JP4560201B2

JP4560201B2 - カップ式めっき装置

Info

Publication number: JP4560201B2
Application number: JP2000342778A
Authority: JP
Inventors: 豊粕谷
Original assignee: Electroplating Engineers of Japan Ltd
Current assignee: Electroplating Engineers of Japan Ltd
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2020-11-10
Also published as: JP2002146593A

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にめっきを施す技術に関するものであり、特にカップ式めっき装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体用のウェハーにめっきを施す装置として、カップ式めっき装置が知られている。このカップ式めっき装置は、めっき槽の上部開口に沿って設けられたウェハー支持部と、このウェハー支持部の下側位置に設けられためっき槽の内部から外部に貫通する液流出部と、めっき槽の内部に設けられた液供給管とを備えており、ウェハー支持部に載置したウェハーのめっき対象に向けて、液供給部から上昇流でめっき液を供給し、液流出部からめっき槽外にめっき液を流出させることで、めっき対象面にめっき液を接触せながらめっき処理するようになっている。
【０００３】
この装置は、めっき液をウェハーのめっき対象面に向けて上昇流で供給する結果、めっき対象面には、その中央付近から周辺方向に広がるような流動状態でめっき液が接触することとなり、めっき対象面全面に均一なめっき処理が行えるという特長を有するものである。そして、ウェハー支持部へ載置するウェハーを順次取り替えてめっき処理を行うことができるので、小ロット生産やめっき処理の自動化に好適なものとして広く利用されている。
【０００４】
ところが、このカップ式めっき装置では、ウェハー支持部の下方位置に設けられている液流出部とウェハー支持部に載置されたウェハーのめっき対象面との間に僅かな段差があり、構造上、そこに角部を形成するため、その角部ではめっき液の滞留を生じる傾向がある。その結果、めっき対象面の周辺部分においては、ウェハー中心付近に比べ半径方向に向けて不均一なめっき処理となることが多い。これはめっき液の滞留により、その部分でのめっきイオンの供給が不足してしまうために起こるものと考えられる。このようなウェハー周辺部分における不均一なめっき処理は、ウェハーの使用可能面積を制限するもので、製品歩留り的に好ましくない。
【０００５】
そのため、めっき対象面の周辺部分におけるめっき液の滞留を防止する方法として、めっき液の強制撹拌手段をめっき槽内に設けることが提案されている（特願平１１−２３７８６８号）。めっき液の強制撹拌手段を設けると、めっき対象面周辺部分におけるめっき液の滞留は解消され、めっき対象面全面でランダムなめっき液流動を形成することになり、めっき対象面の周辺部分においても均一なめっき処理が行えるようになる。
【０００６】
しかしながら、このような強制撹拌手段をめっき槽内に備えるようにすると、めっき槽の構造自体が複雑となり、装置設計上好ましいものといえない。また、めっき槽内に備えられるアノード電極の交換やめっき槽の洗浄作業のようなメインテナンスを行う場合、めっき槽内に強制撹拌手段が存在すると、装置の保守性としてはあまり好適なものといえない。
【０００７】
さらに、昨今の微細配線加工技術の発達に伴い、ウェハー表面に施される回路パターンも、非常に微細なものが加工されるようになっており、そのような微細配線加工がなされたウェハー表面をめっき対象面にしても、より均一なめっき処理を行える技術が要求されている。そして、めっき処理するウェハー自体も、より大型化する傾向があり、ウェハーの有効使用面積をより大きくし、製品歩留りを更に向上させることが要望されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、従来のカップ式めっき装置におけるめっき液の流動状態により生じていた、めっき対象面周辺における不均一なめっき処理の改善を目的とし、カップ式めっき装置構造自体を複雑にすることなく、めっき対象面全面で均一なめっき処理が可能となるカップ式めっき装置を提供せんとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、めっき槽の上部開口に沿って設けられたウェハー支持部と、該ウェハー支持部の下方位置にめっき槽の内部から外部に貫通して設けられた液流出部と、めっき槽の内部に設けられた液供給部とを備え、ウェハー支持部に載置したウェハーのめっき対象に向けて、液供給部から上昇流でめっき液を供給し、液流出部からめっき槽外にめっき液を流出させることで、めっき対象面にめっき液を接触せながらめっき処理するものであるカップ式めっき装置において、めっき対象面に沿って流動するめっき液に磁場を与えるための磁場形成手段を設けることとした。
【００１０】
本発明に係るカップ式めっき装置では、電気めっき処理中、ウェハーのめっき対象面近傍において、めっきイオンがめっき対象面に垂直的な方向に泳動する。
このような泳動をするめっきイオンへ、めっき対象面と平行的な磁場を与えることによりローレンツ力を働かせ、めっき液の滞留が生じる部分を撹拌し、新たなめっきイオンの供給を促進させるのである。すると、ウェハー周辺部分においても、中心付近と同様に均一なめっき処理ができ、結果的にめっき対象面全面で均一なめっき処理が行えるのである。また、めっき液に磁場を加えると、液中のめっきイオンのクラスターが小さくなるという実験例も報告されており、これによれば、より均一なめっき処理がなされるという効果も期待される。
【００１１】
本発明における磁場形成手段としては、いわゆる永久磁石や電磁石を用いることができる。そして、これらの磁場形成手段をめっき槽内に配置するか、載置したウェハーのめっき対象面近傍でめっき槽内周壁に備えるようにしてもよく、或いは、載置したウェハーの上方に配置するようにしても構わない。要は、めっき対象面に沿って流動するめっき液に対し、そのめっきイオンが液流動状態とは異なる運動をするように、磁場を加えるようにすればよいのである。そのため、本発明のカップ式めっき装置は、強制撹拌手段のような複雑な機構をめっき槽内へ設ける必要がなく、比較的簡単な装置改造をするだけで、めっき対象面全面で均一なめっき処理が行えるものとなる。
【００１２】
そして、本発明の磁場形成手段は、ウェハーの周縁に沿って設けるようにすることが好ましいものである。ウェハーのめっき対象面では、その周辺部分でめっき液の滞留やめっき電流の集中が生じやすいため、中心付近に比べ不均一なめっきになる傾向が強い。そこで、そのようなウェハーの周縁に沿って、例えば、リング状に形成した磁場形成手段を設けるようにすると、めっき液の滞留やめっき電流の集中が生じたとしても、めっきイオンに働くクーロン力により、その電着状態が変化し、めっき対象面の周辺部分におけるめっき処理が、中心付近と同じように均一に行えるようになり、めっき対象面全面にわたり、非常に均一なめっき処理が可能となる。
【００１３】
また、本発明の磁場形成手段は、ウェハー支持部に載置したウェハー上方に設けるようにすることが、装置構造的に好ましいものである。本発明のカップ式めっき装置では、通常、上下動自在な押し圧手段により、載置したウェハーをウェハー支持部に押し圧することで、ウェハー支持部に備えられるカソード電極と接触して固定するようになっている。そこで、このウェハーの押し圧手段に磁場形成手段を設けるようにすると、めっき槽内に設ける場合に比べ、装置設計変更も比較的容易に行え、従来から使用しているカップ式めっき装置にも本発明を容易に適用することが可能となるからである。また、ウェハーの押し圧手段が、ウェハー周辺の上面側を拘束して固定する、いわゆるエアーバック方式となっている場合では、例えば、リング状に形成した磁場形成手段を上下動自在となる移動アームなどを使用して、ウェハーの上方に配置できるようにすればよい。
【００１４】
さらに、本発明の磁場形成手段は、電磁石を用い、その電磁石に流す電流を変化させることで、交番磁場を与えるようにすることが好ましいものである。めっき対象面に沿って流動するめっき液に磁場を与える場合、磁場形成手段を静止させておくことが装置構造上単純で、適用も容易である。しかし、めっき液中のめっきイオンにローレンツ力を働かせることによって、めっき液流動に支配されない電着状態により、均一なめっき処理を実現するには、磁場自体を変化させることによって、めっきイオンの運動を、よりランダムな状態とすることが有効である。この磁場を変化させるためには、磁場形成手段自体を移動させたりすることも考えられるが、磁場形成手段自体を動作させようとすると、装置構造上複雑にならざるを得ない。そこで、より簡単な構造で、めっき液に与える磁場を変化させるためには、電磁石を用いて交番磁場を与えればよいのである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るカップ式めっき装置の好適な実施形態について説明する。
【００１６】
第１実施形態：図１は、この第１実施形態におけるカップ式めっき装置の断面概略を表したものである。図１で示すように、本実施形態におけるカップ式めっき装置は、めっき槽１の上部開口に沿ってウェハー支持部２が設けられており、このウェハー支持部２にウェハー３を載置して、ウェハー３のめっき対象面４に対してめっき処理を行うものである。このウェハー支持部２には、載置したウェハー３の周辺と接触するようにされたリング状カソード電極５とリング状シールパッキン６とが配置されている。
【００１７】
また、めっき槽１の底部中央には液供給管７が設けられている。ウェハー支持部２の下方位置には、液供給管７から上昇流で供給されためっき液が、めっき対象面４の中心付近に到達し、ウェハー２の外周に向かう方向に広がる流れ（図１中に示された矢印線）を形成するように、めっき槽１外にめっき液を排出させるための液流出口８が設けられている。そして、液供給管７の周りに、ウェハー３のめっき対象面４と対向するように、アノード電極９が配置されている。
【００１８】
さらに、めっき槽１の上方には、ウェハー３の上面側へＮ極１０とＳ極１１とがリング状に配置できるような電磁石１２を備えた上下動自在なウェハー押圧機１３が備えられている。この電磁石１２は、カップ形状のＮ極１０とＳ極１１とが中心軸部１４により連結されたもので、カップ形状のＮ極１０開口部分がウェハー３の周縁に沿うように配置でき、このＮ極１０と同心円で、Ｎ極１０の内側にカップ形状のＳ極１１開口部分が配置できるようになっている。そして、中心軸部１４にはコイル１５が巻かれており、そのコイル１５は直流電源１６に接続されている。尚、この電磁石１２は、軟鉄製のものを使用している。
【００１９】
図２は、ウェハー押圧機１３の下面側から見た電磁石１２のＮ極１０とＳ極１１の配置状態を示しており、外周側にＮ極１０、その内側にＳ極１１が同心円状に位置するようになっている。このウェハー押圧機１３は、ウェハー支持部２に載置したウェハー３の周辺部分をウェハー支持部２に押圧することで、ウェハー３のめっき対象面４の周辺をカソード電極５と接触させ固定するものである。そして、ウェハー押圧機１３に備えられる電磁石１２の下面側にはシリコンゴム製の薄い保護材１７を設けることで、電磁石１２がウェハー３に直接接触して傷等を付けないようにされている。
【００２０】
図３は、この第一実施形態のカップ式めっき装置において、ウェハー押圧機１３がウェハー３をウェハー支持部２に固定した状態の断面拡大図の一部を示したものである。液供給管７から上昇流で供給されるめっき液は、めっき対象面４の中心付近に到達して、ウェハー３の外周に向かう方向に広がる流れ（図３中に示された矢印線）を形成し、ウェハー支持部２とめっき対象面４とが形成する角部分に、僅かに滞留するような流れが形成される。通常、このような滞留部分では、めっきイオンの供給が不足する傾向となるため、めっき液の滞留のない部分、即ちめっき液がスムーズに流動して、新たなめっきイオンの供給が常に行われている部分（ウェハー３中心付近）に比較して、めっき対象面でのめっき析出速度が遅くなる。
【００２１】
図３に示すように、ウェハー押圧機１３が降下すると、ウェハー３の上面外周側にＮ極１０、それよも内側にＳ極１１が配置されることになる。これによりめっき液には、図３中の破線で示した磁力線となる磁場が、Ｎ極１０とＳ極１１間に形成される。電気めっき処理中、めっき対象面4近傍において、めっき液中のめっきイオンは、めっき対象面に対して垂直的に泳動するが、このめっきイオンへ、図３の破線で示す磁場が働く結果、めっきイオンには、図２中の破線矢印で示す方向のローレンツ力が作用することになる。その結果、めっき液の滞留部分を撹拌することになり、その滞留部分におけるめっきイオンの供給が促進され、めっき析出速度が遅れることなく、めっき電着が進行する。従って、ウェハー３の周辺部分においても、中心付近と同様なめっき処理が進行し、結果的にめっき対象面４の全面において、均一なめっき処理がされることとなる。
【００２２】
第２実施形態：第２実施形態は、上記した第１実施形態における電磁石１２のコイル１５が接続された直流電源１６の代わりに、交流電源を用いた場合である。
この第２実施形態では、電磁石１２に使用する交流電源以外の部分は、全て第１実施形態と同じであるため詳説を省略する。この電磁石１２に交流電源を接続すると、コイル１５に流れる電流方向が変化し、電磁石１２のＮ極１０とＳ極１１とが周期的に交代し、交番磁場が発生する。ここでは、特に図示しないが、めっきイオンに働くローレンツ力は、この交番磁場により、図２の破線矢印で示した方向とその逆方向とに交互に変化することになる。このため、めっきイオンは正逆方向に変化するローレンツ力を受けて、めっき液の撹拌作用が大きくなり、それに伴い新たなめっきイオンの供給が促進される。従って、ウェハー３の周辺部分においては、中心付近とほぼ同様なめっき処理が進行し、めっき対象面４の全面において、均一なめっき処理がされることとなる。
【００２３】
最後に、上述した第１及び第２実施形態のカップ式めっき装置によって、ウェハーにめっき処理した結果について説明する。めっき試験に用いたウェハーは直径２００ｍｍで、めっき対象面にＣｕのシード金属が施されたシード金属付きウェハーである。また、めっき液には硫酸銅溶液を用い、めっき対象面の理論電流密度が１Ａ／ｄｍ^２となるようにめっき電流を供給し、めっき厚みが１．０μｍ（めっき電流供給時間２７０ｓｅｃ）となるようなめっき処理を行ったものである。
【００２４】
そして、第１実施形態の直流電源に接続された電磁石は、直径１９５ｍｍ、幅５ｍｍの開口端を有するＮ極と、直径１２５ｍｍ、幅８ｍｍの開口端を有するＳ極とからなっており、磁束密度１４００ガウスとなるように直流電流を供給した。また、第２実施形態では、上記した第一実施形態と同じ形状の電磁石に交流電源を接続し、５０Ｈｚの交流を供給することで、２０ｍｍｓｅｃの間隔で磁場が交番するようにした。この交流電源を用いた場合の磁束密度は、最大１４００ガウスとなるように電流供給を行った。その結果、この第１及び第２実施形態のカップ式めっき装置では、ほぼ全面的に均一なめっき処理が行えることが確認された。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、カップ式めっき装置の構造を大きく変更することなく、めっき対象面全面で均一なめっき処理が可能となり、めっき対象面周辺部分で生じ易い不均一なめっき処理を解消することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るカップ式めっき装置の断面概略図。
【図２】第１実施形態におけるウェハー押圧機の下側から見た際の電磁石の配置図。
【図３】第１実施形態に係るカップ式めっき装置の断面拡大図の一部。
【符号の説明】
１めっき槽
２ウェハー支持部
３ウェハー
４めっき対象面
５シールパッキン
６カソード電極
７液供給管
８液流出口
９アノード電極
１０Ｎ極
１１Ｓ極
１２電磁石
１３ウェハー押圧機
１４中心軸部
１５コイル
１６直流電源
１７保護材

Claims

めっき槽の上部開口に沿って設けられたウェハー支持部と、該ウェハー支持部の下方位置にめっき槽の内部から外部に貫通して設けられた液流出部と、めっき槽の内部に設けられた液供給部とを備え、
ウェハー支持部に載置したウェハーのめっき対象に向けて、液供給部から上昇流でめっき液を供給し、液流出部からめっき槽外にめっき液を流出させることで、めっき対象面にめっき液を接触せながらめっき処理するものであるカップ式めっき装置において、
ウェハー支持部に載置したウェハー周縁側とウェハー中央側とにリング状の磁極が同心円上に配置されるようにした電磁石からなる磁場形成手段を、ウェハー支持部に載置したウェハー上方に設け、
めっき対象面に沿って流動するめっき液に磁場を与えることを特徴とするカップ式めっき装置。
磁場形成手段は電磁石からなり、交番磁場を与えるものである請求項１に記載のカップ式めっき装置。