JP4833433B2 - 電解めっき装置用めっき液保持部材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解めっき装置用めっき液保持部材及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハ上に配線を形成する手法、とりわけ近年においては半導体ウェハ上に銅配線を形成する手法として、電解めっき装置を用いた電解銅めっきに注目が集められている。
【０００３】
従来における一般的な電解めっき装置では、めっき槽内にめっき液を満たした状態でめっき液に半導体ウェハを浸漬するとともに、半導体ウェハ側に陰極を接続して電気を流すことにより、成膜を行うようになっている。
【０００４】
しかしながら、このような従来装置を用いてファインかつ均一な銅配線を形成するためには、例えば、めっき液を流動させたり、陰極と陽極との距離をある程度確保しておく必要があった。このため、装置が巨大化する傾向にあった。また、この従来装置の場合、１回の成膜に必要なめっき液の量が多く、半導体の低コスト化を達成するうえで不利であった。
【０００５】
そこで最近では、上記の問題を解消しうる次世代の電解めっき装置が提案されるに至っている。この新しい電解めっき装置は、めっき液供給部、陰極、陽極、めっき液保持部材等を備えている。めっき供給部の下端部には陽極が設けられている。陽極にはめっき液を通過させるためのスリットが形成されている。陽極の下面側には、多孔質アルミナからなるめっき液保持部材が設けられている。一方、陰極には半導体ウェハが接触した状態で支持される。半導体ウェハの上面と、めっき液保持部材の下面とは、僅かな間隙を隔てて対向した状態となる。
【０００６】
従って、めっき液供給部に供給されてきためっき液は、陽極のスリットを通過してめっき液保持部材に到った後、めっき液保持部材の気孔を介して半導体ウェハ側に供給される。この状態で電極間に通電を行うことにより半導体ウェハ上に電解めっきが施され、静止浴であってもファインな銅配線が形成されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来装置の場合、めっき液保持部材の下側面から滲出してくるめっき液の量が毎回必ずしも一定ではなかったため、処理毎にめっき層の膜厚がばらつきやすいという欠点があった。従って、複数枚の半導体ウェハ間におけるめっき層の膜厚均一化を図るためには、めっき液滲出量を毎回一定にする何らかの対策が必須であると考えられていた。
【０００８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の被めっき物に対して均一な膜厚のめっき層を形成することができる電解めっき装置用めっき液保持部材を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、上下２層構造を有するとともに、下層における多孔性の度合いが上層における多孔性の度合いよりも小さい多孔質セラミック板からなり、前記上層の厚さと前記下層の厚さとの比は５：５〜９：１であることを特徴とする電解めっき装置用めっき液保持部材をその要旨とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、上下２層構造を有するとともに、下層における気孔径及び気孔率が上層における気孔径及び気孔率よりも小さい多孔質セラミック板からなり、前記上層における気孔径は２５μｍ〜５０μｍ、気孔率は３０％〜５０％、前記下層における気孔径は１０μｍ〜２０μｍ、気孔率は２０％〜３０％であることを特徴とする電解めっき装置用めっき液保持部材をその要旨とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記多孔質セラミック板は多孔質炭化珪素板であるとした。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の部材の製造方法であって、平均粒径の異なる２種の炭化珪素粉末を所定比率で配合した原料を用いて、前記上層となる第１成形体を作製する工程と、前記２種の炭化珪素粉末を前記比率とは異なる比率で配合した原料を用いて、前記下層となる第２成形体を作製する工程と、前記第１成形体及び第２成形体を積層してプレスする工程と、前記プレスにより得られた積層体を焼成する工程とを含むことを特徴とした電解めっき装置用めっき液保持部材の製造方法をその要旨とする。
【００１４】
以下、本発明の「作用」について説明する。
請求項１に記載の発明によると、相対的に多孔性の度合いの大きい上層においては、めっき液が層内をスムーズに流れることができるため、圧力損失の増大が回避される。一方、相対的に多孔性の度合いの小さい下層においては、めっき液の流れがいくぶん規制されるため、好適なめっき液保持性が付与される。以上の結果、めっき液保持部材の下側面から滲出してくるめっき液の量が毎回ほぼ一定になり、処理毎にめっき層の膜厚がばらつきにくくなる。ゆえに、複数の被めっき物に対して均一な膜厚のめっき層を形成することができる。両層の厚さの比を上記好適範囲内にて設定することにより、処理毎のめっき層の膜厚ばらつきを確実に解消することができる。上層の厚さの比が大きくなりすぎる（下層の厚さの比が小さくなりすぎる）と、好適なめっき液保持性が得られなくなり、めっき液滲出量を毎回一定にすることが困難になる。逆に、上層の厚さの比が小さくなりすぎる（下層の厚さの比が大きくなりすぎる）と、圧力損失の増大につながる結果、やはりめっき液滲出量を毎回一定にすることが困難になる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によると、相対的に気孔径及び気孔率の大きい上層においては、めっき液が層内をスムーズに流れることができるため、圧力損失の増大が回避される。一方、相対的に気孔径及び気孔率の小さい下層においては、めっき液の流れがいくぶん規制されるため、好適なめっき液保持性が付与される。以上の結果、めっき液保持部材の下側面から滲出してくるめっき液の量が毎回ほぼ一定になり、処理毎にめっき層の膜厚がばらつきにくくなる。ゆえに、複数の被めっき物に対して均一な膜厚のめっき層を形成することができる。気孔径及び気孔率を上記好適範囲にて設定することにより、処理毎のめっき層の膜厚ばらつきを確実に解消することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によると、耐食性に優れた多孔質炭化珪素板を用いためっき液保持部材であるため、当該部材がめっき液により侵蝕されにくくなり、めっき液中への不純物の溶出が防止される。これによりめっき液の組成劣化が回避され、めっきの析出挙動が安定化する。また、多孔質アルミナに比べて電気伝導性に優れた多孔質炭化珪素を用いためっき液保持部材であるため、当該部材が実質的に陽極としての役割を果たすようになる。よって、擬似的な陽極である当該部材が被めっき物に対してより近接した状態となり、被めっき物付近のめっき液に強くかつ安定した電界を与えることができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によると、第１成形体及び第２成形体を積層してプレスすることにより積層体が得られ、これを焼成することにより、多孔性の度合いの異なる２層が互いに接合した状態の焼結体を得ることができる。また、平均粒径の異なる２種の炭化珪素粉末の配合比率を変えることにより、前記２つの層を比較的簡単にかつ確実に得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態の電解銅めっき装置１を図１に基づき詳細に説明する。
【００２２】
この電解銅めっき装置１を構成する陰極２は、上端側にいくほど拡径する円環状の部材であって、その下端側にはフランジ３が形成されている。陰極２は例えば導電性の金属材料を用いて形成されている。陰極２の下端側開口部４の径は、被めっき物である半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）５の径よりも若干小さめに設定されている。半導体ウェハ５は図示しないステージにより下方側からフランジ３に対して押圧される。その結果、半導体ウェハ５の上面側外周部がフランジ３の下面側に密着し、この状態で半導体ウェハ５が保持されるようになっている。このとき、陰極２はいわば有底状となるため、半導体ウェハ５の上面側にできる領域には電解銅めっき液１５が溜まるようになっている。
【００２３】
一方、この電解銅めっき装置１を構成するホルダ１２は、使用時において、陰極２の上方において近接した状態で配置される。ホルダ１２の下端側には開口部１３が設けられており、その開口部１３付近には板状の陽極１４が取り付けられている。陽極１４は例えば導電性の金属材料を用いて円形状に形成されている。陽極１４の複数箇所には、銅めっき液１５を上面側から下面側に通過させるための構造としてスリット１６が設けられている。ホルダ１２の上面には、めっき液供給管１７及びめっき液回収管１８がそれぞれ設けられている。めっき液供給管１７は、ホルダ１２及び陽極１４によって区画される空間１９と、図示しないめっき液タンクとの間を連通させている。銅めっき液１５が不足すると、このめっき液供給管１７を介して前記空間１９内に銅めっき液１５が補充されるようになっている。めっき液回収管１８は、前記空間１９内における銅めっき液１５の量が一定量を超えたときに、その余剰分を回収する役割を果たしている。なお、回収された銅めっき液１５は、めっき液タンクに戻されて再利用されるようになっている。
【００２４】
ホルダ１２の開口部１３には、陽極１４の下面側に接するようにしてめっき液保持部材としてのめっき液保持プレート２１が設けられている。めっき液保持プレート２１は、陽極１４とほぼ同じ大きさかつほぼ同じ形状（即ち円板状）となっている。めっき液保持プレート２１は、外周部分から横方向に突出するフランジ部２１ａを備えている。このフランジ部２１ａは、ホルダ１２の開口部１３に設けられた支持部１３ａによって支持されている。なお、フランジ部２１ａの下面と支持部１３ａの上面との間には、シール部材であるゴム製の環状パッキング２２が介在されている。
【００２５】
めっき液保持プレート２１は、銅めっき液１５を自身の気孔内に保持することにより、ホルダ１２の移送時における下面側からの銅めっき液１５の流出を防止する役割も果たしている。なお、めっき液保持プレート２１の下面は、半導体ウェハ５の上面と僅かな間隙を隔てた状態で対向配置されている。具体的にいうと、本実施形態では前記間隙の大きさが１ｍｍ程度となるように設定されている。
【００２６】
次に、本実施形態において用いられるめっき液保持プレート２１の材質等について詳細に説明する。
本実施形態のめっき液保持プレート２１は多孔質セラミック板であり、具体的には多孔質炭化珪素板（多孔質ＳｉＣ板）Ｐ１が用いられている。多孔質炭化珪素を選択した理由は、多孔質炭化珪素は多孔質アルミナに比べて耐食性及び電気伝導性に優れ、めっき液保持プレート２１用材料として極めて好都合だからである。
【００２７】
本実施形態のめっき液保持プレート２１を構成する多孔質炭化珪素板Ｐ１は、上層２７及び下層２８からなる２層構造を有している。そして、下層２８における多孔性の度合いは、上層２７における多孔性の度合いよりも小さくなっている。より具体的にいうと本実施形態では、下層２８における気孔径及び気孔率は、上層２７における気孔径及び気孔率よりも小さくなっている。上層２７における気孔径及び気孔率を相対的に大きく設定した理由は、層内に銅めっき液１５をスムーズに流すことにより、圧損増大の回避を図ったためである。一方、下層２８において気孔径及び気孔率を小さく設定した理由は、銅めっき液１５の流れをいくぶん規制することにより、好適なめっき液保持性の付与を図ったためである。
【００２８】
第１層である上層２７における気孔径は２５μｍ〜５０μｍ、気孔率は３０％〜５０％であることがよい。
気孔径が２５μｍ未満であったり気孔率が３０％未満である場合、銅めっき液１５がスムーズに流れにくくなり、圧力損失を確実に低減することが困難になるおそれがある。ゆえに、下層２８側に供給される銅めっき液１５の量が不均一になり、結果として銅めっき層の膜厚が不均一になるおそれがある。逆に気孔径が５０μｍを超えていたり気孔率が５０％を超えるような場合、圧力損失の増大は避けられるものの、機械的強度の低下を起こす可能性がある。また、機械的強度の低下を回避しようとすると、材料の選定や焼成条件の設定が難しくなる。
【００２９】
第２層である下層２８における気孔径は１０μｍ〜２０μｍ、気孔率は２０％〜３０％であることがよい。
気孔径が１０μｍ未満であったり気孔率が２０％未満である場合、銅めっき液１５の流れが過度に規制されて圧力損失が増大してしまい、銅めっき液１５の滲出しやすさが場所によってバラつくおそれがある。即ち、めっき液保持プレート２１の下面側から供給されるめっき液１５の量が不均一になり、結果として銅めっき層の膜厚が不均一になるおそれがある。逆に気孔径が２０μｍを超えていたり気孔率が３０％を超えている場合、銅めっき液１５の流れが十分に規制されず、好適なめっき液保持性を付与することができくなる場合がある。
【００３０】
上層２７の厚さと下層２８の厚さとの比は５：５〜９：１であることが好ましく、６：４〜８：２であることがさらに好ましい。
上層２７の厚さの比が大きくなりすぎる（下層２８の厚さの比が小さくなりすぎる）と、好適なめっき液保持性が得られなくなり、めっき液滲出量を毎回一定にすることが困難になる。逆に、上層２７の厚さの比が小さくなりすぎる（下層２８の厚さの比が大きくなりすぎる）と、全体として圧力損失の増大につながる結果、やはりめっき液滲出量を毎回一定にすることが困難になる。
【００３１】
めっき液保持プレート２１の体積固有抵抗は１０1Ωｍ〜１０5Ωｍであることがよく、１０2Ωｍ〜１０4Ωｍであることがなおよい。
体積固有抵抗が１０1Ωｍ未満のものを実現しようとすると、材料の選定や焼成条件の設定等が難しくなって、めっき液保持プレート２１の製造コストが高騰するおそれがある。また、そればかりでなくめっき液保持プレート２１の多孔性が損なわれ、めっき液保持性という基本性能が損なわれるおそれもある。逆に１０5Ωｍを超える場合には電気伝導性が低くなりすぎてしまい、めっき液保持プレート２１が実質的に陽極１４として機能しなくなるおそれがある。ゆえに、半導体ウェハ５の上面付近の銅めっき液１５に、強くかつ安定した電界を与えることができなくなるおそれがある。
【００３２】
なお、めっき液保持プレート２１の密度は１．６ｇ／ｃｍ3〜２．５ｇ／ｃｍ3、 曲げ強度は３０ＭＰａ〜１５０ＭＰａ、ヤング率は５０ＧＰａ〜２００ＧＰａ、熱伝導率は５０Ｗ／ｍ・Ｋ〜１５０Ｗ／ｍ・Ｋであることがよい。また、めっき液保持プレート２１を構成する多孔質炭化珪素としては、高純度多孔質炭化珪素が用いられることがよい。具体的には、不純物である重金属の濃度が０．５％以下の多孔質炭化珪素が用いられることがよい。
【００３３】
ここで、本実施形態のめっき液保持プレート２１を製造する方法について説明する。
まず、平均粒径の異なる２種の炭化珪素粉末を所定比率で配合した原料を用意する。そして、これら２種の炭化珪素粉末に溶剤やバインダ等を配合したうえで、これをよく混合する。次いで、この混合物を乾燥した後、その乾燥混合物を顆粒化する。そして、前記造粒工程により得られた顆粒を材料として成形を行い、後に上層２７となる円形状の第１成形体を作製する。
【００３４】
同じく、平均粒径の異なる２種の炭化珪素粉末を配合した原料を用意する。そして、これら２種の炭化珪素粉末に溶剤やバインダ等を配合したうえで、これをよく混合する。次いで、この混合物を乾燥した後、その乾燥混合物を顆粒化する。そして、前記造粒工程により得られた顆粒を材料として成形を行い、後に下層２８となる円形状の第２成形体を作製する。ただし、第２成形体用原料における２種の炭化珪素粉末の配合比率は、第１成形体用原料における２種の炭化珪素粉末の配合比率とは異なるものとされることがよい。その理由は、平均粒径の異なる２種の炭化珪素粉末の配合比率を変えることにより、上層２７及び下層２８に適した２種の成形体を比較的簡単にかつ確実に得ることができるからである。
【００３５】
次いで、第１成形体及び第２成形体を積層して厚さ方向からプレス圧を加えることにより、これらを一体化させて積層体とする。そして、この積層体を不活性雰囲気下にて２０００℃〜２３００℃程度の温度で常圧焼成することにより、積層体を焼結させる。その結果、多孔性の度合いの異なる２層が互いに接合した状態の焼結体（即ち多孔質炭化珪素板Ｐ１）を得ることができる。
【００３６】
次に、上記のように構成されためっき液保持プレート２１を用いた電解銅めっき装置１の使用方法について説明する。
この電解銅めっき装置１の場合、めっき液供給管１７を経て供給されてきた銅めっき液１５が、前記空間１９に一定量溜まるようになっている。当該空間１９に供給されてきた銅めっき液１５は、陽極１４のスリット１６を通過してめっき液保持プレート２１に到る。そして、銅めっき液１５はさらにめっき液保持プレート２１における上層２７の気孔及び下層２８の気孔を通り抜けて、半導体ウェハ５の上面側に供給される。従って、この状態で陽極１４及び陰極２間に通電を行うことにより、静止浴のまま電解銅めっきが施される。すると、半導体ウェハ５の上面側にあらかじめ掘られた配線用溝を埋めるように銅めっき層が析出し、結果として所望パターン形状の銅配線が形成されるようになっている。
【００３７】
【実施例及び比較例】
［実施例１］
原料炭化珪素粉末として、ＧＣ♯２４０（信濃電気精錬社製、平均粒径５７μm）とＧMＦ−１５Ｈ２（太平洋ランダム社製、平均粒径０．５μm）とを重量比が９５：５となるようにして用いた。そして、これら２種の炭化珪素粉末にさらに水、バインダであるアクリル系樹脂を配合し、これを万能混合機を用いてよく混合しながら同時に造粒を行った。そして、前記混合・造粒工程により得られた顆粒を材料として、５０ＭＰａ程度の圧力で静水圧プレスを行い、後に上層２７となる円板状の第１成形体を作製した。
【００３８】
また、原料炭化珪素粉末として、ＧＣ♯２４０（信濃電気精錬社製、平均粒径５７μm）とＧMＦ−１５Ｈ２（太平洋ランダム社製、平均粒径０．５μm）とを重量比が７０：３０となるようにして用いた。そして、これら２種の炭化珪素粉末にさらに水、バインダであるアクリル系樹脂を配合し、これをポットミルを用いてよく混合した。前記混合工程により得られた均一な混合物を所定時間乾燥して水分をある程度除去した後、その乾燥混合物を適量採取し、これをスプレードライヤにより顆粒化した。そして、前記造粒工程により得られた顆粒を材料として、１００ＭＰａ〜１３０ＭＰａ程度の圧力で静水圧プレスを行い、後に下層２８となる円板状の第２成形体を作製した。
【００３９】
次に、得られた２枚の成形体を積層し、一軸プレス機によりプレスを行った。次いで、プレスにより得られた積層体をアルゴン雰囲気下にて２１００℃〜２２００℃の温度で常圧焼成した。その結果、多孔質炭化珪素製の円板状のめっき液保持プレート２１（上層２７が７．０ｍｍ、下層２８が３．０ｍｍであり、全体厚が１０ｍｍ）を得た。
【００４０】
実施例１のめっき液保持プレート２１の上層２７については、気孔率が４３％、気孔径が３２μｍ、体積固有抵抗が１０3Ωｍ、密度が１．９ｇ／ｃｍ3、曲げ強度が５０ＭＰａ、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ、重金属濃度が０．５％以下であった。下層２８については、気孔率が２５％、気孔径が１３μｍ、体積固有抵抗が１０3Ωｍ、密度が２．４ｇ／ｃｍ3、曲げ強度が１３０ＭＰａ、熱伝導率が１４０Ｗ／ｍ・Ｋ、重金属濃度が０．５％以下であった。
［実施例２〜５］
実施例２，３では、上層２７及び下層２８の厚さを表１に示すように変更したことを除き、基本的には実施例１の手順に従って、同サイズのめっき液保持プレート２１を作製した。
【００４１】
実施例４，５では、上層２７及び下層２８の気孔径及び気孔率を表１に示すように変更したことを除き、基本的には実施例１の手順に従って、同サイズのめっき液保持プレート２１を作製した。
［比較例１，２］
比較例１では、原料炭化珪素粉末として、ＧＣ♯２４０（信濃電気精錬社製、平均粒径５７μm）とＧMＦ−１５Ｈ２（太平洋ランダム社製、平均粒径０．５μm）とを重量比が９５：５となるようにして用いた。そして、これら２種の炭化珪素粉末にさらに水、バインダであるアクリル系樹脂を配合し、これを万能混合機を用いてよく混合しながら同時に造粒を行った。そして、前記混合・造粒工程により得られた顆粒を材料として、５０ＭＰａ程度の圧力で静水圧プレスを行い、円板状成形体を作製した。これを実施例１と同じ条件で焼成し、上下２層構造を有しない単一層からなるめっき液保持プレート２１とした（表２参照）。
【００４２】
比較例２では、原料炭化珪素粉末として、ＧＣ♯２４０（信濃電気精錬社製、平均粒径５７μm）とＧMＦ−１５Ｈ２（太平洋ランダム社製、平均粒径０．５μm）とを重量比が７０：３０となるようにして用いた。そして、これら２種の炭化珪素粉末にさらに水、バインダであるアクリル系樹脂を配合し、これをポットミルを用いてよく混合した。前記混合工程により得られた均一な混合物を所定時間乾燥して水分をある程度除去した後、その乾燥混合物を適量採取し、これをスプレードライヤにより顆粒化した。そして、前記造粒工程により得られた顆粒を材料として、１００ＭＰａ〜１３０ＭＰａ程度の圧力で静水圧プレスを行い、円板状成形体を作製した。これを実施例１と同じ条件で焼成し、上下２層構造を有しない単一層からなるめっき液保持プレート２１とした（表２参照）。
［比較試験の方法及び結果］
上記各実施例及び各比較例を電解銅めっき装置１に取り付けて、実際に銅めっき液１５を供給し、銅めっき液１５の滲出量のばらつき度合いを調査した。
【００４３】
具体的には、めっき液保持プレート２１の下側面をろ紙に押し付けて、ろ紙に銅めっき液１５を染み込ませるようにした。そして、押し付け前のろ紙の重量と、押し付け直後のろ紙の重量との差を求め、その値から１回ごとの銅めっき液１５の滲出量（ｍＬ）を算出した。これを１０回連続して行い、最大値と最小値との差（ｍＬ）を求め、これを滲出量ばらつきの大小の指標とした。それらの結果を表１，２に示す。
【００４４】
以上の結果から明らかなように、各実施例においては、銅めっき液１５の滲出量のばらつき度合いが小さくなり、滲出量が毎回ほぼ一定になることがわかった。ゆえに、処理毎に銅めっき層の膜厚がばらつかず、複数枚の半導体ウェハ５に対して均一な膜厚の銅めっき層を形成可能であることが示唆された。
【００４５】
一方、各比較例においては、銅めっき液１５の滲出量のばらつき度合いが大きくなり、各実施例に比べて滲出量がばらつくことがわかった。ゆえに、処理毎に銅めっき層の膜厚がばらついてしまい、複数枚の半導体ウェハ５に対して均一な膜厚の銅めっき層を形成することが困難であることが示唆された。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【表２】
従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
【００４８】
（１）本実施形態のめっき液保持プレート２１は、上下２層構造を有する多孔質セラミック板からなり、下層２８における多孔性の度合いが上層２７における多孔性の度合いよりも小さくなっている。このため、銅めっき液の滲出量が毎回ほぼ一定になり、処理毎に銅めっき層の膜厚がばらつきにくくなる。ゆえに、複数枚の半導体ウェハ５に対して均一な膜厚の銅めっき層（即ち銅配線）を形成することができる。
【００４９】
（２）このめっき液保持プレート２１は、耐食性に優れた多孔質炭化珪素板Ｐ１を用いて構成されているため、当該部材が銅めっき液１５により侵蝕されにくくなり、銅めっき液１５中への不純物の溶出が防止される。これにより銅めっき液の組成劣化が回避され、銅めっきの析出挙動が安定化する。また、多孔質アルミナに比べて電気伝導性に優れた多孔質炭化珪素を用いためっき液保持プレート２１であるため、当該部材が実質的に陽極１４としての役割を果たすようになる。よって、擬似的な陽極１４である当該部材が半導体ウェハ５に対してより近接した状態となり、半導体ウェハ５付近の銅めっき液１５に強くかつ安定した電界を与えることができる。
【００５０】
（３）このめっき液保持プレート２１では、上層２７及び下層２８の厚さの比を上記好適範囲内にて設定しているとともに、気孔径及び気孔率を上記好適範囲にて設定している。このため、処理毎の銅めっき層の膜厚ばらつきを確実に解消することができる。
【００５１】
（４）本実施形態の製造方法によると、第１成形体及び第２成形体を積層してプレスすることにより、まず、２層構造の積層体を得ることができる。そして、これを焼成することにより、多孔性の度合いの異なる上層２７及び下層２８が互いに接合した状態の焼結体（即ち多孔質炭化珪素板Ｐ１）を得ることができる。また、平均粒径の異なる２種の炭化珪素粉末の配合比率を変えることにより、上層２７及び下層２８を比較的簡単にかつ確実に得ることができる。
【００５２】
以上のことから明らかなように、本実施形態の製造方法によれば、所望のめっき液保持プレート２１を比較的簡単にかつ確実に製造することができる。
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
【００５３】
・ 多孔性の度合いの異なる上層２７及び下層２８が互いに接合した状態の焼結体を、例えば前記実施形態とは異なる次の方法により製造することが可能である。まず、多孔性の度合いの大きい上層２７をあらかじめ作製しておく。そして、ＣＶＤ等の成膜方法によって、上層２７の片側面に対し、多孔性の度合いの小さい下層２８を形成する。
【００５４】
・ 上層２７及び下層２８における多孔性の度合いに違いを持たせたい場合、気孔径のみを変更してもよいほか、気孔率のみを変更してもよい。勿論、前記実施形態のように気孔径及び気孔率の両方を変更してもよい。
【００５５】
・ 第１成形体及び第２成形体をプレスして積層した後に焼成を行う前記実施形態に代え、例えば焼成によってあらかじめ上層２７及び下層２８を作製しておき、焼成後にこれらを接着剤等を用いて接合するようにしてもよい。
【００５６】
・ フランジ部２１ａは必須ではないため省略されてもよい。
・ 実施形態の電解めっき装置１は、電解銅めっきを実施する場合のみならず、例えば電解ニッケルめっきや電解金めっき等を実施する場合にも勿論使用可能である。
【００５７】
・ 被めっき物はシリコンやガリウム砒素などからなる半導体ウェハ５のみに限定されることはなく、例えばセラミック製、金属製またはプラスティック製の基材などであってもよい。
【００５８】
・ 実施形態の電解めっき装置１は、配線の形成のみに利用されるばかりでなく、例えばバンプ等のような半導体における外部接続端子の形成などに利用されることも可能である。さらに、当該電解めっき装置１は、上記配線のように電気を流すことを目的とする金属層の形成のみに利用されるに止まらず、電気を流すことを特に目的としない金属層の形成に使用されても構わない。
【００５９】
・ めっき液保持プレート２１の上面は陽極１４の下面に対して非接触状態で配置されていても構わない。
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を挙げる。
【００６０】
（１） めっき液が通過可能な構造を有する陽極と、被めっき物に接触する陰極と、前記陽極における前記被めっき物側に配置された多孔性のめっき液保持部材とを備え、前記めっき液が前記陽極及び前記めっき液保持部材を介して前記被めっき物に供給される電解めっき装置において、前記めっき液保持部材は上下２層構造を有する多孔質セラミック板からなり、下層における気孔径が上層における気孔径よりも小さいか、または下層における気孔率が上層における気孔率よりも小さいことを特徴とする電解めっき装置。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜３に記載の発明によれば、複数の被めっき物に対して均一な膜厚のめっき層を形成することができる電解めっき装置用めっき液保持部材を提供することができる。
【００６２】
請求項４に記載の発明によれば、上記の優れためっき液保持部材を比較的簡単にかつ確実に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した第１実施形態の電解銅めっき装置の概略断面図。
【符号の説明】
１…電解めっき装置としての電解銅めっき装置、２…陰極、５…被めっき物としての半導体ウェハ、１２…ホルダ、１３…開口部、１４…陽極、１５…めっき液、２１…めっき液保持部材としてのめっき液保持プレート、２７…第１層としての上層、２８…第２層としての下層、Ｐ１…多孔質セラミック板としての多孔質炭化珪素板。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解めっき装置用めっき液保持部材及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハ上に配線を形成する手法、とりわけ近年においては半導体ウェハ上に銅配線を形成する手法として、電解めっき装置を用いた電解銅めっきに注目が集められている。
【０００３】
従来における一般的な電解めっき装置では、めっき槽内にめっき液を満たした状態でめっき液に半導体ウェハを浸漬するとともに、半導体ウェハ側に陰極を接続して電気を流すことにより、成膜を行うようになっている。
【０００４】
しかしながら、このような従来装置を用いてファインかつ均一な銅配線を形成するためには、例えば、めっき液を流動させたり、陰極と陽極との距離をある程度確保しておく必要があった。このため、装置が巨大化する傾向にあった。また、この従来装置の場合、１回の成膜に必要なめっき液の量が多く、半導体の低コスト化を達成するうえで不利であった。
【０００５】
そこで最近では、上記の問題を解消しうる次世代の電解めっき装置が提案されるに至っている。この新しい電解めっき装置は、めっき液供給部、陰極、陽極、めっき液保持部材等を備えている。めっき供給部の下端部には陽極が設けられている。陽極にはめっき液を通過させるためのスリットが形成されている。陽極の下面側には、多孔質アルミナからなるめっき液保持部材が設けられている。一方、陰極には半導体ウェハが接触した状態で支持される。半導体ウェハの上面と、めっき液保持部材の下面とは、僅かな間隙を隔てて対向した状態となる。
【０００６】
従って、めっき液供給部に供給されてきためっき液は、陽極のスリットを通過してめっき液保持部材に到った後、めっき液保持部材の気孔を介して半導体ウェハ側に供給される。この状態で電極間に通電を行うことにより半導体ウェハ上に電解めっきが施され、静止浴であってもファインな銅配線が形成されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来装置の場合、めっき液保持部材の下側面から滲出してくるめっき液の量が毎回必ずしも一定ではなかったため、処理毎にめっき層の膜厚がばらつきやすいという欠点があった。従って、複数枚の半導体ウェハ間におけるめっき層の膜厚均一化を図るためには、めっき液滲出量を毎回一定にする何らかの対策が必須であると考えられていた。
【０００８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の被めっき物に対して均一な膜厚のめっき層を形成することができる電解めっき装置用めっき液保持部材を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、上下２層構造を有するとともに、下層における多孔性の度合いが上層における多孔性の度合いよりも小さい多孔質セラミック板からなり、前記上層の厚さと前記下層の厚さとの比は５：５〜９：１であることを特徴とする電解めっき装置用めっき液保持部材をその要旨とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、上下２層構造を有するとともに、下層における気孔径及び気孔率が上層における気孔径及び気孔率よりも小さい多孔質セラミック板からなり、前記上層における気孔径は２５μｍ〜５０μｍ、気孔率は３０％〜５０％、前記下層における気孔径は１０μｍ〜２０μｍ、気孔率は２０％〜３０％であることを特徴とする電解めっき装置用めっき液保持部材をその要旨とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記多孔質セラミック板は多孔質炭化珪素板であるとした。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の部材の製造方法であって、平均粒径の異なる２種の炭化珪素粉末を所定比率で配合した原料を用いて、前記上層となる第１成形体を作製する工程と、前記２種の炭化珪素粉末を前記比率とは異なる比率で配合した原料を用いて、前記下層となる第２成形体を作製する工程と、前記第１成形体及び第２成形体を積層してプレスする工程と、前記プレスにより得られた積層体を焼成する工程とを含むことを特徴とした電解めっき装置用めっき液保持部材の製造方法をその要旨とする。
【００１４】
以下、本発明の「作用」について説明する。
請求項１に記載の発明によると、相対的に多孔性の度合いの大きい上層においては、めっき液が層内をスムーズに流れることができるため、圧力損失の増大が回避される。一方、相対的に多孔性の度合いの小さい下層においては、めっき液の流れがいくぶん規制されるため、好適なめっき液保持性が付与される。以上の結果、めっき液保持部材の下側面から滲出してくるめっき液の量が毎回ほぼ一定になり、処理毎にめっき層の膜厚がばらつきにくくなる。ゆえに、複数の被めっき物に対して均一な膜厚のめっき層を形成することができる。両層の厚さの比を上記好適範囲内にて設定することにより、処理毎のめっき層の膜厚ばらつきを確実に解消することができる。上層の厚さの比が大きくなりすぎる（下層の厚さの比が小さくなりすぎる）と、好適なめっき液保持性が得られなくなり、めっき液滲出量を毎回一定にすることが困難になる。逆に、上層の厚さの比が小さくなりすぎる（下層の厚さの比が大きくなりすぎる）と、圧力損失の増大につながる結果、やはりめっき液滲出量を毎回一定にすることが困難になる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によると、相対的に気孔径及び気孔率の大きい上層においては、めっき液が層内をスムーズに流れることができるため、圧力損失の増大が回避される。一方、相対的に気孔径及び気孔率の小さい下層においては、めっき液の流れがいくぶん規制されるため、好適なめっき液保持性が付与される。以上の結果、めっき液保持部材の下側面から滲出してくるめっき液の量が毎回ほぼ一定になり、処理毎にめっき層の膜厚がばらつきにくくなる。ゆえに、複数の被めっき物に対して均一な膜厚のめっき層を形成することができる。気孔径及び気孔率を上記好適範囲にて設定することにより、処理毎のめっき層の膜厚ばらつきを確実に解消することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によると、耐食性に優れた多孔質炭化珪素板を用いためっき液保持部材であるため、当該部材がめっき液により侵蝕されにくくなり、めっき液中への不純物の溶出が防止される。これによりめっき液の組成劣化が回避され、めっきの析出挙動が安定化する。また、多孔質アルミナに比べて電気伝導性に優れた多孔質炭化珪素を用いためっき液保持部材であるため、当該部材が実質的に陽極としての役割を果たすようになる。よって、擬似的な陽極である当該部材が被めっき物に対してより近接した状態となり、被めっき物付近のめっき液に強くかつ安定した電界を与えることができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によると、第１成形体及び第２成形体を積層してプレスすることにより積層体が得られ、これを焼成することにより、多孔性の度合いの異なる２層が互いに接合した状態の焼結体を得ることができる。また、平均粒径の異なる２種の炭化珪素粉末の配合比率を変えることにより、前記２つの層を比較的簡単にかつ確実に得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態の電解銅めっき装置１を図１に基づき詳細に説明する。
【００２２】
この電解銅めっき装置１を構成する陰極２は、上端側にいくほど拡径する円環状の部材であって、その下端側にはフランジ３が形成されている。陰極２は例えば導電性の金属材料を用いて形成されている。陰極２の下端側開口部４の径は、被めっき物である半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）５の径よりも若干小さめに設定されている。半導体ウェハ５は図示しないステージにより下方側からフランジ３に対して押圧される。その結果、半導体ウェハ５の上面側外周部がフランジ３の下面側に密着し、この状態で半導体ウェハ５が保持されるようになっている。このとき、陰極２はいわば有底状となるため、半導体ウェハ５の上面側にできる領域には電解銅めっき液１５が溜まるようになっている。
【００２３】
一方、この電解銅めっき装置１を構成するホルダ１２は、使用時において、陰極２の上方において近接した状態で配置される。ホルダ１２の下端側には開口部１３が設けられており、その開口部１３付近には板状の陽極１４が取り付けられている。陽極１４は例えば導電性の金属材料を用いて円形状に形成されている。陽極１４の複数箇所には、銅めっき液１５を上面側から下面側に通過させるための構造としてスリット１６が設けられている。ホルダ１２の上面には、めっき液供給管１７及びめっき液回収管１８がそれぞれ設けられている。めっき液供給管１７は、ホルダ１２及び陽極１４によって区画される空間１９と、図示しないめっき液タンクとの間を連通させている。銅めっき液１５が不足すると、このめっき液供給管１７を介して前記空間１９内に銅めっき液１５が補充されるようになっている。めっき液回収管１８は、前記空間１９内における銅めっき液１５の量が一定量を超えたときに、その余剰分を回収する役割を果たしている。なお、回収された銅めっき液１５は、めっき液タンクに戻されて再利用されるようになっている。
【００２４】
ホルダ１２の開口部１３には、陽極１４の下面側に接するようにしてめっき液保持部材としてのめっき液保持プレート２１が設けられている。めっき液保持プレート２１は、陽極１４とほぼ同じ大きさかつほぼ同じ形状（即ち円板状）となっている。めっき液保持プレート２１は、外周部分から横方向に突出するフランジ部２１ａを備えている。このフランジ部２１ａは、ホルダ１２の開口部１３に設けられた支持部１３ａによって支持されている。なお、フランジ部２１ａの下面と支持部１３ａの上面との間には、シール部材であるゴム製の環状パッキング２２が介在されている。
【００２５】
めっき液保持プレート２１は、銅めっき液１５を自身の気孔内に保持することにより、ホルダ１２の移送時における下面側からの銅めっき液１５の流出を防止する役割も果たしている。なお、めっき液保持プレート２１の下面は、半導体ウェハ５の上面と僅かな間隙を隔てた状態で対向配置されている。具体的にいうと、本実施形態では前記間隙の大きさが１ｍｍ程度となるように設定されている。
【００２６】
次に、本実施形態において用いられるめっき液保持プレート２１の材質等について詳細に説明する。
本実施形態のめっき液保持プレート２１は多孔質セラミック板であり、具体的には多孔質炭化珪素板（多孔質ＳｉＣ板）Ｐ１が用いられている。多孔質炭化珪素を選択した理由は、多孔質炭化珪素は多孔質アルミナに比べて耐食性及び電気伝導性に優れ、めっき液保持プレート２１用材料として極めて好都合だからである。
【００２７】
本実施形態のめっき液保持プレート２１を構成する多孔質炭化珪素板Ｐ１は、上層２７及び下層２８からなる２層構造を有している。そして、下層２８における多孔性の度合いは、上層２７における多孔性の度合いよりも小さくなっている。より具体的にいうと本実施形態では、下層２８における気孔径及び気孔率は、上層２７における気孔径及び気孔率よりも小さくなっている。上層２７における気孔径及び気孔率を相対的に大きく設定した理由は、層内に銅めっき液１５をスムーズに流すことにより、圧損増大の回避を図ったためである。一方、下層２８において気孔径及び気孔率を小さく設定した理由は、銅めっき液１５の流れをいくぶん規制することにより、好適なめっき液保持性の付与を図ったためである。
【００２８】
第１層である上層２７における気孔径は２５μｍ〜５０μｍ、気孔率は３０％〜５０％であることがよい。
気孔径が２５μｍ未満であったり気孔率が３０％未満である場合、銅めっき液１５がスムーズに流れにくくなり、圧力損失を確実に低減することが困難になるおそれがある。ゆえに、下層２８側に供給される銅めっき液１５の量が不均一になり、結果として銅めっき層の膜厚が不均一になるおそれがある。逆に気孔径が５０μｍを超えていたり気孔率が５０％を超えるような場合、圧力損失の増大は避けられるものの、機械的強度の低下を起こす可能性がある。また、機械的強度の低下を回避しようとすると、材料の選定や焼成条件の設定が難しくなる。
【００２９】
第２層である下層２８における気孔径は１０μｍ〜２０μｍ、気孔率は２０％〜３０％であることがよい。
気孔径が１０μｍ未満であったり気孔率が２０％未満である場合、銅めっき液１５の流れが過度に規制されて圧力損失が増大してしまい、銅めっき液１５の滲出しやすさが場所によってバラつくおそれがある。即ち、めっき液保持プレート２１の下面側から供給されるめっき液１５の量が不均一になり、結果として銅めっき層の膜厚が不均一になるおそれがある。逆に気孔径が２０μｍを超えていたり気孔率が３０％を超えている場合、銅めっき液１５の流れが十分に規制されず、好適なめっき液保持性を付与することができくなる場合がある。
【００３０】
上層２７の厚さと下層２８の厚さとの比は５：５〜９：１であることが好ましく、６：４〜８：２であることがさらに好ましい。
上層２７の厚さの比が大きくなりすぎる（下層２８の厚さの比が小さくなりすぎる）と、好適なめっき液保持性が得られなくなり、めっき液滲出量を毎回一定にすることが困難になる。逆に、上層２７の厚さの比が小さくなりすぎる（下層２８の厚さの比が大きくなりすぎる）と、全体として圧力損失の増大につながる結果、やはりめっき液滲出量を毎回一定にすることが困難になる。
【００３１】
めっき液保持プレート２１の体積固有抵抗は１０1Ωｍ〜１０5Ωｍであることがよく、１０2Ωｍ〜１０4Ωｍであることがなおよい。
体積固有抵抗が１０1Ωｍ未満のものを実現しようとすると、材料の選定や焼成条件の設定等が難しくなって、めっき液保持プレート２１の製造コストが高騰するおそれがある。また、そればかりでなくめっき液保持プレート２１の多孔性が損なわれ、めっき液保持性という基本性能が損なわれるおそれもある。逆に１０5Ωｍを超える場合には電気伝導性が低くなりすぎてしまい、めっき液保持プレート２１が実質的に陽極１４として機能しなくなるおそれがある。ゆえに、半導体ウェハ５の上面付近の銅めっき液１５に、強くかつ安定した電界を与えることができなくなるおそれがある。
【００３２】
なお、めっき液保持プレート２１の密度は１．６ｇ／ｃｍ3〜２．５ｇ／ｃｍ3、 曲げ強度は３０ＭＰａ〜１５０ＭＰａ、ヤング率は５０ＧＰａ〜２００ＧＰａ、熱伝導率は５０Ｗ／ｍ・Ｋ〜１５０Ｗ／ｍ・Ｋであることがよい。また、めっき液保持プレート２１を構成する多孔質炭化珪素としては、高純度多孔質炭化珪素が用いられることがよい。具体的には、不純物である重金属の濃度が０．５％以下の多孔質炭化珪素が用いられることがよい。
【００３３】
ここで、本実施形態のめっき液保持プレート２１を製造する方法について説明する。
まず、平均粒径の異なる２種の炭化珪素粉末を所定比率で配合した原料を用意する。そして、これら２種の炭化珪素粉末に溶剤やバインダ等を配合したうえで、これをよく混合する。次いで、この混合物を乾燥した後、その乾燥混合物を顆粒化する。そして、前記造粒工程により得られた顆粒を材料として成形を行い、後に上層２７となる円形状の第１成形体を作製する。
【００３４】
同じく、平均粒径の異なる２種の炭化珪素粉末を配合した原料を用意する。そして、これら２種の炭化珪素粉末に溶剤やバインダ等を配合したうえで、これをよく混合する。次いで、この混合物を乾燥した後、その乾燥混合物を顆粒化する。そして、前記造粒工程により得られた顆粒を材料として成形を行い、後に下層２８となる円形状の第２成形体を作製する。ただし、第２成形体用原料における２種の炭化珪素粉末の配合比率は、第１成形体用原料における２種の炭化珪素粉末の配合比率とは異なるものとされることがよい。その理由は、平均粒径の異なる２種の炭化珪素粉末の配合比率を変えることにより、上層２７及び下層２８に適した２種の成形体を比較的簡単にかつ確実に得ることができるからである。
【００３５】
次いで、第１成形体及び第２成形体を積層して厚さ方向からプレス圧を加えることにより、これらを一体化させて積層体とする。そして、この積層体を不活性雰囲気下にて２０００℃〜２３００℃程度の温度で常圧焼成することにより、積層体を焼結させる。その結果、多孔性の度合いの異なる２層が互いに接合した状態の焼結体（即ち多孔質炭化珪素板Ｐ１）を得ることができる。
【００３６】
次に、上記のように構成されためっき液保持プレート２１を用いた電解銅めっき装置１の使用方法について説明する。
この電解銅めっき装置１の場合、めっき液供給管１７を経て供給されてきた銅めっき液１５が、前記空間１９に一定量溜まるようになっている。当該空間１９に供給されてきた銅めっき液１５は、陽極１４のスリット１６を通過してめっき液保持プレート２１に到る。そして、銅めっき液１５はさらにめっき液保持プレート２１における上層２７の気孔及び下層２８の気孔を通り抜けて、半導体ウェハ５の上面側に供給される。従って、この状態で陽極１４及び陰極２間に通電を行うことにより、静止浴のまま電解銅めっきが施される。すると、半導体ウェハ５の上面側にあらかじめ掘られた配線用溝を埋めるように銅めっき層が析出し、結果として所望パターン形状の銅配線が形成されるようになっている。
【００３７】
【実施例及び比較例】
［実施例１］
原料炭化珪素粉末として、ＧＣ♯２４０（信濃電気精錬社製、平均粒径５７μm）とＧMＦ−１５Ｈ２（太平洋ランダム社製、平均粒径０．５μm）とを重量比が９５：５となるようにして用いた。そして、これら２種の炭化珪素粉末にさらに水、バインダであるアクリル系樹脂を配合し、これを万能混合機を用いてよく混合しながら同時に造粒を行った。そして、前記混合・造粒工程により得られた顆粒を材料として、５０ＭＰａ程度の圧力で静水圧プレスを行い、後に上層２７となる円板状の第１成形体を作製した。
【００３８】
また、原料炭化珪素粉末として、ＧＣ♯２４０（信濃電気精錬社製、平均粒径５７μm）とＧMＦ−１５Ｈ２（太平洋ランダム社製、平均粒径０．５μm）とを重量比が７０：３０となるようにして用いた。そして、これら２種の炭化珪素粉末にさらに水、バインダであるアクリル系樹脂を配合し、これをポットミルを用いてよく混合した。前記混合工程により得られた均一な混合物を所定時間乾燥して水分をある程度除去した後、その乾燥混合物を適量採取し、これをスプレードライヤにより顆粒化した。そして、前記造粒工程により得られた顆粒を材料として、１００ＭＰａ〜１３０ＭＰａ程度の圧力で静水圧プレスを行い、後に下層２８となる円板状の第２成形体を作製した。
【００３９】
次に、得られた２枚の成形体を積層し、一軸プレス機によりプレスを行った。次いで、プレスにより得られた積層体をアルゴン雰囲気下にて２１００℃〜２２００℃の温度で常圧焼成した。その結果、多孔質炭化珪素製の円板状のめっき液保持プレート２１（上層２７が７．０ｍｍ、下層２８が３．０ｍｍであり、全体厚が１０ｍｍ）を得た。
【００４０】
実施例１のめっき液保持プレート２１の上層２７については、気孔率が４３％、気孔径が３２μｍ、体積固有抵抗が１０3Ωｍ、密度が１．９ｇ／ｃｍ3、曲げ強度が５０ＭＰａ、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ、重金属濃度が０．５％以下であった。下層２８については、気孔率が２５％、気孔径が１３μｍ、体積固有抵抗が１０3Ωｍ、密度が２．４ｇ／ｃｍ3、曲げ強度が１３０ＭＰａ、熱伝導率が１４０Ｗ／ｍ・Ｋ、重金属濃度が０．５％以下であった。
［実施例２〜５］
実施例２，３では、上層２７及び下層２８の厚さを表１に示すように変更したことを除き、基本的には実施例１の手順に従って、同サイズのめっき液保持プレート２１を作製した。
【００４１】
実施例４，５では、上層２７及び下層２８の気孔径及び気孔率を表１に示すように変更したことを除き、基本的には実施例１の手順に従って、同サイズのめっき液保持プレート２１を作製した。
［比較例１，２］
比較例１では、原料炭化珪素粉末として、ＧＣ♯２４０（信濃電気精錬社製、平均粒径５７μm）とＧMＦ−１５Ｈ２（太平洋ランダム社製、平均粒径０．５μm）とを重量比が９５：５となるようにして用いた。そして、これら２種の炭化珪素粉末にさらに水、バインダであるアクリル系樹脂を配合し、これを万能混合機を用いてよく混合しながら同時に造粒を行った。そして、前記混合・造粒工程により得られた顆粒を材料として、５０ＭＰａ程度の圧力で静水圧プレスを行い、円板状成形体を作製した。これを実施例１と同じ条件で焼成し、上下２層構造を有しない単一層からなるめっき液保持プレート２１とした（表２参照）。
【００４２】
比較例２では、原料炭化珪素粉末として、ＧＣ♯２４０（信濃電気精錬社製、平均粒径５７μm）とＧMＦ−１５Ｈ２（太平洋ランダム社製、平均粒径０．５μm）とを重量比が７０：３０となるようにして用いた。そして、これら２種の炭化珪素粉末にさらに水、バインダであるアクリル系樹脂を配合し、これをポットミルを用いてよく混合した。前記混合工程により得られた均一な混合物を所定時間乾燥して水分をある程度除去した後、その乾燥混合物を適量採取し、これをスプレードライヤにより顆粒化した。そして、前記造粒工程により得られた顆粒を材料として、１００ＭＰａ〜１３０ＭＰａ程度の圧力で静水圧プレスを行い、円板状成形体を作製した。これを実施例１と同じ条件で焼成し、上下２層構造を有しない単一層からなるめっき液保持プレート２１とした（表２参照）。
［比較試験の方法及び結果］
上記各実施例及び各比較例を電解銅めっき装置１に取り付けて、実際に銅めっき液１５を供給し、銅めっき液１５の滲出量のばらつき度合いを調査した。
【００４３】
具体的には、めっき液保持プレート２１の下側面をろ紙に押し付けて、ろ紙に銅めっき液１５を染み込ませるようにした。そして、押し付け前のろ紙の重量と、押し付け直後のろ紙の重量との差を求め、その値から１回ごとの銅めっき液１５の滲出量（ｍＬ）を算出した。これを１０回連続して行い、最大値と最小値との差（ｍＬ）を求め、これを滲出量ばらつきの大小の指標とした。それらの結果を表１，２に示す。
【００４４】
以上の結果から明らかなように、各実施例においては、銅めっき液１５の滲出量のばらつき度合いが小さくなり、滲出量が毎回ほぼ一定になることがわかった。ゆえに、処理毎に銅めっき層の膜厚がばらつかず、複数枚の半導体ウェハ５に対して均一な膜厚の銅めっき層を形成可能であることが示唆された。
【００４５】
一方、各比較例においては、銅めっき液１５の滲出量のばらつき度合いが大きくなり、各実施例に比べて滲出量がばらつくことがわかった。ゆえに、処理毎に銅めっき層の膜厚がばらついてしまい、複数枚の半導体ウェハ５に対して均一な膜厚の銅めっき層を形成することが困難であることが示唆された。
【００４６】
【表１】
【表２】
【００４８】
（１）本実施形態のめっき液保持プレート２１は、上下２層構造を有する多孔質セラミック板からなり、下層２８における多孔性の度合いが上層２７における多孔性の度合いよりも小さくなっている。このため、銅めっき液の滲出量が毎回ほぼ一定になり、処理毎に銅めっき層の膜厚がばらつきにくくなる。ゆえに、複数枚の半導体ウェハ５に対して均一な膜厚の銅めっき層（即ち銅配線）を形成することができる。
【００４９】
（２）このめっき液保持プレート２１は、耐食性に優れた多孔質炭化珪素板Ｐ１を用いて構成されているため、当該部材が銅めっき液１５により侵蝕されにくくなり、銅めっき液１５中への不純物の溶出が防止される。これにより銅めっき液の組成劣化が回避され、銅めっきの析出挙動が安定化する。また、多孔質アルミナに比べて電気伝導性に優れた多孔質炭化珪素を用いためっき液保持プレート２１であるため、当該部材が実質的に陽極１４としての役割を果たすようになる。よって、擬似的な陽極１４である当該部材が半導体ウェハ５に対してより近接した状態となり、半導体ウェハ５付近の銅めっき液１５に強くかつ安定した電界を与えることができる。
【００５０】
（３）このめっき液保持プレート２１では、上層２７及び下層２８の厚さの比を上記好適範囲内にて設定しているとともに、気孔径及び気孔率を上記好適範囲にて設定している。このため、処理毎の銅めっき層の膜厚ばらつきを確実に解消することができる。
【００５１】
（４）本実施形態の製造方法によると、第１成形体及び第２成形体を積層してプレスすることにより、まず、２層構造の積層体を得ることができる。そして、これを焼成することにより、多孔性の度合いの異なる上層２７及び下層２８が互いに接合した状態の焼結体（即ち多孔質炭化珪素板Ｐ１）を得ることができる。また、平均粒径の異なる２種の炭化珪素粉末の配合比率を変えることにより、上層２７及び下層２８を比較的簡単にかつ確実に得ることができる。
【００５２】
以上のことから明らかなように、本実施形態の製造方法によれば、所望のめっき液保持プレート２１を比較的簡単にかつ確実に製造することができる。
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
【００５３】
・ 多孔性の度合いの異なる上層２７及び下層２８が互いに接合した状態の焼結体を、例えば前記実施形態とは異なる次の方法により製造することが可能である。まず、多孔性の度合いの大きい上層２７をあらかじめ作製しておく。そして、ＣＶＤ等の成膜方法によって、上層２７の片側面に対し、多孔性の度合いの小さい下層２８を形成する。
【００５４】
・ 上層２７及び下層２８における多孔性の度合いに違いを持たせたい場合、気孔径のみを変更してもよいほか、気孔率のみを変更してもよい。勿論、前記実施形態のように気孔径及び気孔率の両方を変更してもよい。
【００５５】
・ 第１成形体及び第２成形体をプレスして積層した後に焼成を行う前記実施形態に代え、例えば焼成によってあらかじめ上層２７及び下層２８を作製しておき、焼成後にこれらを接着剤等を用いて接合するようにしてもよい。
【００５６】
・ フランジ部２１ａは必須ではないため省略されてもよい。
・ 実施形態の電解めっき装置１は、電解銅めっきを実施する場合のみならず、例えば電解ニッケルめっきや電解金めっき等を実施する場合にも勿論使用可能である。
【００５７】
・ 被めっき物はシリコンやガリウム砒素などからなる半導体ウェハ５のみに限定されることはなく、例えばセラミック製、金属製またはプラスティック製の基材などであってもよい。
【００５８】
・ 実施形態の電解めっき装置１は、配線の形成のみに利用されるばかりでなく、例えばバンプ等のような半導体における外部接続端子の形成などに利用されることも可能である。さらに、当該電解めっき装置１は、上記配線のように電気を流すことを目的とする金属層の形成のみに利用されるに止まらず、電気を流すことを特に目的としない金属層の形成に使用されても構わない。
【００５９】
・ めっき液保持プレート２１の上面は陽極１４の下面に対して非接触状態で配置されていても構わない。
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を挙げる。
【００６０】
（１） めっき液が通過可能な構造を有する陽極と、被めっき物に接触する陰極と、前記陽極における前記被めっき物側に配置された多孔性のめっき液保持部材とを備え、前記めっき液が前記陽極及び前記めっき液保持部材を介して前記被めっき物に供給される電解めっき装置において、前記めっき液保持部材は上下２層構造を有する多孔質セラミック板からなり、下層における気孔径が上層における気孔径よりも小さいか、または下層における気孔率が上層における気孔率よりも小さいことを特徴とする電解めっき装置。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜３に記載の発明によれば、複数の被めっき物に対して均一な膜厚のめっき層を形成することができる電解めっき装置用めっき液保持部材を提供することができる。
【００６２】
請求項４に記載の発明によれば、上記の優れためっき液保持部材を比較的簡単にかつ確実に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した第１実施形態の電解銅めっき装置の概略断面図。
【符号の説明】
１…電解めっき装置としての電解銅めっき装置、２…陰極、５…被めっき物としての半導体ウェハ、１２…ホルダ、１３…開口部、１４…陽極、１５…めっき液、２１…めっき液保持部材としてのめっき液保持プレート、２７…第１層としての上層、２８…第２層としての下層、Ｐ１…多孔質セラミック板としての多孔質炭化珪素板。
Claims (4)
- 上下２層構造を有するとともに、下層における多孔性の度合いが上層における多孔性の度合いよりも小さい多孔質セラミック板からなり、前記上層の厚さと前記下層の厚さとの比は５：５〜９：１であることを特徴とする電解めっき装置用めっき液保持部材。
- 上下２層構造を有するとともに、下層における気孔径及び気孔率が上層における気孔径及び気孔率よりも小さい多孔質セラミック板からなり、前記上層における気孔径は２５μｍ〜５０μｍ、気孔率は３０％〜５０％、前記下層における気孔径は１０μｍ〜２０μｍ、気孔率は２０％〜３０％であることを特徴とする電解めっき装置用めっき液保持部材。
- 前記多孔質セラミック板は多孔質炭化珪素板であることを特徴とする請求項１または２に記載の電解めっき装置用めっき液保持部材。
- 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の部材の製造方法であって、
平均粒径の異なる２種の炭化珪素粉末を所定比率で配合した原料を用いて、前記上層となる第１成形体を作製する工程と、前記２種の炭化珪素粉末を前記比率とは異なる比率で配合した原料を用いて、前記下層となる第２成形体を作製する工程と、前記第１成形体及び第２成形体を積層してプレスする工程と、前記プレスにより得られた積層体を焼成する工程とを含むことを特徴とした電解めっき装置用めっき液保持部材の製造方法。
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