の側壁１０ｂに形成される流出通路３２からめっき槽１０の外に排出される。他方、隔膜の下側に供給されためっき液は、第２液通路からめっき槽１０の外へと排出される。このように、このめっき装置では、隔膜７０の上下両方の領域のめっき液を循環できる。また、モータを作動させると、第１撹拌体４０および第２撹拌体８０の両方が作動する。第１撹拌体４０は、めっき対象面Ｗｓに対応する領域のめっき液を撹拌するもの、そして第２撹拌体８０は、隔膜７０の下側の領域を撹拌するものであり、モータを作動させるとめっき槽１０内全体が撹拌される。めっき槽１０内全体を撹拌できれば、めっき処理中のめっきイオンの供給や電流密度分布を均等な状態に維持することができ、より良好なめっきが得られる。なお、めっき処理の手順は、第１実施形態のめっき装置と同じであるので、詳細な説明を省略する。
【００５７】
また、図８に示されるように、第１撹拌体４０および第２撹拌体８０を回転させる駆動機構として、動力源からの駆動力をマグネットカップリング６０を介して第１撹拌体４０および第２撹拌体８０に伝達するものを用いれば、第２実施形態のめっき装置同様、駆動機構の部分からのめっき液の漏れがより確実にしかも簡単に防止される。
【００５８】
図８に示されるめっき装置で用いられるマグネットカップリング６０は、シリンダタイプのものであり、隔壁６３の内側に、第１撹拌体４０の台座５１を回転させるための第１内輪６１（駆動側回転体）と、隔膜７０の下側の第２撹拌体８０を回転させるための第２内輪９１（駆動側回転体）の２つの内輪を有し、隔壁６３に、各内輪６１，９１に対応する都合２つの外輪６２，９２を有する。両内輪６１，９１はいずれも駆動軸１１に取り付けられており、駆動軸１１が回転されると、両内輪６１，９１が回転して、第１撹拌体４０および第２撹拌体８０が回転する。なお、図８に示されるめっき装置のカップリング６０の部分以外の構造は、第３実施形態のめっき装置と同様であり、その説明を省略する。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ウェハーのめっき対象面の全面に、より均等なめっき処理を施すことができ、しかも、より広い面積のめっき対象面に均等なめっき処理を確実に施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態のめっき装置のめっき槽を示す断面図。
【図２】 撹拌機構の要部を示す斜視図。
【図３】 撹拌体の動きを示す説明図。
【図４】 撹拌体の動きを示す説明図。
【図５】 比較例の撹拌体の動きを示す説明図。
【図６】 第２実施形態のめっき装置のめっき槽要部を示す拡大図。
【図７】 第３実施形態のめっき装置のめっき槽を示す説明図。
【図８】 撹拌体の駆動機構が別態様である第３実施形態のめっき装置のめっき槽要部を示す拡大図。
【符号の説明】
１０ めっき槽
１２，１２ａ，１２ｂ 駆動歯車
１３ 内歯歯車
２０ 保持具（保持手段）
３１ 供給管
３２ 流出通路
３３ アノード電極（アノード）
４０ 撹拌体（第１撹拌体）
５１ 台座
５１ｂ 外歯歯車
５１ｃ 支持軸（直交軸）
５２ 従動歯車（連結部材）
６０ マグネットカップリング
７０ 隔膜
８０ 第２撹拌体（撹拌手段）
Ｗ ウェハー
Ｗｓ めっき対象面
Claims (7)
- めっき液が収容されるめっき槽と、めっき対象であるウェハーをめっき槽に対して位置決めする保持手段と、めっき槽内に備えられた棒状の撹拌体とを有しており、撹拌体を動かすことによって前記ウェハーのめっき対象面近傍のめっき液を撹拌しながら、めっき対象面にめっき処理を施すウェハーのめっき装置において、
前記撹拌体を、ウェハーのめっき対象面と略平行の運動面内で揺動させながら回転させることを特徴とするウェハーのめっき装置。 - 前記撹拌体の揺動は、めっき対象面の中心位置からめっき対象面直交方向に延ばした垂線を繰り返し横切る運動である請求項１に記載のウェハーのめっき装置。
- めっき対象面に略直交する直交軸回りに回転する台座をめっき槽内に備えると共に、当該台座に設置される撹拌体の支持手段を備えるものであり、
支持手段は、台座および撹拌体とで四節リンク機構を構成する一組の連結部材を有するものである請求項１または請求項２に記載のウェハーのめっき装置。 - 棒状の撹拌体は、その長手方向寸法がめっき槽の半径寸法よりも長いものである請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のウェハーのめっき装置。
- 撹拌体の台座を回転させる駆動機構は、動力源からの駆動力をマグネットカップリングを介して台座に伝達するものである請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のウェハーのめっき装置。
- ウェハーの保持手段に、電解めっき処理に用いられるカソードが設けられていると共に、めっき槽内に、電解めっき処理に用いられるアノードと、めっき槽内を撹拌体が設置されるカソード側とアノード側とに区画する隔膜が設けられており、隔膜によって区画されためっき槽内のアノード側の領域には、撹拌体とは別個の撹拌手段が設置されている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のウェハーのめっき装置。
- めっき液が収容されるめっき槽と、めっき対象であるウエハーをめっき槽に対して位置決めする保持手段と、めっき槽内に備えられた棒状の攪拌体とを有しており、
攪拌体を回転させて前記ウエハーのめっき対象面近傍のめっき液を撹拌しながら、めっき対象面にめっき処理を施すウエハーのめっき装置において、
前記攪拌体は、めっき槽内に垂直軸回りに回転可能に設置された台座に、支持されており、
前記台座は、平歯車からなる一対の従動歯車と台座本体とを有し、
前記一対の従動歯車は、台座本体の周辺部に取り付けられた支持軸によって回転可能に支持されているとともに、めっき槽の側壁に設けられた環状の内歯歯車と噛合しており、
前記台座本体は、めっき槽に設置された駆動機構より動力を受けて回転するものであり、
前記攪拌体は、めっき槽の半径以上の長さを有し、ウエハーのめっき対象面に対して平行に延びる棒状部と、一対の従動歯車のそれぞれに対して回転可能に連結できる端部を備える脚部とからなり、当該脚部の端部が、従動歯車の支持軸からずれた位置に連結されたものであり、
台座を回転することにより、ウエハーのめっき対象面と略平行の運動面で回転するとともに、めっき対象面の中心位置からめっき対象面直交方向に延ばした垂線を攪拌体が繰り返し横切るように攪拌体が運動することを特徴とするウエハーのめっき装置。
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