JP4138587B2 - めっき方法及びめっき装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板等の基板に回路パターン配線等を金属めっきを用いて形成するためのめっき方法及びめっき装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、半導体基板上に、回路形状の微小溝や微孔を作成し、銅めっきによりこれらを埋め、残りの部分の銅めっき被膜をCMP(化学的機械的研磨)等の手段により除去して回路を形成することが行われている。図5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、まず、図5(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と配線用の微細溝4を形成し、その上にTaN等からなるバリア層5、さら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。そして図5(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及び微小溝4内に銅を充填すると共に、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及びバリア層5を除去して、コンタクトホール3及び配線用の微小溝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面にする。これにより、図5(c)に示すように銅膜6からなる配線が形成される。
【0003】
そしてこの技術においては、コンタクトホール(微孔)3や配線用の微小溝4の中に選択的に銅めっきが析出し、それ以外の部分では、銅めっきの析出が少ないことが望ましい。
【0004】
従来、このような目的を達成するために、めっき液の浴組成や、使用する光沢剤等、めっき液での工夫が行われており、これらによってある程度は目的が達成されるが、一定の限界があった。
【0005】
一方図6に示すように、例えば直径d1が0.2μm程度の微細穴8と、直径d2が100μm程度の大穴9とが混在する基板Wの表面に銅めっきを施して銅膜6を形成すると、めっき液やめっき液に含有される添加剤の働きを最適化したとしても、微細穴8の上ではめっきの成長が促進されて銅膜6が盛り上がる傾向があり、一方、大穴9の内部ではレベリング性を高めためっきの成長を行うことができないため、結果として、基板W上に堆積した銅膜6には、微細穴8上の漏り上がり高さaと、大穴9上の凹み深さbとをプラスした段差a+bが残る。このため、微細穴8及び大穴9の内部に銅を埋め込んだ状態で、基板Wの表面を平坦化させるには、銅膜6の膜厚を十分に厚くし、しかもCMPで前記段差a+b分余分に研磨する必要があった。
【0006】
しかしながらめっき膜のCMP工程を考えたとき、めっき膜厚を厚くして研磨量を多くすればするほど、CMPの加工時間が延びてしまい、これをカバーするためにCMPレートを上げれば、CMP加工時に大穴でのディッシングが生じるといった問題があった。
【0007】
つまりこれらを解決するには、めっき膜厚を極力薄くし、基板表面に微細穴と大穴が混在しても、めっき膜の盛り上がりや凹みを無くして、平坦性を上げる必要があるが、例えば電解硫酸銅浴でめっき処理を行った場合、めっき液や添加剤の作用だけで盛り上がりを減らすことと凹みを減らすことを両立することができないのが現状であった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、基板表面の微小溝や微孔の中に選択的に銅めっき等の金属めっきを析出することができるめっき装置及びめっき方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項1に記載の発明は、下向きにした基板の被めっき面と基板の下方に設置したアノードとの間にめっき液を介在した状態で前記基板の被めっき面とアノード間に電圧を印加することで、基板の被めっき面にめっきを行うめっき方法において、アノードの上部に含浸材を設置して含浸材の上までめっき液を満たし、その際前記含浸材上へのめっき液の供給は含浸材の上部から行い、前記含浸材上部のめっき液に下向きにした前記基板の被めっき面を浸漬することで、基板の被めっき面にめっきを行うことを特徴とするめっき方法である。
基板とアノードの間に高抵抗構造体である含浸材が介在しているので、基板の被めっき面各部の均一なめっきが可能となる。特に本発明においては、基板をフェースダウンとし、且つ含浸材をアノード側に設置したので、基板の外形寸法に対して容易に含浸材の外形寸法を大きくでき、より均一なめっきを行うことができる。また含浸材によってめっき工程の際にアノードに生成されるいわゆるブラックフィルムが基板側へ移動するのを防止できる。
特に前記含浸材上へのめっき液の供給を、含浸材の上部から行うこととしたので、アノード側のめっき液の組成(イオン量や添加剤量や添加剤の組成)と、含浸材上部の基板めっき用のめっき液の組成とをそれぞれ最適なもの(同一組成でも良い)に容易にコントロールできる。
【0010】
本願の請求項2に記載の発明は、前記含浸材の上側に基板接触体を設置し、この基板接触体の上面に基板の被めっき面を接触させつつめっきを行うことで、基板の被めっき面に設けた微小溝及び/又は微孔中に金属を充填することを特徴とする請求項1に記載のめっき方法である。
このように構成すれば、基板の被めっき面上の微小溝や微孔に対して優先的にめっき液を送ることができ、この微小溝や微孔の中に優先的に(選択的に)銅めっき等の金属めっきを析出させることができる。即ち平坦性が高く、しかもめっき液を通す程度の微細貫通孔を有する基板接触体を基板の被めっき面の導電体層上に接触させてめっきを行えば、めっき液は微小溝や微孔が形成する空間に流れ、基板の基板接触体と接触する基板平面部には殆ど流れないため、微小溝や微孔に優先的に金属析出が起こる。
【0011】
本願の請求項3にかかる発明は、前記基板の被めっき面は、基板接触体の上面に、接触と非接触の二つの状態を取りながら、少なくとも接触状態の際に電圧を印加することを特徴とする請求項2に記載のめっき方法である。
このように構成すれば、基板接触体と基板が離れた際に、新鮮なめっき液が微小溝や微孔に入り込み易くなるので、微小溝や微孔の中への選択的な金属めっきがさらに行い易くなる。
【0012】
また本願の請求項4に記載の発明は、前記基板はその被めっき面を前記めっき液に浸漬した状態で、回転又はスクロール回転することを特徴とする請求項1乃至3の内の何れか一項に記載のめっき方法である。
基板を適宜回転又はスクロール回転させれば、基板の被めっき面各部のさらなる均一なめっきが可能となる。基板の回転及び/又はスクロール回転は、基板接触体と基板とを接触させて行うめっき工程の際も、基板を基板接触体から離した状態で行うめっき工程の際も行うことができる。
【0015】
本願の請求項5に記載の発明は、めっきセルと、めっきセル内に設置されるアノードと、アノードの上部に配置される含浸材と、めっきセル内にめっき液を供給して前記含浸材の上までめっき液を充填するめっき液供給手段と、基板をその被めっき面を下向きにした状態で保持する基板保持ヘッドとを具備し、前記めっき液供給手段は、アノード側にめっき液供給配管を取り付ける他に、含浸材上部に直接めっき液を供給するめっき液供給配管を取り付けて構成され、前記基板保持ヘッドに保持した基板の被めっき面を含浸材上のめっき液に接液することで被めっき面のめっきを行うことを特徴とするめっき装置である。
【0016】
本願の請求項6に記載の発明は、前記含浸材の上部にその上面が平坦な基板接触面となっている基板接触体を設置し、一方前記基板保持ヘッドを駆動して基板の被めっき面と基板接触体の基板接触面とを接触と非接触の二つの状態とするヘッド駆動機構を設けたことを特徴とする請求項5に記載のめっき装置である。
【0017】
本願の請求項7に記載の発明は、前記ヘッド駆動機構は、基板保持ヘッドを上下方向に駆動する機構を有する他に、基板保持ヘッドを回転又はスクロール回転する機構を有することを特徴とする請求項6に記載のめっき装置である。
【0019】
本願の請求項8に記載の発明は、前記アノードと含浸材の間に、フィルターを設置したことを特徴とする請求項5乃至7の内の何れか一項に記載のめっき装置である。
【0020】
【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詳細に説明する。この実施の形態は、半導体基板の表面に電解銅めっき(又は電解銅めっきと電解エッチング)を施して、基板表面に設けた配線用の微小溝及び/又は微孔に銅を埋め込んで銅層からなる配線を形成するようにした基板のめっき装置を示している。
【0021】
図1は本発明の一実施の形態にかかるめっき装置100の要部概略断面図である。同図に示すようにこのめっき装置100は、めっき液Qを溜めるめっきセル10と、めっきセル10内に設置されるアノード20と、アノード20の上部に配置される含浸材30と、含浸材30とアノード20の間に設置されるフィルター40と、めっきセル10内にめっき液Qを供給・循環する複数のめっき液供給管51,53,55(これら全体でめっき液供給手段を構成する)と、含浸材30の上面に設置される基板接触体60と、基板Wの被めっき面を下向きにした状態で保持する基板保持ヘッド70と、基板保持ヘッド70を上下方向及び回転及びスクロール回転させるヘッド駆動機構90とを具備して構成されている。以下各構成部品について説明する。
【0022】
めっきセル10は、上面が開放された容器状に形成され、その上部外側面には、オーバーフロー槽11が設けられている。まためっきセル10内部のフィルター40によって仕切られた下側の室を、アノード20を設置するアノード室13としている。
【0023】
アノード20は、メッキすべき金属であっても良いし、白金、チタン等の不溶解性金属あるいは金属上に白金等をめっきした不溶解性電極であっても良いが、交換等が不要なことから、不溶解性金属あるいは不溶解性電極であることが好ましい。そしてこのアノード20はアノードカップ21内に収納され、めっき電源120のプラス側に接続されている。この実施の形態のアノード20は平板状であるが、ボール状の複数個のアノードをアノードカップ21内に収納しても良い。
【0024】
含浸材30はめっき液を流通・保持する機能を有しており、炭化珪素(SiC),アルミナ,ムライト,ジルコニア,チタニア,コージライト等の無機材料の多孔質セラミックス、またはポリプロピレン(PP)やポリエチレン(PE)等の超高分子からなる紛体を燒結させた多孔質プラスチック、あるいはこれらの複合体、さらには織布や不織布で構成される。例えば、アルミナ系セラミックスにあっては、ポア径30〜200μm、SiCにあっては、ポア径30μm以下、気孔率20〜95%、厚み1〜20mm、好ましくは5〜20mm、さらに好ましくは8〜15mm程度のものが使用される。例えばこの実施の形態では、例えば気孔率30%、平均ポア径100μmでアルミナ製の多孔質セラミックス板を使用する。そしてその内部にめっき液(電解液)を含有させことで、つまり多孔質セラミックス板自体は絶縁体であるが、その内部にめっき液を複雑に入り込ませ、厚さ方向にかなり長い経路を辿らせることで、めっき液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有する高抵抗構造体を構成している。この高抵抗構造体となる含浸材30は、めっきセル10側に設置されるので、下記する基板Wの外径寸法に比べてその外径寸法を大きくすることとなる。
【0025】
フィルター40は、多数の微細穴(例えば0.1μm程度の穴)を設けたフイルムからなるメンブレンフィルター、又はイオン交換樹脂膜、又はPP又はPEの繊維をシート状に圧縮したものなどを用いる。このフィルター40はめっき液Qは通すが、めっき液Q中に含まれるいわゆるブラックフイルム等の粒子は透さない作用を有する。
【0026】
めっき液供給手段は、めっきセル10の底面中央からアノード20の中央を貫通して含浸材30の中央内部に挿入されるめっき液供給管51と、めっきセル10の底面からアノード20の下面側にめっき液Qを供給する複数本のめっき液供給管53と、めっきセル10の上部に設置した基板接触体60の上からめっき液Qを供給するめっき液供給管55とを具備して構成されている。つまりめっき液供給管51は含浸材30の内部に直接めっき液Qを供給するものであり、まためっき液供給管53はめっきセル10のアノード室13内にめっき液Qを供給するものであり、まためっき液供給管55は基板接触体60の上部に直接めっき液Qを供給するものである。なお各めっき液供給管51,53,55によってめっきセル10内に供給されためっき液Qは、めっきセル10の外周側面に設けた複数の排出管57及びオーバーフロー槽11によってめっきセル10の外部に排出され、循環される。
【0027】
基板接触体60は、基板Wの導電体層(図5ではシード層7)を設けた側の面(被めっき面)と接触する面(上面)の平滑性が高く、且つめっき液Qが通過できる微細貫通穴を有することが必要であり、またこの基板接触体60自体にめっきが析出しないよう、少なくとも接触面は絶縁物若しくは絶縁性の高い物質で形成されていることが必要であり、さらに基板Wの平坦面をしっかりと押えて接触し、この接触部分にめっきがなるべく析出しないようにするために、ある程度の硬さのある硬質物質であることも必要である。この基板接触体60に要求される平滑性は、最大粗さ(RMS)が数十μm以下程度である。また基板接触体60に要求される微細貫通穴は、基板Wとの接触面での平坦性を保つため、丸穴の貫通孔が好ましく、さらに微細貫通穴の穴径や単位面積当たりの個数等は、めっきする膜質や配線パターンによって最適値が異なるが、両者とも小さい方が凹部と凸部におけるめっき成長の選択性が向上する。また基板接触体60の厚みは、0.01〜20mmが好ましく、さらに0.1〜5mmが好ましい。
【0028】
そして上記条件を満たす基板接触体60の材料としては、多孔ポリカーボネート、多孔ポリイミド、多孔ポリエチレン、多孔ポリプロピレン等が挙げられる。このうち多孔ポリカーボネートは、例えばポリカーボネートフイルムにアクセラレーターで加速した高エネルギーの重金属(Cu等)を貫通させ、これにより生成する直線状のトラック(軌跡)を選択的にエッチングすることにより大きさの揃った微孔を形成させたものである。
【0029】
基板保持ヘッド70は、基板Wをその被めっき面を下向きに露出した状態で保持する機構であり、この実施の形態では基板Wの保持は、基板Wの裏面を真空吸着又は静電吸着によって吸着することで行っている。また基板保持ヘッド70の下面外周には基板Wの外周のベベル部から基板Wの被めっき面の導電体層に給電を行う給電部71が設けられている。給電部71はめっき電源120のマイナス側に接続されている。
【0030】
ヘッド駆動機構90は、基板保持ヘッド70の上面中央に接続される回転駆動軸91と、前記回転駆動軸91をスクロールさせるスクロール回転駆動軸93と、これら両軸91,93の回転駆動と基板保持ヘッド70の上下方向への駆動とを行う駆動部95とを具備して構成されている。従って基板保持ヘッド70に保持した基板Wは、駆動部95によって回転及び/又はスクロール回転されると共に、基板保持ヘッド70を下降することで基板Wの被めっき面を基板接触体60の上面に張っためっき液Qに接液したり、さらにこの被めっき面を基板接触体60の上面に接触して押し付けたりすることができる。
【0031】
めっき電源120は、前述のようにアノード20と基板Wの被めっき面上の導電体層間にめっき電圧を印加するものであり、通常はアノード20にプラス電位を、基板Wにマイナス電位を印加するが、このめっき装置100の使用形態によっては、前記プラスとマイナスとを切り換えられるように構成されている。
【0032】
以上のように構成されためっき装置100によって基板Wの被めっき面に金属めっきを行う方法を説明する。まずめっき液供給管53によってめっきセル10内にめっき液Qを充填すると同時に、めっき液供給管51によって含浸材30及び基板接触体60の内部にめっき液Qを充填し、さらにめっき液供給管55によって基板接触体60の上面側にもめっき液Qを張る。このとき同時に排出管57及びオーバーフロー槽11によってめっき液Qをめっきセル10の外部に排出し、例えばフィルターを通して不純物を取り除いた後に、再び前記各めっき液供給管51,53,55からめっき液をめっきセル10内に循環する。ここでめっきセル10内は含浸材30によって上下に仕切られているので、めっき液供給管53から供給されるめっき液Qは主としてアノード室13内を満たし、めっき液供給管51から供給されるめっき液Qは主として含浸材30及び基板接触体60内を満たし、めっき液供給管55から供給されるめっき液Qは主として基板接触体60の上面を満たす。但しそれぞれの領域のめっき液Qはフィルター40、含浸材30、基板接触体60を介しても少しずつ流通する。しかしながらその流通量は少ないので、例えば各めっき液供給管51,53,55から供給されるめっき液Qの組成を異ならせ、それぞれの領域の用途に合うようにすることが容易に行える。即ちめっき液供給管55から供給されるめっき液Qとしては基板Wの微小溝や微孔にめっき金属を埋め込むのに好適な添加剤を添加しためっき液を用い、めっき液供給管51,53から供給されるめっき液Qとしては前記添加剤を含まないめっき液又は前記めっき液とは組成の異なるめっき液を用いたりすることが容易に行える。
【0033】
次に以上のようにしてめっき液Qを循環させた状態で、その下面に基板Wをフェースダウンの状態で保持した基板保持ヘッド70を、ヘッド駆動機構90によって下降し、基板Wの被めっき面をめっき液Qに接液する。そしてめっき電源120によってアノード20と基板Wの導電体層の間に電圧を印加して電流を流すと、導電体層にめっき(例えば銅めっき)が行われていく。そしてこのめっき工程の際、基板Wの被めっき面を基板接触体60の表面に下記する方法で接触させる。
【0034】
即ちこの実施の形態においては、基板接触体60に基板Wの被めっき面を接触させたままめっきを行う方法を用いている。この方法の場合、基板接触体60に基板Wの被めっき面を接触させたままでもよいが、基板保持ヘッド70を回転駆動することで基板接触体60の表面に対して基板Wの被めっき面を摺動させてもよい。また適当な時間間隔で接触と非接触の状態を繰り返してめっきしてもよい。
【0035】
以上のように基板接触体60に基板Wの被めっき面を接触させたままめっきを行うと、基板W上の微小溝や微孔に対して、優先的にめっき液Qを送ることができ、この微小溝や微孔に優先的に金属を析出させることができる。
【0036】
図2は基板接触体60に基板Wの被めっき面を接触させたときの接触面近傍部分を模式的に示す図である。同図において、基板Wの被めっき面上には図示はしないが前記図5(a)に示すように、常法に従って導電体層(シード層7)が形成されており、この導電体層表面に表面の平坦性が高い基板接触体60が面接触している。そして基板接触体60は絶縁物若しくは絶縁性の高い物質で形成されているので、基板接触体60に設けた多数の微細貫通穴61の部分のみが導電性を有し、従って微細貫通穴61を通してのみ基板Wの微小溝(図5(a)に示すコンタクトホール3及び微小溝4)W1中のめっき液と連通し、これによりめっきが行われる。
【0037】
図2に示す状態で通電を開始すると、めっき液が充填されている微小溝W1の部分のみに選択的にめっきが行われる。そしてめっきの進展と共に微小溝W1中の金属イオンが消費されるが、基板接触体60に設けた微細貫通穴61を通って新鮮なめっき液が供給され、めっきは進行する。そしてめっきで微小溝W1を埋めた後、通電を停止し、ヘッド駆動機構90によって基板保持ヘッド70を上昇し、基板接触体60と基板Wとを引き離し、基板Wを洗浄などの次工程のプロセスに進める。
【0038】
前記めっき工程の際、基板接触体60と基板Wとの接触・非接触を繰り返せば、基板接触体60と基板Wが離れた際に、新鮮なめっき液Qが微小溝W1に入り込み易くなり、好適である。
【0039】
また場合によっては、前記基板接触体60と基板Wとを接触させて行うめっき工程の前又は後又は中間に、基板Wを基板接触体60から離した状態でめっき液Q中で行う通常のめっき工程を行っても良い。例えば基板Wの被めっき面を基板接触体60に接触していない状態で短時間めっきを行ってから基板Wの被めっき面を基板接触体60に接触させ、その後上記めっきを行う。
【0040】
本実施の形態においては、基板接触体60と基板Wとを接触させて行うめっき工程も、基板Wを基板接触体60から離した状態で行うめっき工程も、基板Wとアノード20の間に高抵抗構造体である含浸材30が介在しているので、基板Wの被めっき面各部の均一なめっきが可能となる。即ち基板Wへの通電は基板Wの外周のベベル部から行うので、基板Wの外周から基板Wの中央までの導電体層の電気抵抗が大きくなって、基板W面内で電位差が生じ、めっき速度に差が生じてしまうが、基板W面内での電気抵抗値の違いを無視できる程度の大きな抵抗である含浸材30を介在させることで、前記めっき速度を均一にしたのである。特に本実施の形態においては、基板Wをフェースダウンとし、且つ含浸材30をめっきセル10側に設置したので、基板Wの外形寸法に対して容易に含浸材30の外形寸法を大きくでき、より均一なめっきを行うことができる。
【0041】
さらに本実施の形態において、適宜基板Wを回転及び/又はスクロール回転させれば、基板Wの被めっき面各部のさらなる均一なめっきが可能となる。基板Wの回転及び/又はスクロール回転は、基板接触体60と基板Wとを接触させて行うめっき工程の際も、基板Wを基板接触体60から離した状態で行うめっき工程の際も行うことができる。
【0042】
また上記めっき工程の際、アノード20に生成されるいわゆるブラックフィルムがアノード室13内のめっき液Q中に浮遊するが、含浸材30及びこの実施の形態においてはさらに基板接触体60とフィルター40とによって、基板W側へのブラックフィルムの移動を防止できる。
【0043】
また上記めっき装置100においては、上述のようにフィルター40(フィルター40を設置しない場合は含浸材30)によってアノード室13を分離しているので、アノード室13内のめっき液Qの組成(イオン量や添加剤量や添加剤の組成)と、基板接触体60上部の基板Wめっき用のめっき液Qの組成とをそれぞれ最適なもの(同一組成でも良い)に容易にコントロールできる。
【0044】
次に微小溝W1部分のめっき成長を促進させる他の方法として、基板接触体60と基板Wとの接触・非接触を繰り返すと共に、この接触・非接触に合わせて間欠的に電力を供給する方法を採用することもできる。即ち、基板接触体60と基板Wとが接触しているときのみ電力を供給する方法(又は基板接触体60と基板Wとが接触しているときの電力の方を高くする方法)である。
【0045】
図3は、本発明方法において、一定電圧でめっきを行った際の基板Wの微小溝W1の内部における電流変化Aと、それ以外の基板Wの表面部における電流変化Bとを模式的に示す図である。なおこの図面では、銅イオンの供給と消費バランスからのみ考察されており、添加剤の吸着、分解、消費等は取り扱っていない。電気めっきにおいては、めっきされる部分に新鮮なめっき液が充分ある場合は金属イオン等が多く、めっき液抵抗が小さいため、大きな電流が流れる。しかし、めっき液中の金属イオンが消費され、供給が不十分な場合にはめっき液抵抗が大きくなり電流が小さくなる。基板Wの表面部と基板接触体60の表面で囲まれた空間と、微小溝W1と基板接触体60の表面で囲まれた空間ではめっき液量が大きく異なるため、めっき液抵抗が大きくなる時間が異なり、基板Wの表面部の方が早い時期(a1)から電流値の低下が始まるのに対して、微小溝W1ではそれよりかなり遅い時期(a2)から電流値の低下が始まる。そしてそれぞれ供給と消費のバランスがとれた時期(b1,b2)以後一定電流となる。この一定電流となる時期やその電流値は微小溝W1の幅や孔径あるいはその数等により変化し、また電流一定制御の場合には上記電流減少に呼応した電圧上昇が発生する。
【0046】
そこで、基板接触体60と基板Wの接触・非接触のサイクルに同期させて、電圧あるいは電流をパルス的に印加(即ち電圧・電流のパルス的オンオフ又はパルス的増減)すれば、基板Wの表面部に比べて微小溝W1のめっき成長をより促進させることができる。この場合のパルス幅は、微小溝W1において、電流低下が認められるまでの時間(a2)とすることが最も有効である。またこれら接触・非接触の動作を行うことにより微小溝W1への新鮮なめっき液の供給も行われるため膜質確保の面から電流密度を小さくする必要がなく、スループットの悪化も大きくはない。なお基板Wのめっきの面内膜厚分布の改善のため、前述のように前記ヘッド駆動機構90によって、非接触時に基板接触体60と基板Wとの相対的な位置をずらすようにしても良い。
【0047】
次に微小溝W1部分のめっき成長を促進させるさらに他の方法として、基板接触体60と基板Wとの接触・非接触を繰り返す代わりに(または基板接触体60と基板Wとの接触・非接触を繰り返すと共に)、接触時の基板接触体60に対する基板Wの押し当て圧力を相対的に高い圧力から低い圧力に変化させると同時に、この圧力の変化に合わせて電圧印加状態を変化させる方法を採用することもできる。電圧印加状態の変化としては、印加電圧の断続、印加電圧の増減(高い電圧と低い電圧の繰り返し)等が挙げられる。電圧の印加方法も、単純な直流で印加しても良いが、複数のパルスによるパルス群として印加してもよく、さらには正弦波として印加しても良い。これら電圧印加状態の変化と、基板接触体60への基板Wの押し当て状態の変化とを関連させてめっきを行う方法の態様としては、例えば次のような方法が挙げられる。
【0048】
即ち第一の態様としては、押し当て状態の変化が基板Wの被めっき面の基板接触体60に対する押し当て圧力の強弱の変化であり、電圧印加状態の変化が電圧印加の断続である場合である。この態様の場合、例えば前記押し当て圧力が相対的に高いときに電圧を印加してめっきを行い、相対的に圧力が低いときに電圧を印加せずめっきを休止して、基板Wの微小溝W1と基板接触体60の間に新しいめっき液を供給する。
【0049】
第二の態様としては、押し当て状態の変化が基板Wの被めっき面の基板接触体60に対する押し当て圧力の強弱の変化であり、電圧印加状態の変化が電圧印加の強弱の変化である場合である。この態様の場合、例えば前記押し当て圧力が相対的に高いときに高い電圧を印加してめっきを行い、相対的に圧力が低いときに低い電圧を印加して、高い電圧のときに消耗した微小溝W1内のめっき液に代えて新しいめっき液を供給する。
【0050】
次に前記図6に示す問題点を解決し、基板Wの被めっき面の導電体層上に成長するめっき膜の平坦性を向上させる方法として、上記各めっき方法又は基板接触体60に基板Wを接触させない通常のめっき方法によって、基板Wの導電体層の電解めっきを行うとともに、基板接触体60と基板Wとを接触して摺接しながら基板Wの導電体層の電解エッチングを行う方法を採用することができる。このように構成すれば、電解エッチングを、基板接触体60によって基板W表面を研磨しながら行うことができるので、例えば微小溝の上部に形成されるめっき膜の盛り上がった部分の最上層の薄膜を擦り取り、露出しためっき層を選択的にエッチング除去し、めっき膜の平坦性を向上させることができる。この場合、基板接触体60の少なくとも基板Wに接触する面は、柔軟性を有し、耐久性のある材質が好ましい。具体的めっき方法の態様としては、例えば次のような方法が挙げられる。
【0051】
即ち図1のめっき装置100においてまず電解めっきを行うときは、上述のように基板Wの被めっき面を基板接触体60に接触したり、接離を繰り返したり、押し付け力を変化させたりしながらめっきを行う。または通常の方法、つまり基板Wの被めっき面と基板接触体60とをめっき液を介して所定間隔離した状態のまま通電してめっきを行う。
【0052】
一方、電解エッチングを行うときは、めっき電源120のプラスとマイナスを逆転して、基板Wの導電体層側をアノードとし、アノード20をカソードに代えた上で、ヘッド駆動機構90を駆動して基板保持ヘッド70を下降し、基板Wの被めっき面を基板接触体60に所定の圧力で押圧し、この状態で基板保持ヘッド70を回転させて基板Wの被めっき面を基板接触体60の表面に擦り付けながら基板Wの被めっき面にエッチングを施す。このようにめっき処理の合間に電解エッチングを行い、しかもこの電解エッチングを、基板Wの被めっき面を基板接触体60表面に押し付けながら、両面を相対的に移動させて行うことで、たとえば基板Wの被めっき面上の微小溝の上部に形成されるめっき膜の盛り上がった部分を選択的にエッチング除去してめっき膜の平坦性を向上させることができ、前記図6を用いて説明した問題点が解決できる。
【0053】
図4は図1に示すめっき装置100を用いて構成しためっき処理設備200の一例の全体概略平面図である。同図に示すようにこのめっき処理設備200は、基板Wを収納する三基のロード・アンロード部201と、四基のめっき装置100と、ロード・アンロード部201とめっき装置100との間で基板Wの受渡しを行う二基の搬送ロボット203,205と、ベベル・裏面洗浄ユニット207と、スピンドライユニット209と、基板仮置台211とを備えて構成されている。
【0054】
そして何れかのロード・アンロード部201に装着したウエハカセットからめっき処理前の基板Wを搬送ロボット203が取り出し、基板仮置台211に載置する。次にもう一方の搬送ロボット205が基板仮置台211上の基板Wを取り出して何れかのめっき装置100に搬送し、前述した方法で基板Wのめっき処理が行われる。そしてめっき装置100においてめっき処理が完了した基板Wは、搬送ロボット205によってめっき装置100から取り出され、ベベル・裏面洗浄ユニット207に搬送されて洗浄され、次に搬送ロボット203によってスピンドライユニット209に搬送されて乾燥された後、再び搬送ロボット203によって何れかのロード・アンロード部201に取り付けたウエハカセットに収納される。これによって一枚の基板Wのめっき工程が完了する。
【0055】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、基板の被めっき面各部の均一なめっきが可能となる。また基板表面の微小溝や微孔の中に選択的に銅めっき等の金属めっきを析出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態にかかるめっき装置100の要部概略断面図である。
【図2】基板接触体60を基板Wの被めっき面に接触させたときの接触面近傍部分を模式的に示す図である。
【図3】本発明方法において、一定電圧でめっきを行った際の基板Wの微小溝W1の内部における電流変化Aと、それ以外の基板Wの表面部における電流変化Bとを模式的に示す図である。
【図4】図1に示すめっき装置100を用いて構成しためっき処理設備200の一例の全体概略平面図である。
【図5】めっき処理によって銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【図6】従来の基板に銅めっきを行って埋め込み配線を形成するときの問題点説明図である。
【符号の説明】
100 めっき装置
W 基板
W1 微小溝
Q めっき液
10 めっきセル
11 オーバーフロー槽
13 アノード室
20 アノード
21 アノードカップ
30 含浸材
40 フィルター
51,53,55 めっき液供給管(めっき液供給手段)
57 排出管
60 基板接触体
61 微細貫通穴
70 基板保持ヘッド
71 給電部
90 ヘッド駆動機構
91 回転駆動軸
93 スクロール回転駆動軸
95 駆動部
120 めっき電源
200 めっき処理設備
201 ロード・アンロード部
203,205 搬送ロボット
207 ベベル・裏面洗浄ユニット
209 スピンドライユニット
211 基板仮置台

Claims (8)

  1. 下向きにした基板の被めっき面と基板の下方に設置したアノードとの間にめっき液を介在した状態で前記基板の被めっき面とアノード間に電圧を印加することで、基板の被めっき面にめっきを行うめっき方法において、
    アノードの上部に含浸材を設置して含浸材の上までめっき液を満たし、その際前記含浸材上へのめっき液の供給は含浸材の上部から行い、前記含浸材上部のめっき液に下向きにした前記基板の被めっき面を浸漬することで、基板の被めっき面にめっきを行うことを特徴とするめっき方法。
  2. 前記含浸材の上側に基板接触体を設置し、この基板接触体の上面に基板の被めっき面を接触させつつめっきを行うことで、基板の被めっき面に設けた微小溝及び/又は微孔中に金属を充填することを特徴とする請求項1に記載のめっき方法。
  3. 前記基板の被めっき面は、基板接触体の上面に、接触と非接触の二つの状態を取りながら、少なくとも接触状態の際に電圧を印加することを特徴とする請求項2に記載のめっき方法。
  4. 前記基板はその被めっき面を前記めっき液に浸漬した状態で、回転又はスクロール回転することを特徴とする請求項1乃至3の内の何れか一項に記載のめっき方法。
  5. めっきセルと、めっきセル内に設置されるアノードと、アノードの上部に配置される含浸材と、めっきセル内にめっき液を供給して前記含浸材の上までめっき液を充填するめっき液供給手段と、基板をその被めっき面を下向きにした状態で保持する基板保持ヘッドとを具備し、
    前記めっき液供給手段は、アノード側にめっき液供給配管を取り付ける他に、含浸材上部に直接めっき液を供給するめっき液供給配管を取り付けて構成され、
    前記基板保持ヘッドに保持した基板の被めっき面を含浸材上のめっき液に接液することで被めっき面のめっきを行うことを特徴とするめっき装置。
  6. 前記含浸材の上部にその上面が平坦な基板接触面となっている基板接触体を設置し、
    一方前記基板保持ヘッドを駆動して基板の被めっき面と基板接触体の基板接触面とを接触と非接触の二つの状態とするヘッド駆動機構を設けたことを特徴とする請求項5に記載のめっき装置。
  7. 前記ヘッド駆動機構は、基板保持ヘッドを上下方向に駆動する機構を有する他に、基板保持ヘッドを回転又はスクロール回転する機構を有することを特徴とする請求項6に記載のめっき装置。
  8. 前記アノードと含浸材の間に、フィルターを設置したことを特徴とする請求項5乃至7の内の何れか一項に記載のめっき装置。
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