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

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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