JP3992421B2 - 基板のめっき方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板のめっき方法に係り、特に半導体基板に形成された微細配線パターン（窪み）に銅（Ｃｕ）等の金属を充填する等の用途の基板のめっき方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板上に配線回路を形成するための材料としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金が一般に用いられているが、集積度の向上に伴い、より伝導率の高い材料を配線材料に採用することが要求されている。このため、基板にめっき処理を施して、基板に形成された配線パターンに銅またはその合金を充填する方法が提案されている。
【０００３】
これは、配線パターンに銅またはその合金を充填する方法としては、ＣＶＤ（化学的蒸着）やスパッタリング等各種の方法が知られているが、金属層の材質が銅またはその合金である場合、即ち、銅配線を形成する場合には、ＣＶＤではコストが高く、またスパッタリングでは高アスペクト（パターンの深さの比が幅に比べて大きい）の場合に埋込みが不可能である等の短所を有しており、めっきによる方法が最も有効だからである。
【０００４】
ここで、半導体基板上に銅めっきを施す方法としては、カップ式やディップ式のようにめっき槽に常時めっき液を張ってそこに基板を浸す方法と、めっき槽に基板が供給された時にのみめっき液を張る方法、また、電位差をかけていわゆる電解めっきを行う方法と、電位差をかけない無電解めっきを行う方法など、種々の方法がある。
【０００５】
従来、この種の銅めっきを行うめっき装置には、めっき工程を行うユニットの他に、めっきに付帯する前処理工程を行うユニットや、めっき後の洗浄・乾燥工程を行うユニット等の複数のユニットと、これらの各ユニット間で基板の搬送を行う搬送ロボットが水平に配置されて備えられていた。そして、基板は、これらの各ユニット間を搬送されつつ、各ユニットで所定の処理が施され、めっき処理後の次工程に順次送られるようになっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のめっき装置にあっては、めっき処理や前処理といった各工程毎に別々のユニットが備えられ、各ユニットに基板が搬送されて処理されるようになっていたため、装置としてかなり複雑で制御が困難となるばかりでなく、大きな占有面積を占め、しかも製造コストがかなり高価であるといった問題があった。
【０００７】
また、電解めっきにあっては、基板（カソード）の被めっき面とアノードとの間に満たされためっき液中に気泡が存在すると、絶縁体である気泡があたかもアノードマスクとして機能して、その部分に対応する位置に形成されるめっきの膜厚が薄くなったり、完全なめっき欠けを生ずることがある。このため、均一で良質なめっき被膜を得るためには、基板の被めっき面とアノードとの間のめっき液に気泡が残らないようにする必要がある。
【０００８】
本発明は上記に鑑みて為されたもので、めっき処理及びそれに付帯する処理を単一のユニットで行うことができ、しかも基板の被めっき面とアノードとの間に満たされるめっき液中に気泡が残らないようにした基板のめっき方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、カソードと通電させた基板の被めっき面の少なくとも一部にアノードを近接させて配置して、被めっき面とアノードとの間にめっき液を注入するにあたり、前記アノードと基板の一方を水平に、他方を傾斜させて配置し、両者が近接した端部側にめっき液を注入して基板の被めっき面とアノードとの間を架橋するめっき液柱を形成し、該めっき液柱を起点としてめっき液を注入しながら、アノードと基板とを平行にすることを特徴とする基板のめっき方法である。
【００２１】
これにより、アノードと基板の傾斜角度が徐々に小さくなるに従って、アノードと基板の被めっき面間のめっき液が一方向に展開するめっき液の流れが生じる。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、前記被めっき面とアノードとの間にめっき液含浸材を配置し、この部材にめっき液を含ませることを特徴とする請求項１記載の基板のめっき方法である。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、前記めっき液含浸材は硬質の多孔質体からなり、めっき液含浸材と被めっき面との間に該めっき液含浸材で拡散させためっき液柱を形成することを特徴とする請求項２記載の基板のめっき方法である。これにより、めっき液が基板の被めっき面に設けられているシード層に与えるダメージを軽減することができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、前記めっき液含浸材と基板の被めっき面との間にめっき液柱を形成した後、めっき液含浸材と基板とを瞬時に近接させることを特徴とする請求項２又は３記載の基板のめっき方法である。これにより、めっき液含浸材と基板とを瞬時に近接させることで、めっき液に外方への急激な流れを生じさせて、このめっき液と共に気泡を外方に追い出し、同時に、めっき液含浸材と基板との間へのめっき液の供給を短時間で行うことができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、上向きにしてカソードと通電させた基板の被めっき面の少なくとも一部にアノードを近接させて配置して、被めっき面とアノードとの間の空間をめっき液で満たすにあたり、基板の被めっき面にめっき液を張り、基板とアノードとを相対的に回転させながら徐々に近づけることを特徴とする基板のめっき方法である。これにより、基板とアノードとの間の気泡を、両者が互いに近接するに従って、徐々に外方に移動させて追い出すことができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、前記アノードの下面には、保水性を有する多孔質体からなるめっき液含浸材が配置され、このめっき液含浸材の下面には、該めっき液含浸材と基板との相対的な回転によって、この間のめっき液を放射状に外方に拡がらせる、外方に向け回転方向に沿って湾曲する複数の螺旋状の突起または溝が備えられているか、またはめっき液含浸材の下面自体を中央が下方に膨出するテーパ面としたことを特徴とする請求項５記載の基板のめっき方法である。これにより、基板とアノードとの間の気泡をほぼ完全に追い出すことができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、めっき処理時に、基板とアノードとの間にめっき液を注入しつつ、この注入しためっき液を基板とアノードとの間から吸引することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の基板のめっき方法である。これにより、基板とアノードとの間に満たされためっき液をめっき処理中に循環させ攪拌させることで、めっき液中の気泡を抜くことができる。
請求項８に記載の発明は、基板を回転させながら、前記アノードと該基板とを平行にすることを特徴とする請求項１記載の基板のめっき方法である。
【００２８】
【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。この実施の形態の基板のめっき方法は、半導体基板の表面に電解銅めっきを施して、銅層からなる配線が形成された半導体装置を得るのに使用される。このめっき工程を図１を参照して説明する。
【００２９】
半導体基板Ｗには、図１（ａ）に示すように半導体素子が形成された半導体基板１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる絶縁膜２が堆積され、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が形成され、その上に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スパッタリング等により銅シード層７が形成されている。
【００３０】
そして、図１（ｂ）に示すように、前記半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基板１のコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜２上に銅層６を堆積させる。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅層６を除去して、コンタクトホール３および配線用の溝４に充填させた銅層６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように銅層６からなる配線が形成される。
【００３１】
図２は、基板のめっき装置の全体を示す平面図で、図２に示すように、このめっき装置には、同一設備内に位置して、内部に複数の基板Ｗを収納する２基のロード・アンロード部１０と、めっき処理及びその付帯処理を行う２基のめっきユニット１２と、ロード・アンロード部１０とめっきユニット１２との間で基板Ｗの受渡しを行う搬送ロボット１４と、めっき液タンク１６を有するめっき液供給設備１８が備えられている。
【００３２】
前記めっきユニット１２には、図３に示すように、めっき処理及びその付帯処理を行う基板処理部２０が備えられ、この基板処理部２０に隣接して、めっき液を溜めるめっき液トレー２２が配置されている。また、回転軸２４を中心に揺動する揺動アーム２６の先端に保持されて前記基板処理部２０とめっき液トレー２２との間を揺動する円板状の電極部２８を有する電極アーム部３０が備えられている。更に、基板処理部２０の側方に位置して、プレコート・回収アーム３２と、純水やイオン水等の薬液、更には気体等を基板に向けて噴射する固定ノズル３４が配置されている。この例にあっては、３個の固定ノズル３４が備えられ、その内の１個を純水の供給用に用いている。
【００３３】
前記基板処理部２０には、図４及び図５に示すように、被めっき面を上向きにして基板Ｗを保持する基板保持部３６と、この基板保持部３６の上方に該基板保持部３６の周縁部を囲繞するように配置されたカソード部３８が備えられている。更に、基板保持部３６の周囲を囲繞して処理中に用いる各種薬液の飛散を防止する有底略円筒状のカップ４０が、エアシリンダ４２を介して上下動自在に配置されている。
【００３４】
ここで、前記基板保持部３６は、エアシリンダ４４によって、下方の基板受渡し位置Ａと、上方のめっき位置Ｂと、これらの中間の前処理・洗浄位置Ｃとの間を昇降し、回転モータ４６及びベルト４８を介して、任意の加速度及び回転速度で前記カソード部３８と一体に回転するように構成されている。この基板受渡し位置Ａに対向して、めっきユニット１２のフレーム側面の搬送ロボット１４側には、図７に示すように、基板搬出入口５０が設けられ、また基板保持部３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、基板保持部３６で保持された基板Ｗの周縁部に下記のカソード部３８のシール材９０とカソード電極８８が当接するようになっている。一方、前記カップ４０は、その上端が前記基板搬出入口５０の下方に位置し、図５に仮想線で示すように、上昇した時に前記基板搬出入口５０を塞いでカソード部３８の上方に達するようになっている。
【００３５】
前記めっき液トレー２２は、めっきを実施していない時に、電極アーム部３０の下記のめっき液含浸材１１０及びアノード９８をめっき液で湿潤させるためのもので、図６に示すように、このめっき液含浸材１１０が収容できる大きさに設定され、図示しないめっき液供給口とめっき液排水口を有している。また、フォトセンサがめっき液トレー２２に取り付けられており、めっき液トレー２２内のめっき液の満水、即ちオーバーフローと排水の検出が可能になっている。めっき液トレー２２の底板は着脱が可能であり、めっき液トレー２２の周辺には、図示しない局所排気口が設置されている。
【００３６】
前記電極アーム部３０は、図８及び図９に示すように、上下動モータ５４と図示しないボールねじを介して上下動し、旋回モータ５６を介して、前記めっき液トレー２２と基板処理部２０との間を旋回（揺動）するようになっている。
【００３７】
また、プレコート・回収アーム３２は、図１０に示すように、上下方向に延びる支持軸５８の上端に連結されて、ロータリアクチュエータ６０を介して旋回（揺動）し、エアシリンダ６２（図７参照）を介して上下動するよう構成されている。このプレコート・回収アーム３２には、その自由端側にプレコート液吐出用のプレコートノズル６４が、基端側にめっき液回収用のめっき液回収ノズル６６がそれぞれ保持されている。そして、プレコートノズル６４は、例えばエアシリンダによって駆動するシリンジに接続されて、プレコート液がプレコートノズル６４から間欠的に吐出され、また、めっき液回収ノズル６６は、例えばシリンダポンプまたはアスピレータに接続されて、基板上のめっき液がめっき液回収ノズル６６から吸引されるようになっている。
【００３８】
前記基板保持部３６は、図１１乃至図１３に示すように、円板状のステージ６８を備え、このステージ６８の周縁部の円周方向に沿った６カ所に、上面に段差部を有する台座７２を備え基板Ｗを水平に載置して保持する支持腕７０が立設されている。この支持腕７０の内の一つは、爪を有しておらず、この爪を有さない支持腕７０に対向する支持腕７０の上端には、基板Ｗの端面に当接し回動して基板Ｗを前記爪を有さない支持腕７０の台座７２の段差部に押付ける押付け片７４が回動自在に支承されている。また、他の４個の支持腕７０の上端には、回動して基板Ｗをこの上方から下方に押付けるチャック爪７６が回動自在に支承されている。
【００３９】
ここで、前記押付け片７４及びチャック爪７６の下端は、コイルばね７８を介して下方に付勢した押圧棒８０の上端に連結されて、この押圧棒８０の下動に伴って押付け片７４及びチャック爪７６が内方に回動して閉じるようになっており、ステージ６８の下方には前記押圧棒８０に下面に当接してこれを上方に押上げる支持板８２が配置されている。
【００４０】
これにより、基板保持部３６が図５に示す基板受渡し位置Ａに位置する時、押圧棒８０は支持板８２に当接し上方に押上げられて、押付け片７４及びチャック爪７６が外方に回動して開き、ステージ６８を上昇させると、押圧棒８０がコイルばね７８の弾性力で下降して、押付け片７４及びチャック爪７６が内方に回転して閉じるようになっている。
【００４１】
前記カソード部３８は、図１４及び図１５に示すように、前記支持板８２（図５及び図１３等参照）の周縁部に立設した支柱８４の上端に固着した環状の枠体８６と、この枠体８６の下面に内方に突出させて取付けた、この例では６分割されたカソード電極８８と、このカソード電極８８の上方を覆うように前記枠体８６の上面に取付けた環状のシール材９０とを有している。このシール材９０は、その内周縁部が内方に向け下方に傾斜し、かつ徐々に薄肉となって、内周端部が下方に垂下するように構成されている。
【００４２】
これにより、図５に示すように、基板保持部３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、この基板保持部３６で保持した基板Ｗの周縁部にカソード電極８８が押付けられて通電し、同時にシール材９０の内周端部が基板Ｗの周縁部上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板の上面（被めっき面）に供給されためっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止するとともに、めっき液がカソード電極８８を汚染することを防止するようになっている。
【００４３】
なお、この例において、カソード部３８は、上下動不能で基板保持部３６と一体に回転するようになっているが、上下動自在で、下降した時にシール材９０が基板Ｗの被めっき面に圧接するように構成しても良い。
【００４４】
前記電極アーム部３０の電極部２８は、図１６乃至図２０に示すように、揺動アーム２６の自由端にボールベアリング９２を介して連結したハウジング９４と、このハウジング９４の周囲を囲繞する中空の支持枠９６と、前記ハウジング９４と支持枠９６で周縁部を挟持して固定したアノード９８とを有し、このアノード９８は、前記ハウジング９４の開口部を覆って、ハウジング９４の内部に吸引室１００が形成されている。この吸引室１００の内部には、めっき液供給設備１８（図２参照）から延びるめっき液供給管１０２に接続され直径方向に延びるめっき液導入管１０４がアノード９８の上面に当接して配置され、更に、ハウジング９４には、吸引室１００に連通するめっき液排出管１０６が接続されている。
【００４５】
前記めっき液導入管１０４は、マニホールド構造とすると被めっき面に均一なめっき液を供給するのに有効である。即ち、その長手方向に連続して延びるめっき液導入路１０４ａと該導入路１０４ａに沿った所定のピッチで、下方に連通する複数のめっき液導入孔１０４ｂが設けられ、また、アノード９８の該めっき液導入孔１０４ｂに対応する位置に、めっき液注入孔９８ａが設けられている。更に、アノード９８には、その全面に亘って上下に連通する多数の通孔９８ｂが設けられている。これにより、めっき液供給管１０２からめっき液導入管１０４に導入されためっき液は、めっき液導入孔１０４ｂ及びめっき液注入孔９８ａからアノード９８の下方に達し、またアノード９８をめっき液中に浸した状態で、めっき液排出管１０６を吸引することで、アノード９８の下方のめっき液は、通孔９８ｂから吸引室１００を通過して該めっき液排出管１０６から排出されるようになっている。
【００４６】
ここで、前記アノード９８は、スライムの生成を抑制するため、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成されている。このように、アノード９８に含リン銅を使用すると、めっきの進行に伴ってアノード９８の表面にブラックフィルムと呼ばれる黒膜が形成される。このブラックフィルムは、リンやＣｌを含むＣｕ＋錯体で、Ｃｕ２Ｃｌ２・Ｃｕ２Ｏ・Ｃｕ３Ｐ等で構成されるものである。このブラックフィルムの形成により銅の不均化反応が抑制されるので、ブラックフィルムをアノード９８の表面に安定して形成することは、めっきを安定化させる上で重要であるが、これが乾燥してアノード９８から脱落したり、酸化すると、パーティクルの原因となるばかりでなく、めっきの組成が変化してしまう。
【００４７】
そこで、この例にあっては、アノード９８の下面に該アノード９８の全面を覆う保水性材料からなるめっき液含浸材１１０を取付け、このめっき液含浸材１１０にめっき液を含ませて、アノード９８の表面を湿潤させることで、ブラックフィルムの基板の被めっき面への乾燥による脱落及び酸化を防止し、同時に基板の被めっき面とアノード９８との間にめっき液を注入する際に、空気を外部に抜きやすくしている。
【００４８】
このめっき液含浸材１１０は、保水性と透過性を有し、耐薬品性に優れたものである。特に、高濃度の硫酸を含む酸性めっき液に対して耐久性があり、しかも硫酸溶液中での不純物の溶出がめっき性能（成膜速度、比抵抗、パターン埋込み性）に悪影響を及ぼさないよう、例えばポリプロピレン製の繊維からなる織布で構成されている。なお、めっき液含浸材１１０の材料としては、ポリプロピレンの他にポリエチレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、テフロン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン及びこれらの誘導体が挙げられ、また織布の代わりに不織布またはスポンジ状の構造体であっても良い。また、アルミナやＳｉＣからなるポーラスセラミックス、焼結ポリプロピレンなども有効である。
【００４９】
即ち、下端に頭部を有する多数の固定ピン１１２を、この頭部をめっき液含浸材１１０の内部に上方に脱出不能に収納し軸部をアノード９８の内部を貫通させて配置し、この固定ピン１１２をＵ字状の板ばね１１４を介して上方に付勢させることで、アノード９８の下面にめっき液含浸材１１０を板ばね１１４の弾性力を介して密着させて取付けている。このように構成することにより、めっきの進行に伴って、アノード９８の肉厚が徐々に薄くなっても、アノード９８の下面にめっき液含浸材１１０を確実に密着させることができる。従って、アノード９８の下面とめっき液含浸材１１０との間に空気が混入してめっき不良の原因となることが防止される。
【００５０】
なお、アノードの上面側から、例えば径が２ｍｍ程度の円柱状のＰＶＣ（塩ビ）またはＰＥＴ製のピンをアノードを貫通させて配置し、アノード下面に現れた該ピンの先端面に接着剤を付けてめっき液含浸材と接着固定するようにしても良い。含浸材がポーラスセラミックスのように十分な剛性を有する場合は、含浸材を固定するピンなどは必要なく、含浸材上にアノードを載置するのみでも良い。
【００５１】
そして、前記電極部２８は、基板保持部３６がめっき位置Ｂ（図５参照）にある時に、基板保持部３６で保持された基板Ｗとめっき液含浸材１１０との隙間が、例えば０．５〜３ｍｍ程度となるまで下降し、この状態で、めっき液供給管１０２からめっき液を供給して、めっき液含浸材１１０にめっき液を含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード９８との間をめっき液で満たし、これによって、基板Ｗの被めっき面にめっきが施される。
【００５２】
この時、図２１に示すように、アノード９８のめっき液注入孔９８ａにおおよそ対応する位置で、めっき液含浸材１１０の下面からめっき液が基板Ｗの上面（被めっき面）に達し、これによって、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面を架橋するめっき液柱１２０が形成される。そして、めっき液の供給を継続することで、このめっき液柱１２０は徐々に成長したり、互いに繋がった後、図２２に示すように、めっき液導入管１０４と直交する方向に進行して基板Ｗの被めっき面の全面に拡がるめっき液Ｑの流れが生じる。
【００５３】
これにより、このめっき液Ｑの流れに乗って気泡Ｂが外方に押出され、しかもこのめっき液Ｑの流れの前線Ｑ１が略直線状になって、めっき液Ｑが空気を囲い込むことがない。このため、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面との間に満たされるめっき液中に気泡が残ってしまうことが防止される。
【００５４】
なお、図４に示すように、カソード部３８を支持する支柱８４の外方にストッパ棒１１６が立設され、このストッパ棒１１６の上面に支持枠９６の周囲に設けた突出部９６ａを当接させることで、電極部２８の下降が規制されるようになっている。
【００５５】
次に、前記めっき装置の動作について説明する。
先ず、ロード・アンロード部１０からめっき処理前の基板Ｗを搬送ロボット１４で取出し、被めっき面を上向きにした状態で、フレームの側面に設けられた基板搬出入口５０から一方のめっきユニット１２の内部に搬送する。この時、基板保持部３６は、下方の基板受渡し位置Ａにあり、搬送ロボット１４は、そのハンドがステージ６８の真上に到達した後に、ハンドを下降させることで、基板Ｗを支持腕７０上に載置する。そして、搬送ロボット１４のハンドを前記基板搬出入口５０を通って退去させる。
【００５６】
搬送ロボット１４のハンドの退去が完了した後、カップ４０を上昇させ、同時に基板受渡し位置Ａにあった基板保持部３６を前処理・洗浄位置Ｃに上昇させる。この時、この上昇に伴って、支持腕７０上に載置された基板は、台座７２と押付け片７４で位置決めされ、チャック爪７６で確実に把持される。
【００５７】
一方、電極アーム部３０の電極部２８は、この時点ではめっき液トレー２２上の通常位置にあって、めっき液含浸材１１０あるいはアノード９８がめっき液トレー２２内に位置しており、この状態でカップ４０の上昇と同時に、めっき液トレー２２及び電極部２８にめっき液の供給を開始する。そして、基板のめっき工程に移るまで、新しいめっき液を供給し、併せてめっき液排出管１０６を通じた吸引を行って、めっき液含浸材１１０に含まれるめっき液の交換と泡抜きを行う。なお、カップ４０の上昇が完了すると、フレーム側面の基板搬出入口５０はカップ４０で塞がれて閉じ、フレーム内外の雰囲気が遮断状態となる。
【００５８】
カップ４０が上昇するとプレコート処理に移る。即ち、基板Ｗを受け取った基板保持部３６を回転させ、待避位置にあったプレコート・回収アーム３２を基板と対峙する位置へ移動させる。そして、基板保持部３６の回転速度が設定値に到達したところで、プレコート・回収アーム３２の先端に設けられたプレコートノズル６４から、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板の被めっき面に吐出する。この時、基板保持部３６が回転しているため、プレコート液は基板Ｗの被めっき面の全面に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置へ戻し、基板保持部３６の回転速度を増して、遠心力により基板Ｗの被めっき面のプレコート液を振り切って乾燥させる。
【００５９】
プレコート完了後にめっき処理に移る。先ず、基板保持部３６を、この回転を停止、若しくは回転速度をめっき時速度まで低下させた状態で、めっきを施すめっき位置Ｂまで上昇させる。すると、基板Ｗの周縁部はカソード電極８８に接触して通電可能な状態となり、同時に基板Ｗの周縁部上面にシール材９０が圧接して、基板Ｗの周縁部が水密的にシールされる。
【００６０】
一方、搬入された基板Ｗのプレコート処理が完了したという信号に基づいて、電極アーム部３０をめっき液トレー２２上方からめっきを施す位置の上方に電極部２８が位置するように水平方向に旋回させ、この位置に到達した後に、電極部２８をカソード部３８に向かって下降させる。この時、めっき液含浸材１１０を基板Ｗの被めっき面に接触することなく、０.５ｍｍ〜３ｍｍ程度に近接した位置とする。電極部２８の下降が完了した時点で、めっき電流を投入し、めっき液供給管１０２からめっき液を電極部２８の内部に供給して、アノード９８を貫通しためっき液注入孔９８ａよりめっき液含浸材１１０にめっき液を供給する。
【００６１】
すると、アノード９８のめっき液注入孔９８ａに対応する位置で、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面を架橋するめっき液柱１２０が形成され、めっき液の供給の継続に伴って、めっき液柱１２０は徐々に成長し、互いに繋がった後、めっき液導入管１０４と直交する方向に進行して基板Ｗの被めっき面の全面に拡がる。これにより、このめっき液の流れに乗って気泡が外方に押出され、しかも、めっき液が空気を囲い込むことがないため、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面との間のめっき液中に気泡が残ってしまうことが防止される。従って、めっき液含浸材１１０から染み出した銅イオンを含むめっき液が、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面との間の隙間に気泡を残すことなく満たされ、基板の被めっき面に銅めっきが施される。この時、基板保持部３６を低速で回転させても良い。
【００６２】
なお、このめっき液注入時に、基板Ｗとアノード９８との間に一定電圧を負荷することが好ましい。これにより、めっき液接触部に一定密度の電流を流し、適切な電圧を選択することで、基板Ｗの銅シード層をエッチングから保護することができる。
【００６３】
また、めっき処理時に、めっき液注入孔９８ａよりめっき液含浸材１１０にめっき液を供給してめっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面との間にめっき液を注入し、同時に、めっき液排出管１０６からめっき液を吸引排出するようにしても良い。これにより、基板Ｗとアノード９８との間に満たされるめっき液をめっき処理中に循環させ攪拌させることで、めっき液中の気泡を抜くことができる。めっき液の注入／吸引はめっき初期のみではなく、めっき時間全般にわたり行ってもよい。
【００６４】
めっき処理が完了すると、電極アーム部３０を上昇させ旋回させてめっき液トレー２２上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置から基板Ｗに対峙する位置へ移動させて下降させ、めっき液回収ノズル６６から基板Ｗ上のめっきの残液を回収する。このめっき残液の回収が終了した後、プレコート・回収アーム３２を待避位置へ戻し、基板の被めっき面のリンスのために、純水用の固定ノズル３４から基板Ｗの中央部に純水を吐出し、同時に基板保持部３６をスピードを増して回転させて基板Ｗの表面のめっき液を純水に置換する。このように、基板Ｗのリンスを行うことで、基板保持部３６をめっき位置Ｂから下降させる際に、めっき液が跳ねて、カソード部３８のカソード電極８８が汚染されることが防止される。
【００６５】
リンス終了後に水洗工程に入る。即ち、基板保持部３６をめっき位置Ｂから前処理・洗浄位置Ｃへ下降させ、純水用の固定ノズル３４から純水を供給しつつ基板保持部を３６及びカソード部３８を回転させて水洗を実施する。この時、カソード部３８に直接供給した純水、又は基板Ｗの面から飛散した純水によってシール材９０及びカソード電極８８も基板と同時に洗浄することができる。
【００６６】
水洗完了後にドライ工程に入る。即ち、固定ノズル３４からの純水の供給を停止し、更に基板保持部３６及びカソード部３８の回転スピードを増して、遠心力により基板表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シール材９０及びカソード電極８８も乾燥させる。ドライ工程が完了すると基板保持部３６及びカソード部３８の回転を停止させ、基板保持部３６を基板受渡し位置Ａまで下降させる。すると、チャック爪７６による基板Ｗの把持が解かれ、基板Ｗは、支持腕７０の上面に載置された状態となる。これと同時に、カップ４０も下降させる。
【００６７】
以上でめっき処理及びそれに付帯する前処理や洗浄・乾燥工程の全工程を終了し、搬送ロボット１４は、そのハンドを基板搬出入口５０から基板Ｗの下方に挿入し、そのまま上昇させることで、基板保持部３６から処理後の基板Ｗを受取る。そして、搬送ロボット１４は、この基板保持部３６から受取った処理後の基板Ｗをロード・アンロード部１０に戻す。
【００６８】
ここで、図２３（ａ）に示すように、めっき液導入管１０４として、放射状（十字状）に互いに直交する方向に延びる翼部を有し、この各翼部の長さ方向に沿った所定の位置にめっき液導入孔１０４ｂを有するものを、アノード（図示せず）として、このめっき液導入孔１０４ｂに対応する位置にめっき液注入孔９８ａを有するものをそれぞれ使用しても良い。この場合、前述と同様に、アノードのめっき液注入孔９８ａにおおよそ対応する位置で、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面を架橋するめっき液柱が形成され、めっき液の供給の継続に伴って、めっき液柱が徐々に成長した後、めっき液導入管１０４で区画された各象限内を放射状に拡がるめっき液Ｑの流れが生じて、めっき液Ｑが基板Ｗの被めっき面の全面に拡がる。
【００６９】
また、図２３（ｂ）に示すように、めっき液導入管１０４を互いに連通させつつ同心円状に配置し、所定の位置にめっき液導入孔１０４ｂを設けた場合も同様のめっき液Ｑの流れが生じる。めっき液導入管１０４のめっき液導入孔１０４ｂは、等径の孔を等ピッチで設けても良いが、ピッチと孔径を調整してめっき液の吐出をコントロールすることも可能である。
【００７０】
また、図２４及び図２５に示すように、アノード９８の端部に１または複数のめっき液注入孔９８ａを集中して設け、この各めっき液注入孔９８ａにめっき液を同時に導入するようにしても良い。この場合、前述と同様に、アノード９８のめっき液注入孔９８ａにおおよそ対応する位置で、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面を架橋するめっき液柱１２０が形成され、めっき液の供給の継続に伴って、めっき液柱が徐々に成長した後、対面側の一方向に向かって流れるめっき液Ｑの流れが生じて、めっき液Ｑが基板Ｗの被めっき面の全面に拡がる。
【００７１】
更に、図２６及び図２７に示すように、基板Ｗを水平に保持した状態で、アノード９８側を基板Ｗに対して傾斜させて配置し、このアノード９８の基板Ｗに近接した位置にめっき液注入孔９８ａを設け、このめっき液注入孔９８ａにめっき液を導入すると同時に、アノード９８側を基板Ｗと水平となるように基板Ｗ側に徐々に倒すようにしても良い。この場合、前述と同様に、アノード９８のめっき液注入孔９８ａに対応する位置で、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面を架橋するめっき液柱１２０が形成され、アノード９８と基板Ｗの傾斜角度が徐々に小さくなるに従って、アノード９８と基板Ｗの被めっき面間のめっき液が一方向に展開するめっき液Ｑの流れが生じて、めっき液Ｑが基板Ｗの被めっき面の全面に拡がる。
【００７２】
なお、前記と逆に、アノード側を水平に、基板をアノード側に対して傾斜させて配置しておき、めっき液の注入と同時に基板をアノード側に平行となるように、徐々に倒すようにしても良い。
【００７３】
図２８及び図２９は、更に他のアノード９８とめっき液含浸材１１０を示すものである。即ち、この例において、めっき液含浸材１１０は、アルミナ，ＳｉＣ，ムライト，ジルコニア，チタニア，コージライト等の多孔質セラミックスまたはポリプロピレンやポリエチレン等の焼結体等の硬質の多孔質体、あるいはこれらの複合材料で構成されている。例えば、アルミナ系セラミックスにあっては、ポア径３０〜２００μｍ、気孔率２０〜９５％、厚み５〜２０ｍｍ、好ましくは８〜１５ｍｍ程度のものが使用される。
【００７４】
そして、このめっき液含浸材１１０は、その上部にフランジ部１１０ａが設けられ、このフランジ部１１０ａをハウジング９４と支持枠９６（図１７及び図１８参照）で挟持することで固定されており、このめっき液含浸材１１０の上面にアノード９８が載置保持されている。なお、この例の場合、多孔質体又はメッシュ状等、様々な形状のアノードを載置することが可能である。
【００７５】
このように、めっき液含浸材１１０を多孔質体で構成することで、この内部に複雑に入り込んだめっき液を介してめっき液含浸材１１０の内部の電気抵抗を増大させて、めっき膜厚の均一化を図るとともに、パーティクルの発生を防止することができる。また、めっき液含浸材１１０の上にアノード９８を載置保持することで、めっきの進行に伴ってアノード９８の下面のめっき液含浸材１１０と接触している側が溶解しても、アノード９８を固定するための治具を使用することなく、アノード９８自体の自重でアノード９８の下面と基板Ｗとの距離を一定に保ち、かつここに空気が混入して空気溜まりが生じてしまうことを防止することができる。
【００７６】
そして、この例では、アノード９８の上面に、図２２に示すものと同様に直径方向に延びる十字状の形状のめっき液導入管１０４が設置され、アノード９８の該めっき液導入管１０４に設けられためっき液導入孔１０４ｂに対向する位置にめっき液注入孔９８ａが設けられている。また、アノード９８には、多数の通孔９８ｂが設けられている。
【００７７】
この例によれば、アノード９８のめっき液注入孔９８ａにおおよそ対応する位置で、めっき液含浸材１１０の下面からめっき液が基板Ｗの上面（被めっき面）に達し、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面を架橋するめっき液柱１２０が形成される。この時、めっき液は、めっき液含浸材１１０の内部を流れる際に、その流れ方向に沿って僅かに拡散され、これによって、めっき液が基板Ｗの到達した時のシード層５（図１参照）に与えるダメージ、即ち局所的に噴流を当てることによるシード層の現象を軽減して、後のめっき工程の膜厚均一性に寄与することができる。
【００７８】
なお、図２９に仮想線で示すように、めっき液含浸材１１０の下面からめっき液が基板Ｗの上面（被めっき面）に達するめっき液柱１２０が形成された後、例えば基板Ｗを瞬時に上昇させて、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとを瞬時に近接させるようにしても良い。また、基板のエッジに僅かに圧力をかけて凹状に湾曲させた状態で、同じくめっき液柱１２０が形成された後、圧力を開放して基板の形状を元に戻させることで、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとを瞬時に近接させることも可能である。
【００７９】
これにより、例えばめっき液含浸材１１０の厚さが厚い場合や密度が高い（気孔率が低い）場合に、めっき液がめっき液含浸材１１０の内部を流れる際の抵抗が大きくなり、これによって、所定量のめっき液が出ずにめっき液柱１２０の結合が乱れ、この時に空気を巻き込んでも、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとを瞬時に近接させることで、めっき液に外方への急激な流れを生じさせて、このめっき液と共に気泡を外方に追い出し、同時に、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとの間へのめっき液の供給を短時間で行うことができる。
【００８０】
なお、無通電状態でのめっき液とシード層５（図１参照）の接触はシード層５の減少を招き、通電状態でも基板Ｗの表面にめっき液が短時間で拡がらないと、めっき初期の膜厚にバラツキが生じ、これらはその後のめっき膜厚の均一性を損なう原因となるが、このように、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとの間へのめっき液の供給を短時間で行うことで、これらの弊害を防止することができる。
【００８１】
また、図２８に示すように、めっき処理の最中に、めっき液注入孔９８ａよりめっき液含浸材１１０にめっき液を供給してめっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面との間にめっき液を注入し、同時に、通孔９８ｂを経由して、めっき液排出管１０６からこの注入されためっき液と同量のめっき液を吸引排出することもできる。
このように、めっき処理中にめっき液を攪拌することにより、液張りを行う際に抜くことができなかった気泡や、液張り後のめっき処理中に発生した気泡をも除去することが可能となる。
また、本めっき装置では、基板Ｗの被めっき面とアノード９８との間隔が狭く、使用するめっき液が少量で済む反面、めっき液中の添加剤やイオンが限られた量となるため、短時間で効率的なめっきを行うためには、それらの添加剤等をめっき液中に均一に分布する必要がある。この点、この例によれば、めっき処置中にめっき液が攪拌されるため、添加剤やイオンを均一に分布させた状態でのめっきが可能となる。
なお、図３０に示すように、アノード９８の上面に、めっき液導入管１０４とほぼ同様な構成の添加剤導入路１０５ａと添加剤導入口１０５ｂとを有する添加剤導入管１０５を更に設け、またアノード９８の該添加剤導入口１０５ｂに対向する位置に添加剤注入孔９８ｃを設けて、めっき処理中に添加剤注入孔９８ｃからレベラやキャリア等の添加剤やイオンを含む液（めっき液）を断続または連続的に供給し、これによって、めっきによって消費された添加剤やイオンを補給するようにしても良い。この場合、添加剤は微量であるので、通孔９８ｂからめっき液を排出する必要はない。また、めっき途中で添加剤成分比を変化させることで、ライン・アンド・スペース部（配線部）とフラット部の膜厚段差を小さくし、後工程のＣＭＰ特性を向上させることも可能である。
【００８２】
図３１及び図３２は、めっき液含浸材１１０を硬質の多孔質体で構成した例を示すもので、これは、めっき液含浸材１１０の下面に、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの相対的な回転によって、この間のめっき液を放射状に外方に拡がらせる手段を備えたものであり、その他の構成は、図２８及び図２９に示す例と同様である。
【００８３】
即ち、図３１は、めっき液含浸材１１０の下面に、外方に向け回転方向に沿って湾曲する複数の螺旋状の突起（羽根）１１０ｂを設けたものであり、図３２は、めっき液含浸材１１０の下面自体を、例えば１／１００程度のテーパを有する中央が下方に膨出するテーバ面１１０ｃとしたものである。
【００８４】
これらの例あっては、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面を架橋するめっき液柱１２０が形成された後、例えば基板Ｗを回転させて、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとを相対的に回転させるのであり、これにより、この回転に伴って、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとの間のめっき液を攪拌しつつ放射状に外方に拡がらせることで、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとの間に入り込んだ気泡Ｂをめっき液と共に強制的に外方に追い出し、同時に、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとの間へのめっき液の供給を短時間で行うことができる。
【００８５】
特に、図３１に示すように、めっき液含浸材１１０の下面に、めっき液の拡がりを助長する整流作用と回転に伴う攪拌作用を有する突起１１０ｂを設けることで、めっき液中の限られた添加剤やイオンを基板Ｗの表面に均一に分布させることができる。
なお、図３１に示す螺旋状の突起１１０ｂの代わりに、外方に放射状に拡がる突起を設けたり、これらの突起の代わりに、窪み（溝）を設けても良く、また図３２に示すテーパ面１１０ｃの代わりに円弧状のラウンド形状にしても良い。
【００８６】
更に、図３３に示すように、周縁部をシール材９０で水密的にシールした基板Ｗの被めっき面の上方に予めめっき液を張り、例えば、図３２に示す下面をテーパ面１１０ｃとしためっき液含浸材１１０を回転させながら下降させることで、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとを相対的に回転させながら徐々に近づけて、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとの間をめっき液で満たすようにしても良い。これにより、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとの間の気泡Ｂを、両者が互いに近接するに従って、徐々に外方に移動させて確実に追い出して、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとの間を気泡のないめっき液で満たすことができる。
なお、前記各実施の形態にあっては、基板を上向きに保持した例を示しているが、基板とアノードとの上下関係はこれに限定されるものではないことは勿論である。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板保持部で基板を上向きに保持した状態で、めっき処理とめっき処理に付帯した前処理や洗浄・乾燥処理といった他の処理をめっき処理に前後して行うことができる。従って、装置として簡素化を図るとともに、小さな占有面積で済むめっき装置を安価に提供できる。しかも、基板の被めっき面とアノードとの間を気泡を残すことなくめっき液で満たすことができるので、被めっき面に均一で良質なめっき被膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の基板めっき方法によってめっきを行う工程の一例を示す断面図である。
【図２】 基板めっき装置の全体を示す平面図である。
【図３】めっきユニットを示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】基板保持部及びカソード部の拡大断面図である。
【図６】図３の正面図である。
【図７】図３の右側面図である。
【図８】図３の背面図である。
【図９】図３の左側面図である。
【図１０】プレコート・回収アームを示す正面図である。
【図１１】基板保持部の平面図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１３】図１１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】カソード部の平面図である。
【図１５】図１４のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１６】電極アームの平面図である。
【図１７】図１６の縦断正面図である。
【図１８】図１６のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１９】図１８の一部を拡大して示す拡大図である。
【図２０】電極アームの電極部のハウジングを除いた状態の平面図である。
【図２１】基板の被めっき面とアノードとの間にめっき液を注入した初期の段階を模式的に示す断面図である。
【図２２】同じく、めっき液が基板の被めっき面の全面に拡がって行く状態を模式的に示す平面図である。
【図２３】 めっき液が基板の被めっき面の全面に拡がって行く状態のそれぞれ異なる他の例を模式的に示す平面図である。
【図２４】 他の例における基板の被めっき面とアノードとの間にめっき液を注入した初期の段階を模式的に示す断面図である。
【図２５】同じく、図２２相当図である。
【図２６】 本発明の実施の形態における基板の被めっき面とアノードとの間にめっき液を注入した初期の段階を模式的に示す断面図である。
【図２７】同じく、図２２相当図である。
【図２８】 他のめっき装置の要部を示す斜視図である。
【図２９】同じく、縦断正面図である。
【図３０】 更に他のめっき装置の要部を示す斜視図である。
【図３１】 図３０に示すめっき装置におけるめっき液含浸材を示す正面図（ａ）、及び底面図（ｂ）である。
【図３２】 更に他のめっき液含浸材を示す正面図（ａ）、及び底面図（ｂ）である。
【図３３】 図３２に示すめっき液含浸材の他の使用例を示す正面図である。
【符号の説明】
１０ ロード・アンロード部
１２ めっきユニット
１４ 搬送ロボット
２０ 基板処理部
２２ めっき液トレー
２６ 揺動アーム
２８ 電極部
３０ 電極アーム部
３２ プレコート・回収アーム
３４ 固定ノズル
３６ 基板保持部
３８ カソード部
４０ カップ
５０ 基板搬出入口
５８ 支持軸
６４ プレコートノズル
６６ めっき液回収ノズル
６８ ステージ
７０ 支持腕
７２ 位置決め板
７４ 押付け片
７６ チャック爪
７８ コイルばね
８０ 押圧棒
８２ 支持板
８４ 支柱
８６ 枠体
８８ カソード電極
９０ シール材
９２ ボールベアリング
９４ ハウジング
９８ アノード
９８ａ めっき液注入孔
９８ｂ 通孔
１００ 吸引室
１０２ めっき液供給管
１０４ めっき液導入管
１０４ｂ めっき液導入孔
１０６ めっき液排出管
１１０ めっき液含浸材
１１０ａ フランジ部
１１０ｂ 突起
１１０ｃ テーパ面
１１２ 固定ピン
１２０ めっき液柱
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板のめっき方法に係り、特に半導体基板に形成された微細配線パターン（窪み）に銅（Ｃｕ）等の金属を充填する等の用途の基板のめっき方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板上に配線回路を形成するための材料としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金が一般に用いられているが、集積度の向上に伴い、より伝導率の高い材料を配線材料に採用することが要求されている。このため、基板にめっき処理を施して、基板に形成された配線パターンに銅またはその合金を充填する方法が提案されている。
【０００３】
これは、配線パターンに銅またはその合金を充填する方法としては、ＣＶＤ（化学的蒸着）やスパッタリング等各種の方法が知られているが、金属層の材質が銅またはその合金である場合、即ち、銅配線を形成する場合には、ＣＶＤではコストが高く、またスパッタリングでは高アスペクト（パターンの深さの比が幅に比べて大きい）の場合に埋込みが不可能である等の短所を有しており、めっきによる方法が最も有効だからである。
【０００４】
ここで、半導体基板上に銅めっきを施す方法としては、カップ式やディップ式のようにめっき槽に常時めっき液を張ってそこに基板を浸す方法と、めっき槽に基板が供給された時にのみめっき液を張る方法、また、電位差をかけていわゆる電解めっきを行う方法と、電位差をかけない無電解めっきを行う方法など、種々の方法がある。
【０００５】
従来、この種の銅めっきを行うめっき装置には、めっき工程を行うユニットの他に、めっきに付帯する前処理工程を行うユニットや、めっき後の洗浄・乾燥工程を行うユニット等の複数のユニットと、これらの各ユニット間で基板の搬送を行う搬送ロボットが水平に配置されて備えられていた。そして、基板は、これらの各ユニット間を搬送されつつ、各ユニットで所定の処理が施され、めっき処理後の次工程に順次送られるようになっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のめっき装置にあっては、めっき処理や前処理といった各工程毎に別々のユニットが備えられ、各ユニットに基板が搬送されて処理されるようになっていたため、装置としてかなり複雑で制御が困難となるばかりでなく、大きな占有面積を占め、しかも製造コストがかなり高価であるといった問題があった。
【０００７】
また、電解めっきにあっては、基板（カソード）の被めっき面とアノードとの間に満たされためっき液中に気泡が存在すると、絶縁体である気泡があたかもアノードマスクとして機能して、その部分に対応する位置に形成されるめっきの膜厚が薄くなったり、完全なめっき欠けを生ずることがある。このため、均一で良質なめっき被膜を得るためには、基板の被めっき面とアノードとの間のめっき液に気泡が残らないようにする必要がある。
【０００８】
本発明は上記に鑑みて為されたもので、めっき処理及びそれに付帯する処理を単一のユニットで行うことができ、しかも基板の被めっき面とアノードとの間に満たされるめっき液中に気泡が残らないようにした基板のめっき方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、カソードと通電させた基板の被めっき面の少なくとも一部にアノードを近接させて配置して、被めっき面とアノードとの間にめっき液を注入するにあたり、前記アノードと基板の一方を水平に、他方を傾斜させて配置し、両者が近接した端部側にめっき液を注入して基板の被めっき面とアノードとの間を架橋するめっき液柱を形成し、該めっき液柱を起点としてめっき液を注入しながら、アノードと基板とを平行にすることを特徴とする基板のめっき方法である。
【００２１】
これにより、アノードと基板の傾斜角度が徐々に小さくなるに従って、アノードと基板の被めっき面間のめっき液が一方向に展開するめっき液の流れが生じる。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、前記被めっき面とアノードとの間にめっき液含浸材を配置し、この部材にめっき液を含ませることを特徴とする請求項１記載の基板のめっき方法である。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、前記めっき液含浸材は硬質の多孔質体からなり、めっき液含浸材と被めっき面との間に該めっき液含浸材で拡散させためっき液柱を形成することを特徴とする請求項２記載の基板のめっき方法である。これにより、めっき液が基板の被めっき面に設けられているシード層に与えるダメージを軽減することができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、前記めっき液含浸材と基板の被めっき面との間にめっき液柱を形成した後、めっき液含浸材と基板とを瞬時に近接させることを特徴とする請求項２又は３記載の基板のめっき方法である。これにより、めっき液含浸材と基板とを瞬時に近接させることで、めっき液に外方への急激な流れを生じさせて、このめっき液と共に気泡を外方に追い出し、同時に、めっき液含浸材と基板との間へのめっき液の供給を短時間で行うことができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、上向きにしてカソードと通電させた基板の被めっき面の少なくとも一部にアノードを近接させて配置して、被めっき面とアノードとの間の空間をめっき液で満たすにあたり、基板の被めっき面にめっき液を張り、基板とアノードとを相対的に回転させながら徐々に近づけることを特徴とする基板のめっき方法である。これにより、基板とアノードとの間の気泡を、両者が互いに近接するに従って、徐々に外方に移動させて追い出すことができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、前記アノードの下面には、保水性を有する多孔質体からなるめっき液含浸材が配置され、このめっき液含浸材の下面には、該めっき液含浸材と基板との相対的な回転によって、この間のめっき液を放射状に外方に拡がらせる、外方に向け回転方向に沿って湾曲する複数の螺旋状の突起または溝が備えられているか、またはめっき液含浸材の下面自体を中央が下方に膨出するテーパ面としたことを特徴とする請求項５記載の基板のめっき方法である。これにより、基板とアノードとの間の気泡をほぼ完全に追い出すことができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、めっき処理時に、基板とアノードとの間にめっき液を注入しつつ、この注入しためっき液を基板とアノードとの間から吸引することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の基板のめっき方法である。これにより、基板とアノードとの間に満たされためっき液をめっき処理中に循環させ攪拌させることで、めっき液中の気泡を抜くことができる。
請求項８に記載の発明は、基板を回転させながら、前記アノードと該基板とを平行にすることを特徴とする請求項１記載の基板のめっき方法である。
【００２８】
【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。この実施の形態の基板のめっき方法は、半導体基板の表面に電解銅めっきを施して、銅層からなる配線が形成された半導体装置を得るのに使用される。このめっき工程を図１を参照して説明する。
【００２９】
半導体基板Ｗには、図１（ａ）に示すように半導体素子が形成された半導体基板１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる絶縁膜２が堆積され、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が形成され、その上に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スパッタリング等により銅シード層７が形成されている。
【００３０】
そして、図１（ｂ）に示すように、前記半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基板１のコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜２上に銅層６を堆積させる。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅層６を除去して、コンタクトホール３および配線用の溝４に充填させた銅層６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように銅層６からなる配線が形成される。
【００３１】
図２は、基板のめっき装置の全体を示す平面図で、図２に示すように、このめっき装置には、同一設備内に位置して、内部に複数の基板Ｗを収納する２基のロード・アンロード部１０と、めっき処理及びその付帯処理を行う２基のめっきユニット１２と、ロード・アンロード部１０とめっきユニット１２との間で基板Ｗの受渡しを行う搬送ロボット１４と、めっき液タンク１６を有するめっき液供給設備１８が備えられている。
【００３２】
前記めっきユニット１２には、図３に示すように、めっき処理及びその付帯処理を行う基板処理部２０が備えられ、この基板処理部２０に隣接して、めっき液を溜めるめっき液トレー２２が配置されている。また、回転軸２４を中心に揺動する揺動アーム２６の先端に保持されて前記基板処理部２０とめっき液トレー２２との間を揺動する円板状の電極部２８を有する電極アーム部３０が備えられている。更に、基板処理部２０の側方に位置して、プレコート・回収アーム３２と、純水やイオン水等の薬液、更には気体等を基板に向けて噴射する固定ノズル３４が配置されている。この例にあっては、３個の固定ノズル３４が備えられ、その内の１個を純水の供給用に用いている。
【００３３】
前記基板処理部２０には、図４及び図５に示すように、被めっき面を上向きにして基板Ｗを保持する基板保持部３６と、この基板保持部３６の上方に該基板保持部３６の周縁部を囲繞するように配置されたカソード部３８が備えられている。更に、基板保持部３６の周囲を囲繞して処理中に用いる各種薬液の飛散を防止する有底略円筒状のカップ４０が、エアシリンダ４２を介して上下動自在に配置されている。
【００３４】
ここで、前記基板保持部３６は、エアシリンダ４４によって、下方の基板受渡し位置Ａと、上方のめっき位置Ｂと、これらの中間の前処理・洗浄位置Ｃとの間を昇降し、回転モータ４６及びベルト４８を介して、任意の加速度及び回転速度で前記カソード部３８と一体に回転するように構成されている。この基板受渡し位置Ａに対向して、めっきユニット１２のフレーム側面の搬送ロボット１４側には、図７に示すように、基板搬出入口５０が設けられ、また基板保持部３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、基板保持部３６で保持された基板Ｗの周縁部に下記のカソード部３８のシール材９０とカソード電極８８が当接するようになっている。一方、前記カップ４０は、その上端が前記基板搬出入口５０の下方に位置し、図５に仮想線で示すように、上昇した時に前記基板搬出入口５０を塞いでカソード部３８の上方に達するようになっている。
【００３５】
前記めっき液トレー２２は、めっきを実施していない時に、電極アーム部３０の下記のめっき液含浸材１１０及びアノード９８をめっき液で湿潤させるためのもので、図６に示すように、このめっき液含浸材１１０が収容できる大きさに設定され、図示しないめっき液供給口とめっき液排水口を有している。また、フォトセンサがめっき液トレー２２に取り付けられており、めっき液トレー２２内のめっき液の満水、即ちオーバーフローと排水の検出が可能になっている。めっき液トレー２２の底板は着脱が可能であり、めっき液トレー２２の周辺には、図示しない局所排気口が設置されている。
【００３６】
前記電極アーム部３０は、図８及び図９に示すように、上下動モータ５４と図示しないボールねじを介して上下動し、旋回モータ５６を介して、前記めっき液トレー２２と基板処理部２０との間を旋回（揺動）するようになっている。
【００３７】
また、プレコート・回収アーム３２は、図１０に示すように、上下方向に延びる支持軸５８の上端に連結されて、ロータリアクチュエータ６０を介して旋回（揺動）し、エアシリンダ６２（図７参照）を介して上下動するよう構成されている。このプレコート・回収アーム３２には、その自由端側にプレコート液吐出用のプレコートノズル６４が、基端側にめっき液回収用のめっき液回収ノズル６６がそれぞれ保持されている。そして、プレコートノズル６４は、例えばエアシリンダによって駆動するシリンジに接続されて、プレコート液がプレコートノズル６４から間欠的に吐出され、また、めっき液回収ノズル６６は、例えばシリンダポンプまたはアスピレータに接続されて、基板上のめっき液がめっき液回収ノズル６６から吸引されるようになっている。
【００３８】
前記基板保持部３６は、図１１乃至図１３に示すように、円板状のステージ６８を備え、このステージ６８の周縁部の円周方向に沿った６カ所に、上面に段差部を有する台座７２を備え基板Ｗを水平に載置して保持する支持腕７０が立設されている。この支持腕７０の内の一つは、爪を有しておらず、この爪を有さない支持腕７０に対向する支持腕７０の上端には、基板Ｗの端面に当接し回動して基板Ｗを前記爪を有さない支持腕７０の台座７２の段差部に押付ける押付け片７４が回動自在に支承されている。また、他の４個の支持腕７０の上端には、回動して基板Ｗをこの上方から下方に押付けるチャック爪７６が回動自在に支承されている。
【００３９】
ここで、前記押付け片７４及びチャック爪７６の下端は、コイルばね７８を介して下方に付勢した押圧棒８０の上端に連結されて、この押圧棒８０の下動に伴って押付け片７４及びチャック爪７６が内方に回動して閉じるようになっており、ステージ６８の下方には前記押圧棒８０に下面に当接してこれを上方に押上げる支持板８２が配置されている。
【００４０】
これにより、基板保持部３６が図５に示す基板受渡し位置Ａに位置する時、押圧棒８０は支持板８２に当接し上方に押上げられて、押付け片７４及びチャック爪７６が外方に回動して開き、ステージ６８を上昇させると、押圧棒８０がコイルばね７８の弾性力で下降して、押付け片７４及びチャック爪７６が内方に回転して閉じるようになっている。
【００４１】
前記カソード部３８は、図１４及び図１５に示すように、前記支持板８２（図５及び図１３等参照）の周縁部に立設した支柱８４の上端に固着した環状の枠体８６と、この枠体８６の下面に内方に突出させて取付けた、この例では６分割されたカソード電極８８と、このカソード電極８８の上方を覆うように前記枠体８６の上面に取付けた環状のシール材９０とを有している。このシール材９０は、その内周縁部が内方に向け下方に傾斜し、かつ徐々に薄肉となって、内周端部が下方に垂下するように構成されている。
【００４２】
これにより、図５に示すように、基板保持部３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、この基板保持部３６で保持した基板Ｗの周縁部にカソード電極８８が押付けられて通電し、同時にシール材９０の内周端部が基板Ｗの周縁部上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板の上面（被めっき面）に供給されためっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止するとともに、めっき液がカソード電極８８を汚染することを防止するようになっている。
【００４３】
なお、この例において、カソード部３８は、上下動不能で基板保持部３６と一体に回転するようになっているが、上下動自在で、下降した時にシール材９０が基板Ｗの被めっき面に圧接するように構成しても良い。
【００４４】
前記電極アーム部３０の電極部２８は、図１６乃至図２０に示すように、揺動アーム２６の自由端にボールベアリング９２を介して連結したハウジング９４と、このハウジング９４の周囲を囲繞する中空の支持枠９６と、前記ハウジング９４と支持枠９６で周縁部を挟持して固定したアノード９８とを有し、このアノード９８は、前記ハウジング９４の開口部を覆って、ハウジング９４の内部に吸引室１００が形成されている。この吸引室１００の内部には、めっき液供給設備１８（図２参照）から延びるめっき液供給管１０２に接続され直径方向に延びるめっき液導入管１０４がアノード９８の上面に当接して配置され、更に、ハウジング９４には、吸引室１００に連通するめっき液排出管１０６が接続されている。
【００４５】
前記めっき液導入管１０４は、マニホールド構造とすると被めっき面に均一なめっき液を供給するのに有効である。即ち、その長手方向に連続して延びるめっき液導入路１０４ａと該導入路１０４ａに沿った所定のピッチで、下方に連通する複数のめっき液導入孔１０４ｂが設けられ、また、アノード９８の該めっき液導入孔１０４ｂに対応する位置に、めっき液注入孔９８ａが設けられている。更に、アノード９８には、その全面に亘って上下に連通する多数の通孔９８ｂが設けられている。これにより、めっき液供給管１０２からめっき液導入管１０４に導入されためっき液は、めっき液導入孔１０４ｂ及びめっき液注入孔９８ａからアノード９８の下方に達し、またアノード９８をめっき液中に浸した状態で、めっき液排出管１０６を吸引することで、アノード９８の下方のめっき液は、通孔９８ｂから吸引室１００を通過して該めっき液排出管１０６から排出されるようになっている。
【００４６】
ここで、前記アノード９８は、スライムの生成を抑制するため、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成されている。このように、アノード９８に含リン銅を使用すると、めっきの進行に伴ってアノード９８の表面にブラックフィルムと呼ばれる黒膜が形成される。このブラックフィルムは、リンやＣｌを含むＣｕ＋錯体で、Ｃｕ２Ｃｌ２・Ｃｕ２Ｏ・Ｃｕ３Ｐ等で構成されるものである。このブラックフィルムの形成により銅の不均化反応が抑制されるので、ブラックフィルムをアノード９８の表面に安定して形成することは、めっきを安定化させる上で重要であるが、これが乾燥してアノード９８から脱落したり、酸化すると、パーティクルの原因となるばかりでなく、めっきの組成が変化してしまう。
【００４７】
そこで、この例にあっては、アノード９８の下面に該アノード９８の全面を覆う保水性材料からなるめっき液含浸材１１０を取付け、このめっき液含浸材１１０にめっき液を含ませて、アノード９８の表面を湿潤させることで、ブラックフィルムの基板の被めっき面への乾燥による脱落及び酸化を防止し、同時に基板の被めっき面とアノード９８との間にめっき液を注入する際に、空気を外部に抜きやすくしている。
【００４８】
このめっき液含浸材１１０は、保水性と透過性を有し、耐薬品性に優れたものである。特に、高濃度の硫酸を含む酸性めっき液に対して耐久性があり、しかも硫酸溶液中での不純物の溶出がめっき性能（成膜速度、比抵抗、パターン埋込み性）に悪影響を及ぼさないよう、例えばポリプロピレン製の繊維からなる織布で構成されている。なお、めっき液含浸材１１０の材料としては、ポリプロピレンの他にポリエチレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、テフロン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン及びこれらの誘導体が挙げられ、また織布の代わりに不織布またはスポンジ状の構造体であっても良い。また、アルミナやＳｉＣからなるポーラスセラミックス、焼結ポリプロピレンなども有効である。
【００４９】
即ち、下端に頭部を有する多数の固定ピン１１２を、この頭部をめっき液含浸材１１０の内部に上方に脱出不能に収納し軸部をアノード９８の内部を貫通させて配置し、この固定ピン１１２をＵ字状の板ばね１１４を介して上方に付勢させることで、アノード９８の下面にめっき液含浸材１１０を板ばね１１４の弾性力を介して密着させて取付けている。このように構成することにより、めっきの進行に伴って、アノード９８の肉厚が徐々に薄くなっても、アノード９８の下面にめっき液含浸材１１０を確実に密着させることができる。従って、アノード９８の下面とめっき液含浸材１１０との間に空気が混入してめっき不良の原因となることが防止される。
【００５０】
なお、アノードの上面側から、例えば径が２ｍｍ程度の円柱状のＰＶＣ（塩ビ）またはＰＥＴ製のピンをアノードを貫通させて配置し、アノード下面に現れた該ピンの先端面に接着剤を付けてめっき液含浸材と接着固定するようにしても良い。含浸材がポーラスセラミックスのように十分な剛性を有する場合は、含浸材を固定するピンなどは必要なく、含浸材上にアノードを載置するのみでも良い。
【００５１】
そして、前記電極部２８は、基板保持部３６がめっき位置Ｂ（図５参照）にある時に、基板保持部３６で保持された基板Ｗとめっき液含浸材１１０との隙間が、例えば０．５〜３ｍｍ程度となるまで下降し、この状態で、めっき液供給管１０２からめっき液を供給して、めっき液含浸材１１０にめっき液を含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード９８との間をめっき液で満たし、これによって、基板Ｗの被めっき面にめっきが施される。
【００５２】
この時、図２１に示すように、アノード９８のめっき液注入孔９８ａにおおよそ対応する位置で、めっき液含浸材１１０の下面からめっき液が基板Ｗの上面（被めっき面）に達し、これによって、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面を架橋するめっき液柱１２０が形成される。そして、めっき液の供給を継続することで、このめっき液柱１２０は徐々に成長したり、互いに繋がった後、図２２に示すように、めっき液導入管１０４と直交する方向に進行して基板Ｗの被めっき面の全面に拡がるめっき液Ｑの流れが生じる。
【００５３】
これにより、このめっき液Ｑの流れに乗って気泡Ｂが外方に押出され、しかもこのめっき液Ｑの流れの前線Ｑ１が略直線状になって、めっき液Ｑが空気を囲い込むことがない。このため、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面との間に満たされるめっき液中に気泡が残ってしまうことが防止される。
【００５４】
なお、図４に示すように、カソード部３８を支持する支柱８４の外方にストッパ棒１１６が立設され、このストッパ棒１１６の上面に支持枠９６の周囲に設けた突出部９６ａを当接させることで、電極部２８の下降が規制されるようになっている。
【００５５】
次に、前記めっき装置の動作について説明する。
先ず、ロード・アンロード部１０からめっき処理前の基板Ｗを搬送ロボット１４で取出し、被めっき面を上向きにした状態で、フレームの側面に設けられた基板搬出入口５０から一方のめっきユニット１２の内部に搬送する。この時、基板保持部３６は、下方の基板受渡し位置Ａにあり、搬送ロボット１４は、そのハンドがステージ６８の真上に到達した後に、ハンドを下降させることで、基板Ｗを支持腕７０上に載置する。そして、搬送ロボット１４のハンドを前記基板搬出入口５０を通って退去させる。
【００５６】
搬送ロボット１４のハンドの退去が完了した後、カップ４０を上昇させ、同時に基板受渡し位置Ａにあった基板保持部３６を前処理・洗浄位置Ｃに上昇させる。この時、この上昇に伴って、支持腕７０上に載置された基板は、台座７２と押付け片７４で位置決めされ、チャック爪７６で確実に把持される。
【００５７】
一方、電極アーム部３０の電極部２８は、この時点ではめっき液トレー２２上の通常位置にあって、めっき液含浸材１１０あるいはアノード９８がめっき液トレー２２内に位置しており、この状態でカップ４０の上昇と同時に、めっき液トレー２２及び電極部２８にめっき液の供給を開始する。そして、基板のめっき工程に移るまで、新しいめっき液を供給し、併せてめっき液排出管１０６を通じた吸引を行って、めっき液含浸材１１０に含まれるめっき液の交換と泡抜きを行う。なお、カップ４０の上昇が完了すると、フレーム側面の基板搬出入口５０はカップ４０で塞がれて閉じ、フレーム内外の雰囲気が遮断状態となる。
【００５８】
カップ４０が上昇するとプレコート処理に移る。即ち、基板Ｗを受け取った基板保持部３６を回転させ、待避位置にあったプレコート・回収アーム３２を基板と対峙する位置へ移動させる。そして、基板保持部３６の回転速度が設定値に到達したところで、プレコート・回収アーム３２の先端に設けられたプレコートノズル６４から、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板の被めっき面に吐出する。この時、基板保持部３６が回転しているため、プレコート液は基板Ｗの被めっき面の全面に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置へ戻し、基板保持部３６の回転速度を増して、遠心力により基板Ｗの被めっき面のプレコート液を振り切って乾燥させる。
【００５９】
プレコート完了後にめっき処理に移る。先ず、基板保持部３６を、この回転を停止、若しくは回転速度をめっき時速度まで低下させた状態で、めっきを施すめっき位置Ｂまで上昇させる。すると、基板Ｗの周縁部はカソード電極８８に接触して通電可能な状態となり、同時に基板Ｗの周縁部上面にシール材９０が圧接して、基板Ｗの周縁部が水密的にシールされる。
【００６０】
一方、搬入された基板Ｗのプレコート処理が完了したという信号に基づいて、電極アーム部３０をめっき液トレー２２上方からめっきを施す位置の上方に電極部２８が位置するように水平方向に旋回させ、この位置に到達した後に、電極部２８をカソード部３８に向かって下降させる。この時、めっき液含浸材１１０を基板Ｗの被めっき面に接触することなく、０.５ｍｍ〜３ｍｍ程度に近接した位置とする。電極部２８の下降が完了した時点で、めっき電流を投入し、めっき液供給管１０２からめっき液を電極部２８の内部に供給して、アノード９８を貫通しためっき液注入孔９８ａよりめっき液含浸材１１０にめっき液を供給する。
【００６１】
すると、アノード９８のめっき液注入孔９８ａに対応する位置で、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面を架橋するめっき液柱１２０が形成され、めっき液の供給の継続に伴って、めっき液柱１２０は徐々に成長し、互いに繋がった後、めっき液導入管１０４と直交する方向に進行して基板Ｗの被めっき面の全面に拡がる。これにより、このめっき液の流れに乗って気泡が外方に押出され、しかも、めっき液が空気を囲い込むことがないため、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面との間のめっき液中に気泡が残ってしまうことが防止される。従って、めっき液含浸材１１０から染み出した銅イオンを含むめっき液が、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面との間の隙間に気泡を残すことなく満たされ、基板の被めっき面に銅めっきが施される。この時、基板保持部３６を低速で回転させても良い。
【００６２】
なお、このめっき液注入時に、基板Ｗとアノード９８との間に一定電圧を負荷することが好ましい。これにより、めっき液接触部に一定密度の電流を流し、適切な電圧を選択することで、基板Ｗの銅シード層をエッチングから保護することができる。
【００６３】
また、めっき処理時に、めっき液注入孔９８ａよりめっき液含浸材１１０にめっき液を供給してめっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面との間にめっき液を注入し、同時に、めっき液排出管１０６からめっき液を吸引排出するようにしても良い。これにより、基板Ｗとアノード９８との間に満たされるめっき液をめっき処理中に循環させ攪拌させることで、めっき液中の気泡を抜くことができる。めっき液の注入／吸引はめっき初期のみではなく、めっき時間全般にわたり行ってもよい。
【００６４】
めっき処理が完了すると、電極アーム部３０を上昇させ旋回させてめっき液トレー２２上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置から基板Ｗに対峙する位置へ移動させて下降させ、めっき液回収ノズル６６から基板Ｗ上のめっきの残液を回収する。このめっき残液の回収が終了した後、プレコート・回収アーム３２を待避位置へ戻し、基板の被めっき面のリンスのために、純水用の固定ノズル３４から基板Ｗの中央部に純水を吐出し、同時に基板保持部３６をスピードを増して回転させて基板Ｗの表面のめっき液を純水に置換する。このように、基板Ｗのリンスを行うことで、基板保持部３６をめっき位置Ｂから下降させる際に、めっき液が跳ねて、カソード部３８のカソード電極８８が汚染されることが防止される。
【００６５】
リンス終了後に水洗工程に入る。即ち、基板保持部３６をめっき位置Ｂから前処理・洗浄位置Ｃへ下降させ、純水用の固定ノズル３４から純水を供給しつつ基板保持部を３６及びカソード部３８を回転させて水洗を実施する。この時、カソード部３８に直接供給した純水、又は基板Ｗの面から飛散した純水によってシール材９０及びカソード電極８８も基板と同時に洗浄することができる。
【００６６】
水洗完了後にドライ工程に入る。即ち、固定ノズル３４からの純水の供給を停止し、更に基板保持部３６及びカソード部３８の回転スピードを増して、遠心力により基板表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シール材９０及びカソード電極８８も乾燥させる。ドライ工程が完了すると基板保持部３６及びカソード部３８の回転を停止させ、基板保持部３６を基板受渡し位置Ａまで下降させる。すると、チャック爪７６による基板Ｗの把持が解かれ、基板Ｗは、支持腕７０の上面に載置された状態となる。これと同時に、カップ４０も下降させる。
【００６７】
以上でめっき処理及びそれに付帯する前処理や洗浄・乾燥工程の全工程を終了し、搬送ロボット１４は、そのハンドを基板搬出入口５０から基板Ｗの下方に挿入し、そのまま上昇させることで、基板保持部３６から処理後の基板Ｗを受取る。そして、搬送ロボット１４は、この基板保持部３６から受取った処理後の基板Ｗをロード・アンロード部１０に戻す。
【００６８】
ここで、図２３（ａ）に示すように、めっき液導入管１０４として、放射状（十字状）に互いに直交する方向に延びる翼部を有し、この各翼部の長さ方向に沿った所定の位置にめっき液導入孔１０４ｂを有するものを、アノード（図示せず）として、このめっき液導入孔１０４ｂに対応する位置にめっき液注入孔９８ａを有するものをそれぞれ使用しても良い。この場合、前述と同様に、アノードのめっき液注入孔９８ａにおおよそ対応する位置で、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面を架橋するめっき液柱が形成され、めっき液の供給の継続に伴って、めっき液柱が徐々に成長した後、めっき液導入管１０４で区画された各象限内を放射状に拡がるめっき液Ｑの流れが生じて、めっき液Ｑが基板Ｗの被めっき面の全面に拡がる。
【００６９】
また、図２３（ｂ）に示すように、めっき液導入管１０４を互いに連通させつつ同心円状に配置し、所定の位置にめっき液導入孔１０４ｂを設けた場合も同様のめっき液Ｑの流れが生じる。めっき液導入管１０４のめっき液導入孔１０４ｂは、等径の孔を等ピッチで設けても良いが、ピッチと孔径を調整してめっき液の吐出をコントロールすることも可能である。
【００７０】
また、図２４及び図２５に示すように、アノード９８の端部に１または複数のめっき液注入孔９８ａを集中して設け、この各めっき液注入孔９８ａにめっき液を同時に導入するようにしても良い。この場合、前述と同様に、アノード９８のめっき液注入孔９８ａにおおよそ対応する位置で、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面を架橋するめっき液柱１２０が形成され、めっき液の供給の継続に伴って、めっき液柱が徐々に成長した後、対面側の一方向に向かって流れるめっき液Ｑの流れが生じて、めっき液Ｑが基板Ｗの被めっき面の全面に拡がる。
【００７１】
更に、図２６及び図２７に示すように、基板Ｗを水平に保持した状態で、アノード９８側を基板Ｗに対して傾斜させて配置し、このアノード９８の基板Ｗに近接した位置にめっき液注入孔９８ａを設け、このめっき液注入孔９８ａにめっき液を導入すると同時に、アノード９８側を基板Ｗと水平となるように基板Ｗ側に徐々に倒すようにしても良い。この場合、前述と同様に、アノード９８のめっき液注入孔９８ａに対応する位置で、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面を架橋するめっき液柱１２０が形成され、アノード９８と基板Ｗの傾斜角度が徐々に小さくなるに従って、アノード９８と基板Ｗの被めっき面間のめっき液が一方向に展開するめっき液Ｑの流れが生じて、めっき液Ｑが基板Ｗの被めっき面の全面に拡がる。
【００７２】
なお、前記と逆に、アノード側を水平に、基板をアノード側に対して傾斜させて配置しておき、めっき液の注入と同時に基板をアノード側に平行となるように、徐々に倒すようにしても良い。
【００７３】
図２８及び図２９は、更に他のアノード９８とめっき液含浸材１１０を示すものである。即ち、この例において、めっき液含浸材１１０は、アルミナ，ＳｉＣ，ムライト，ジルコニア，チタニア，コージライト等の多孔質セラミックスまたはポリプロピレンやポリエチレン等の焼結体等の硬質の多孔質体、あるいはこれらの複合材料で構成されている。例えば、アルミナ系セラミックスにあっては、ポア径３０〜２００μｍ、気孔率２０〜９５％、厚み５〜２０ｍｍ、好ましくは８〜１５ｍｍ程度のものが使用される。
【００７４】
そして、このめっき液含浸材１１０は、その上部にフランジ部１１０ａが設けられ、このフランジ部１１０ａをハウジング９４と支持枠９６（図１７及び図１８参照）で挟持することで固定されており、このめっき液含浸材１１０の上面にアノード９８が載置保持されている。なお、この例の場合、多孔質体又はメッシュ状等、様々な形状のアノードを載置することが可能である。
【００７５】
このように、めっき液含浸材１１０を多孔質体で構成することで、この内部に複雑に入り込んだめっき液を介してめっき液含浸材１１０の内部の電気抵抗を増大させて、めっき膜厚の均一化を図るとともに、パーティクルの発生を防止することができる。また、めっき液含浸材１１０の上にアノード９８を載置保持することで、めっきの進行に伴ってアノード９８の下面のめっき液含浸材１１０と接触している側が溶解しても、アノード９８を固定するための治具を使用することなく、アノード９８自体の自重でアノード９８の下面と基板Ｗとの距離を一定に保ち、かつここに空気が混入して空気溜まりが生じてしまうことを防止することができる。
【００７６】
そして、この例では、アノード９８の上面に、図２２に示すものと同様に直径方向に延びる十字状の形状のめっき液導入管１０４が設置され、アノード９８の該めっき液導入管１０４に設けられためっき液導入孔１０４ｂに対向する位置にめっき液注入孔９８ａが設けられている。また、アノード９８には、多数の通孔９８ｂが設けられている。
【００７７】
この例によれば、アノード９８のめっき液注入孔９８ａにおおよそ対応する位置で、めっき液含浸材１１０の下面からめっき液が基板Ｗの上面（被めっき面）に達し、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面を架橋するめっき液柱１２０が形成される。この時、めっき液は、めっき液含浸材１１０の内部を流れる際に、その流れ方向に沿って僅かに拡散され、これによって、めっき液が基板Ｗの到達した時のシード層５（図１参照）に与えるダメージ、即ち局所的に噴流を当てることによるシード層の現象を軽減して、後のめっき工程の膜厚均一性に寄与することができる。
【００７８】
なお、図２９に仮想線で示すように、めっき液含浸材１１０の下面からめっき液が基板Ｗの上面（被めっき面）に達するめっき液柱１２０が形成された後、例えば基板Ｗを瞬時に上昇させて、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとを瞬時に近接させるようにしても良い。また、基板のエッジに僅かに圧力をかけて凹状に湾曲させた状態で、同じくめっき液柱１２０が形成された後、圧力を開放して基板の形状を元に戻させることで、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとを瞬時に近接させることも可能である。
【００７９】
これにより、例えばめっき液含浸材１１０の厚さが厚い場合や密度が高い（気孔率が低い）場合に、めっき液がめっき液含浸材１１０の内部を流れる際の抵抗が大きくなり、これによって、所定量のめっき液が出ずにめっき液柱１２０の結合が乱れ、この時に空気を巻き込んでも、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとを瞬時に近接させることで、めっき液に外方への急激な流れを生じさせて、このめっき液と共に気泡を外方に追い出し、同時に、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとの間へのめっき液の供給を短時間で行うことができる。
【００８０】
なお、無通電状態でのめっき液とシード層５（図１参照）の接触はシード層５の減少を招き、通電状態でも基板Ｗの表面にめっき液が短時間で拡がらないと、めっき初期の膜厚にバラツキが生じ、これらはその後のめっき膜厚の均一性を損なう原因となるが、このように、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとの間へのめっき液の供給を短時間で行うことで、これらの弊害を防止することができる。
【００８１】
また、図２８に示すように、めっき処理の最中に、めっき液注入孔９８ａよりめっき液含浸材１１０にめっき液を供給してめっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面との間にめっき液を注入し、同時に、通孔９８ｂを経由して、めっき液排出管１０６からこの注入されためっき液と同量のめっき液を吸引排出することもできる。
このように、めっき処理中にめっき液を攪拌することにより、液張りを行う際に抜くことができなかった気泡や、液張り後のめっき処理中に発生した気泡をも除去することが可能となる。
また、本めっき装置では、基板Ｗの被めっき面とアノード９８との間隔が狭く、使用するめっき液が少量で済む反面、めっき液中の添加剤やイオンが限られた量となるため、短時間で効率的なめっきを行うためには、それらの添加剤等をめっき液中に均一に分布する必要がある。この点、この例によれば、めっき処置中にめっき液が攪拌されるため、添加剤やイオンを均一に分布させた状態でのめっきが可能となる。
なお、図３０に示すように、アノード９８の上面に、めっき液導入管１０４とほぼ同様な構成の添加剤導入路１０５ａと添加剤導入口１０５ｂとを有する添加剤導入管１０５を更に設け、またアノード９８の該添加剤導入口１０５ｂに対向する位置に添加剤注入孔９８ｃを設けて、めっき処理中に添加剤注入孔９８ｃからレベラやキャリア等の添加剤やイオンを含む液（めっき液）を断続または連続的に供給し、これによって、めっきによって消費された添加剤やイオンを補給するようにしても良い。この場合、添加剤は微量であるので、通孔９８ｂからめっき液を排出する必要はない。また、めっき途中で添加剤成分比を変化させることで、ライン・アンド・スペース部（配線部）とフラット部の膜厚段差を小さくし、後工程のＣＭＰ特性を向上させることも可能である。
【００８２】
図３１及び図３２は、めっき液含浸材１１０を硬質の多孔質体で構成した例を示すもので、これは、めっき液含浸材１１０の下面に、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの相対的な回転によって、この間のめっき液を放射状に外方に拡がらせる手段を備えたものであり、その他の構成は、図２８及び図２９に示す例と同様である。
【００８３】
即ち、図３１は、めっき液含浸材１１０の下面に、外方に向け回転方向に沿って湾曲する複数の螺旋状の突起（羽根）１１０ｂを設けたものであり、図３２は、めっき液含浸材１１０の下面自体を、例えば１／１００程度のテーパを有する中央が下方に膨出するテーバ面１１０ｃとしたものである。
【００８４】
これらの例あっては、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面を架橋するめっき液柱１２０が形成された後、例えば基板Ｗを回転させて、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとを相対的に回転させるのであり、これにより、この回転に伴って、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとの間のめっき液を攪拌しつつ放射状に外方に拡がらせることで、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとの間に入り込んだ気泡Ｂをめっき液と共に強制的に外方に追い出し、同時に、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとの間へのめっき液の供給を短時間で行うことができる。
【００８５】
特に、図３１に示すように、めっき液含浸材１１０の下面に、めっき液の拡がりを助長する整流作用と回転に伴う攪拌作用を有する突起１１０ｂを設けることで、めっき液中の限られた添加剤やイオンを基板Ｗの表面に均一に分布させることができる。
なお、図３１に示す螺旋状の突起１１０ｂの代わりに、外方に放射状に拡がる突起を設けたり、これらの突起の代わりに、窪み（溝）を設けても良く、また図３２に示すテーパ面１１０ｃの代わりに円弧状のラウンド形状にしても良い。
【００８６】
更に、図３３に示すように、周縁部をシール材９０で水密的にシールした基板Ｗの被めっき面の上方に予めめっき液を張り、例えば、図３２に示す下面をテーパ面１１０ｃとしためっき液含浸材１１０を回転させながら下降させることで、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとを相対的に回転させながら徐々に近づけて、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとの間をめっき液で満たすようにしても良い。これにより、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとの間の気泡Ｂを、両者が互いに近接するに従って、徐々に外方に移動させて確実に追い出して、めっき液含浸材１１０と基板Ｗとの間を気泡のないめっき液で満たすことができる。
なお、前記各実施の形態にあっては、基板を上向きに保持した例を示しているが、基板とアノードとの上下関係はこれに限定されるものではないことは勿論である。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板保持部で基板を上向きに保持した状態で、めっき処理とめっき処理に付帯した前処理や洗浄・乾燥処理といった他の処理をめっき処理に前後して行うことができる。従って、装置として簡素化を図るとともに、小さな占有面積で済むめっき装置を安価に提供できる。しかも、基板の被めっき面とアノードとの間を気泡を残すことなくめっき液で満たすことができるので、被めっき面に均一で良質なめっき被膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の基板めっき方法によってめっきを行う工程の一例を示す断面図である。
【図２】 基板めっき装置の全体を示す平面図である。
【図３】めっきユニットを示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】基板保持部及びカソード部の拡大断面図である。
【図６】図３の正面図である。
【図７】図３の右側面図である。
【図８】図３の背面図である。
【図９】図３の左側面図である。
【図１０】プレコート・回収アームを示す正面図である。
【図１１】基板保持部の平面図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１３】図１１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】カソード部の平面図である。
【図１５】図１４のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１６】電極アームの平面図である。
【図１７】図１６の縦断正面図である。
【図１８】図１６のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１９】図１８の一部を拡大して示す拡大図である。
【図２０】電極アームの電極部のハウジングを除いた状態の平面図である。
【図２１】基板の被めっき面とアノードとの間にめっき液を注入した初期の段階を模式的に示す断面図である。
【図２２】同じく、めっき液が基板の被めっき面の全面に拡がって行く状態を模式的に示す平面図である。
【図２３】 めっき液が基板の被めっき面の全面に拡がって行く状態のそれぞれ異なる他の例を模式的に示す平面図である。
【図２４】 他の例における基板の被めっき面とアノードとの間にめっき液を注入した初期の段階を模式的に示す断面図である。
【図２５】同じく、図２２相当図である。
【図２６】 本発明の実施の形態における基板の被めっき面とアノードとの間にめっき液を注入した初期の段階を模式的に示す断面図である。
【図２７】同じく、図２２相当図である。
【図２８】 他のめっき装置の要部を示す斜視図である。
【図２９】同じく、縦断正面図である。
【図３０】 更に他のめっき装置の要部を示す斜視図である。
【図３１】 図３０に示すめっき装置におけるめっき液含浸材を示す正面図（ａ）、及び底面図（ｂ）である。
【図３２】 更に他のめっき液含浸材を示す正面図（ａ）、及び底面図（ｂ）である。
【図３３】 図３２に示すめっき液含浸材の他の使用例を示す正面図である。
【符号の説明】
１０ ロード・アンロード部
１２ めっきユニット
１４ 搬送ロボット
２０ 基板処理部
２２ めっき液トレー
２６ 揺動アーム
２８ 電極部
３０ 電極アーム部
３２ プレコート・回収アーム
３４ 固定ノズル
３６ 基板保持部
３８ カソード部
４０ カップ
５０ 基板搬出入口
５８ 支持軸
６４ プレコートノズル
６６ めっき液回収ノズル
６８ ステージ
７０ 支持腕
７２ 位置決め板
７４ 押付け片
７６ チャック爪
７８ コイルばね
８０ 押圧棒
８２ 支持板
８４ 支柱
８６ 枠体
８８ カソード電極
９０ シール材
９２ ボールベアリング
９４ ハウジング
９８ アノード
９８ａ めっき液注入孔
９８ｂ 通孔
１００ 吸引室
１０２ めっき液供給管
１０４ めっき液導入管
１０４ｂ めっき液導入孔
１０６ めっき液排出管
１１０ めっき液含浸材
１１０ａ フランジ部
１１０ｂ 突起
１１０ｃ テーパ面
１１２ 固定ピン
１２０ めっき液柱
Claims (8)
- カソードと通電させた基板の被めっき面の少なくとも一部にアノードを近接させて配置して、被めっき面とアノードとの間にめっき液を注入するにあたり、
前記アノードと基板の一方を水平に、他方を傾斜させて配置し、
両者が近接した端部側にめっき液を注入して基板の被めっき面とアノードとの間を架橋するめっき液柱を形成し、
該めっき液柱を起点としてめっき液を注入しながら、アノードと基板とを平行にすることを特徴とする基板のめっき方法。 - 前記被めっき面とアノードとの間にめっき液含浸材を配置し、この部材にめっき液を含ませることを特徴とする請求項１記載の基板のめっき方法。
- 前記めっき液含浸材は硬質の多孔質体からなり、めっき液含浸材と被めっき面との間に該めっき液含浸材で拡散させためっき液柱を形成することを特徴とする請求項２記載の基板のめっき方法。
- 前記めっき液含浸材と基板の被めっき面との間にめっき液柱を形成した後、めっき液含浸材と基板とを瞬時に近接させることを特徴とする請求項２又は３記載の基板のめっき方法。
- 上向きにしてカソードと通電させた基板の被めっき面の少なくとも一部にアノードを近接させて配置して、被めっき面とアノードとの間の空間をめっき液で満たすにあたり、
基板の被めっき面にめっき液を張り、
基板とアノードとを相対的に回転させながら徐々に近づけることを特徴とする基板のめっき方法。 - 前記アノードの下面には、保水性を有する多孔質体からなるめっき液含浸材が配置され、このめっき液含浸材の下面には、該めっき液含浸材と基板との相対的な回転によって、この間のめっき液を放射状に外方に拡がらせる、外方に向け回転方向に沿って湾曲する複数の螺旋状の突起または溝が備えられているか、またはめっき液含浸材の下面自体を中央が下方に膨出するテーパ面としたことを特徴とする請求項５記載の基板のめっき方法。
- めっき処理時に、基板とアノードとの間にめっき液を注入しつつ、この注入しためっき液を基板とアノードとの間から吸引することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の基板のめっき方法。
- 基板を回転させながら、前記アノードと該基板とを平行にすることを特徴とする請求項１記載の基板のめっき方法。
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