JP6619942B2 - 半導体ウエハへの電気銅めっきに使用する銅アノード又は含燐銅アノード及び銅アノード又は含燐銅アノードの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電気銅めっきの際に、被めっき物、特に半導体ウエハへのパーティクルの付着を効果的に抑制できる、半導体ウエハへの電気銅めっきに使用する銅アノード又は含燐銅アノード及び銅アノード又は含燐銅アノードの製造方法に関する。
一般に、電気銅めっきは、ＰＷＢ（プリント配線板）等において銅配線形成用として使用されているが、最近では半導体の銅配線形成用として使用されるようになってきた。電気銅めっきは歴史が長く、多くの技術的蓄積があり今日に至っているが、この電気銅めっきを半導体の銅配線形成用として使用する場合には、ＰＷＢでは問題にならなかった新たな不都合が出てきた。
通常、電気銅めっきを行う場合、アノードとして銅又は含燐銅が使用されている。これは、白金、チタン、酸化イリジウム製等の不溶性アノードを使用した場合、めっき液中の添加剤がアノード酸化の影響を受けて分解し、めっき不良が発生するためである。可溶性アノードの電気銅や無酸素銅を使用する場合は、溶解時に、一価の銅の不均化反応に起因する金属銅や酸化銅からなるスラッジ等のパーティクルが発生し、被めっき物を汚染してしまうことがある。
含燐銅アノードを使用する場合には、電解によりアノード表面に燐化銅や塩化銅等からなるブラックフィルムが形成され、一価の銅の不均化反応による金属銅や酸化銅の生成を抑え、パーティクルの付着が少ない銅層を形成することができる。しかし、上記のようにアノードとして含燐銅を使用しても、安定したブラックフィルムの形成が難しく、ブラックフィルムの脱落や、ブラックフィルムの薄い部分での金属銅や酸化銅の生成があるので、完全にパーティクルの生成が抑えられるわけではない。
このようなことから、通常アノードバッグと呼ばれる濾布でアノードを包み込んで、パーティクルがめっき液に到達するのを防いでいる。ところが、このような方法を、特に半導体ウエハへのめっきに適用した場合、上記のようなＰＷＢ等への配線形成では問題にならなかった微細なパーティクルが半導体ウエハに到達し、これが半導体に付着してめっき不良の原因となる問題が発生した。
このような問題を解決するための方法を、本出願人はいくつかの解決策を提案した（特許文献１−４参照）。これらは、従来の含燐銅アノードを使用した半導体ウエハへのめっきに比べ、格段にパーティクル発生を防止できる効果があった。しかし、このような解決策を講じても、なおかつ微細なパーティクル発生が多少とも存在するという問題があった。
この他、電気銅めっき用銅アノードとして、熱間加工、冷間加工した材料に、熱処理を施し、結晶粒径を調整して、アノードスライムの発生を抑制する提案がなされている（下記特許文献５、６参照）。しかし、この場合は、熱間加工、冷間加工、熱処理工程等が入るため、工程が煩雑となり、製造コストが増加するという問題がある。
この他、電気銅めっき用銅アノードとして、熱間加工、冷間加工した材料に、熱処理を施し、結晶粒径を調整して、アノードスライムの発生を抑制する提案がなされている（下記特許文献５、６参照）。しかし、この場合は、熱間加工、冷間加工、熱処理工程等が入るため、工程が煩雑となり、製造コストが増加するという問題がある。
本発明は、電気銅めっきの際に、被めっき物、特に半導体ウエハへのパーティクルの付着を効率良く防止できる、半導体ウエハへの電気銅めっきに使用する銅アノード又は含燐銅アノード及びアノード又は含燐銅アノードの製造方法を提供するものであり、工程を簡略化し、製造コストの低減化が可能である銅アノード又は含燐銅アノードを、提供することを課題とする。
本願は、以下の発明を提供する。
１）半導体ウエハへの電気銅めっきに使用する銅アノード又は含燐銅アノードであって、鍛造組織からなり、該鍛造組織の平均結晶粒径が１００〜５００μｍであることを特徴とする銅アノード又は含燐銅アノード。
２）アノードの中心部と外周部の平均結晶粒径のばらつきが２０％以内であることを特徴とする上記１）記載の銅アノード又は含燐銅アノード。
１）半導体ウエハへの電気銅めっきに使用する銅アノード又は含燐銅アノードであって、鍛造組織からなり、該鍛造組織の平均結晶粒径が１００〜５００μｍであることを特徴とする銅アノード又は含燐銅アノード。
２）アノードの中心部と外周部の平均結晶粒径のばらつきが２０％以内であることを特徴とする上記１）記載の銅アノード又は含燐銅アノード。
また、本願は、以下の発明を提供する。
３）銅又は含燐銅のインゴットを熱間鍛造して、平均結晶粒径を１００〜５００μｍとし、これを成形加工することを特徴とする銅アノード又は含燐銅アノードの製造方法。
４）鍛造開始温度を１０００℃以下、鍛造終了温度を５００℃以上とし、鍛造時間を５〜３０分とする条件で熱間鍛造することを特徴することを特徴とする上記３）記載の銅アノード又は含燐銅アノードの製造方法。
５）熱間鍛造前に銅又は含燐銅のインゴットを７００〜１０００℃で熱処理することを特徴とする上記３）又は４）記載の銅アノード又は含燐銅アノードの製造方法。
３）銅又は含燐銅のインゴットを熱間鍛造して、平均結晶粒径を１００〜５００μｍとし、これを成形加工することを特徴とする銅アノード又は含燐銅アノードの製造方法。
４）鍛造開始温度を１０００℃以下、鍛造終了温度を５００℃以上とし、鍛造時間を５〜３０分とする条件で熱間鍛造することを特徴することを特徴とする上記３）記載の銅アノード又は含燐銅アノードの製造方法。
５）熱間鍛造前に銅又は含燐銅のインゴットを７００〜１０００℃で熱処理することを特徴とする上記３）又は４）記載の銅アノード又は含燐銅アノードの製造方法。
本発明の銅アノード又は含燐銅アノードは、電気銅めっきを行う際に、パーティクル付着の少ない半導体ウエハへの電気銅めっきを安定して行うことができるという優れた特徴を有する。本発明のアノードを使用した電気銅めっきは、細線化が進む他の分野の銅めっきにおいて、パーティクルに起因するめっき不良率を低減させる方法として有効である。
本発明の銅アノード又は含燐銅アノードは、上記の通り、被めっき物へのパーティクルの付着及び汚染を著しく減少させるという効果があるが、さらに従来不溶性アノードを使用することによって発生していた、めっき液中の添加剤の分解及びこれによるめっき不良が発生することもない、という効果を有する。
一般に、半導体ウエハの電気銅めっきを実施する場合には、硫酸銅めっき液を有するめっき槽、アノードとして銅アノード又は含燐銅アノードを使用し、カソードにはめっきを施すための、例えば半導体ウエハとする。
上記のように、電気めっきを行う際、アノードとして含燐銅を使用する場合には、表面に燐化銅及び塩化銅を主成分とするブラックフィルム（電解反応の進行と共にアノード表面に形成される、銅粉、亜酸化銅、リン化銅、塩化銅等を主成分とする薄い被覆膜）が形成され、該アノード溶解時の、一価の銅の不均化反応に起因する金属銅や酸化銅等からなるスラッジ等のパーティクルの生成を抑制する機能を持つ。
上記のように、電気めっきを行う際、アノードとして含燐銅を使用する場合には、表面に燐化銅及び塩化銅を主成分とするブラックフィルム（電解反応の進行と共にアノード表面に形成される、銅粉、亜酸化銅、リン化銅、塩化銅等を主成分とする薄い被覆膜）が形成され、該アノード溶解時の、一価の銅の不均化反応に起因する金属銅や酸化銅等からなるスラッジ等のパーティクルの生成を抑制する機能を持つ。
本発明は、通常の銅アノードを用いて銅めっきする場合にも有効であるが、特に有効であるアノードとして含燐銅を使用する場合を例に説明する。
ブラックフィルムの生成速度は、アノードの電流密度、結晶粒径、燐含有率等の影響を強く受け、電流密度が高いほど、結晶粒径が小さいほど、また燐含有率が高いほど速くなり、その結果、ブラックフィルムは厚くなる傾向がある。逆に、電流密度が低いほど、結晶粒径が大きいほど、燐含有率が低いほど生成速度は遅くなり、その結果、ブラックフィルムは薄くなる。
ブラックフィルムの生成速度は、アノードの電流密度、結晶粒径、燐含有率等の影響を強く受け、電流密度が高いほど、結晶粒径が小さいほど、また燐含有率が高いほど速くなり、その結果、ブラックフィルムは厚くなる傾向がある。逆に、電流密度が低いほど、結晶粒径が大きいほど、燐含有率が低いほど生成速度は遅くなり、その結果、ブラックフィルムは薄くなる。
上記の通り、ブラックフィルムは金属銅や酸化銅等のパーティクル生成を抑制する機能を持つが、ブラックフィルムが厚すぎる場合には、それが剥離脱落して、それ自体がパーティクル発生の原因となるという大きな問題が生ずる。
逆に、薄すぎると金属銅や酸化銅等の生成を抑制する効果が低くなるという問題がある。したがって、アノードからのパーティクルの発生を抑えるためには、電流密度、結晶粒径、燐含有率のそれぞれを最適化し、適度な厚さの安定したブラックフィルムを形成すること、そしてそれが脱落しないアノードの表面状態（結晶粒径）にすることが重要である。
逆に、薄すぎると金属銅や酸化銅等の生成を抑制する効果が低くなるという問題がある。したがって、アノードからのパーティクルの発生を抑えるためには、電流密度、結晶粒径、燐含有率のそれぞれを最適化し、適度な厚さの安定したブラックフィルムを形成すること、そしてそれが脱落しないアノードの表面状態（結晶粒径）にすることが重要である。
従来では、熱間鍛造を施した後、熱処理が行われていたが、本発明ではインゴットを従来と同様に熱間鍛造した後、このような熱処理工程が存在しない。これが本願発明の銅アノード又は含燐銅アノードの製造における大きな特徴である。熱間鍛造した後、大気熱処理を行うと、この熱処理工程によって、インゴットが再結晶組織化して、結晶粒径の粗大化が起こる。さらにインゴット表面では、再結晶組織の過程で、結晶粒（粒径や粒界のい外周長さ）のばらつきが大きくなる傾向があった。
特に、インゴットへの熱伝導は、インゴットの表面から内部へと拡がるためインゴットの表面側では比較的大きな粒径となりやすく、一方、内部へ向かうにつれて、粒径が鍛造組織を反映した比較的小さい粒径のものが多く存在することになり、インゴットの表面から内部にかけて、結晶粒径のばらつきが大きくなることがあった。
このような結晶粒径のばらつきは、電気銅めっき時にアノード表面に形成されるブラックフィルムの厚さが不均一に形成されやすくなり、この不均一な厚さで形成されたブラックフィルムは、電気銅めっき中に剥離しやすく、めっき液中のパーティクルやアノードスライムの原因となり、被めっき材料の表面に付着して、汚染などの欠陥の原因となった。
このような結晶粒径のばらつきは、電気銅めっき時にアノード表面に形成されるブラックフィルムの厚さが不均一に形成されやすくなり、この不均一な厚さで形成されたブラックフィルムは、電気銅めっき中に剥離しやすく、めっき液中のパーティクルやアノードスライムの原因となり、被めっき材料の表面に付着して、汚染などの欠陥の原因となった。
本発明は、このような熱処理を行うことなく、銅又は含燐銅のインゴットを熱間鍛造し、これを成形加工して、電気銅めっきに使用する銅アノード又は含燐銅アノードの製造するものである。これにより、結晶粒径の粗大化を抑制することができ、また、アノードの表面から内部中心部に到るまで結晶粒径を均一にすることができる。そして、このようにして製造されたアノードは、電気めっきの際にパーティクルの発生を抑制できるという優れた効果を有する。
本発明において、上記熱間鍛造は、エアハンマー、スプリングハンマー等のハンマープレスと、機械プレス、液圧プレス等の鍛造プレスを用いることができる。そして、鍛造後の成型体を、切削及び成形加工して、アノードとする。この切削及び成形加工は、通常の工程であるので説明は省略する。本発明において、鍛造の条件によって、銅アノード又は含燐銅アノードの平均結晶粒径を１００〜５００μｍに調整することが可能である。
本発明において、上記熱間鍛造は、エアハンマー、スプリングハンマー等のハンマープレスと、機械プレス、液圧プレス等の鍛造プレスを用いることができる。そして、鍛造後の成型体を、切削及び成形加工して、アノードとする。この切削及び成形加工は、通常の工程であるので説明は省略する。本発明において、鍛造の条件によって、銅アノード又は含燐銅アノードの平均結晶粒径を１００〜５００μｍに調整することが可能である。
具体的には、銅又は含燐銅からなるインゴット（又はビレット）を炉で加熱し、１０００℃以下の温度で鍛造を開始する。１０００℃を超える温度で鍛造を開始すると、銅の融点近くであるため、圧力をかけることにより、ビレットが大きく変形することが懸念される。鍛造時間は、その鍛造形式にもよるが、５〜３０分とすることが好ましい。鍛造時間が５分未満の場合、平均結晶粒径が５００μｍより大きくなり、３０分超の場合、１００μｍよりも小さくなることがある。
その後、５００℃以上の温度を維持したまま鍛造を終了する。５００℃未満の温度で鍛造を行うと、鍛造による変形が少なく、鍛造に時間がかかるためである。
また、上記熱間鍛造を行うために、熱間鍛造前に銅又は含燐銅からなるビレットを７００〜１０００℃で熱処理することが有効である。
このようにして、鍛造組織からなり、該鍛造組織の平均結晶粒径が１００〜５００μｍの銅アノード又は含燐銅アノードを製造することができる。前記平均結晶粒径は、伸銅品結晶粒度試験方法（ＪＩＳ Ｈ ０５０１：１９８６）の切断法に準拠する。なお、本発明のアノードは、先述の通り、鍛造後に熱処理を行わないため、熱処理による再結晶組織を有することはない。
その後、５００℃以上の温度を維持したまま鍛造を終了する。５００℃未満の温度で鍛造を行うと、鍛造による変形が少なく、鍛造に時間がかかるためである。
また、上記熱間鍛造を行うために、熱間鍛造前に銅又は含燐銅からなるビレットを７００〜１０００℃で熱処理することが有効である。
このようにして、鍛造組織からなり、該鍛造組織の平均結晶粒径が１００〜５００μｍの銅アノード又は含燐銅アノードを製造することができる。前記平均結晶粒径は、伸銅品結晶粒度試験方法（ＪＩＳ Ｈ ０５０１：１９８６）の切断法に準拠する。なお、本発明のアノードは、先述の通り、鍛造後に熱処理を行わないため、熱処理による再結晶組織を有することはない。
また、本発明において、当該アノードの中心部と外周部の平均結晶粒径のばらつきが２０％以内であることが好ましい。
平均結晶粒径のばらつきは、円盤（円柱）状のアノードにおいて、外周から中心点に向かって１０ｍｍの位置上の任意の１点、及び、その中心点を中心とする同心円上で、その点から９０度ずつ回転させた３点の計４点の結晶粒径を測定し、その平均値（外周部の平均結晶粒径）を求める。次に、同アノードにおいて、中心点、中心点から外周に向かって１０ｍｍの位置上の任意の１点、及びその中心点を中心とする同心円上で、その点から９０度ずつ回転させた３点の、計５点の結晶粒径を測定し、その平均値（中心部の平均結晶粒径）を求める。そして、上記で得られた値を下記の式に導入することで、本発明のアノードの中心部と外周部の平均結晶粒径のばらつき求めることができる。なお、アノードの厚さ方向に対しては、どの厚さ位置に対する平均結晶粒径のばらつきであってもよい。
式：（中心部と外周部の結晶粒径のばらつき）＝｜（外周部の平均結晶粒径）−（中心部の平均結晶粒径）｜／（外周部と中心部のいずれか大きい平均結晶粒径）×１００
平均結晶粒径のばらつきは、円盤（円柱）状のアノードにおいて、外周から中心点に向かって１０ｍｍの位置上の任意の１点、及び、その中心点を中心とする同心円上で、その点から９０度ずつ回転させた３点の計４点の結晶粒径を測定し、その平均値（外周部の平均結晶粒径）を求める。次に、同アノードにおいて、中心点、中心点から外周に向かって１０ｍｍの位置上の任意の１点、及びその中心点を中心とする同心円上で、その点から９０度ずつ回転させた３点の、計５点の結晶粒径を測定し、その平均値（中心部の平均結晶粒径）を求める。そして、上記で得られた値を下記の式に導入することで、本発明のアノードの中心部と外周部の平均結晶粒径のばらつき求めることができる。なお、アノードの厚さ方向に対しては、どの厚さ位置に対する平均結晶粒径のばらつきであってもよい。
式：（中心部と外周部の結晶粒径のばらつき）＝｜（外周部の平均結晶粒径）−（中心部の平均結晶粒径）｜／（外周部と中心部のいずれか大きい平均結晶粒径）×１００
本発明の銅アノード又は含燐銅アノードは、燐を除く純度が９９．９９ｗｔ％以上のものを使用するのが好ましく、含燐銅アノードについては、燐含有率を５０〜２０００ｗｔｐｐｍとすることが良い。
また、銅めっきに関しては、めっき液として、硫酸銅：１０〜７０ｇ／Ｌ（Ｃｕ）、硫酸：１０〜３００ｇ／Ｌ、塩素イオン２０〜１００ｍｇ／Ｌ、添加剤：（日鉱メタルプレーティング製ＣＣ−１２２０：１ｍＬ／Ｌ等）を適量使用することができる。その他、めっき浴温１５〜３５°Ｃ、陰極電流密度０．５〜１０Ａ／ｄｍ２、陽極電流密度０．５〜１０Ａ／ｄｍ２とする。上記に、めっき条件の好適な例を示すが、必ずしも上記の条件に制限される必要はない。
また、銅めっきに関しては、めっき液として、硫酸銅：１０〜７０ｇ／Ｌ（Ｃｕ）、硫酸：１０〜３００ｇ／Ｌ、塩素イオン２０〜１００ｍｇ／Ｌ、添加剤：（日鉱メタルプレーティング製ＣＣ−１２２０：１ｍＬ／Ｌ等）を適量使用することができる。その他、めっき浴温１５〜３５°Ｃ、陰極電流密度０．５〜１０Ａ／ｄｍ２、陽極電流密度０．５〜１０Ａ／ｄｍ２とする。上記に、めっき条件の好適な例を示すが、必ずしも上記の条件に制限される必要はない。
以上の電気銅めっきに使用する銅アノード又は含燐銅アノードは、この表面に均一なブラックフィルム銅を形成することができる。そして、銅アノード又は含燐銅アノードを用いて半導体ウエハへの電気銅めっきを行い、半導体ウエハ上にパーティクル付着の少ない銅めっき層を形成することが可能である。このような銅アノード又は含燐銅アノードを使用した電気銅めっきは、細線化が進む他の分野の銅めっきにおいても、パーティクルに起因するめっき不良率を低減させる方法として有効である。
本発明の実施例について説明する。なお、本実施例はあくまで一例であり、この例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想の範囲内で、実施例以外の態様あるいは変形を全て包含するものである。
（実施例１）
純度９９．９９５ｗｔ％以上の無酸素銅インゴットを温度９００℃、９０分で熱処理し、その後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造して、アノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は３１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は３００μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは３．２％であった（表２参考）。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、４個であり極めて少なく、また、めっき外観及び埋め込み性も良好であるという結果が得られた。
純度９９．９９５ｗｔ％以上の無酸素銅インゴットを温度９００℃、９０分で熱処理し、その後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造して、アノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は３１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は３００μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは３．２％であった（表２参考）。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、４個であり極めて少なく、また、めっき外観及び埋め込み性も良好であるという結果が得られた。
（実施例２）
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度１０００℃、９０分で熱処理し、その後、エアハンマーにて表１の条件で熱間鍛造して、アノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は４１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は３６０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは１２％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、９個であり極めて少なく、また、めっき外観及び埋め込み性も良好であるという結果が得られた。
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度１０００℃、９０分で熱処理し、その後、エアハンマーにて表１の条件で熱間鍛造して、アノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は４１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は３６０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは１２％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、９個であり極めて少なく、また、めっき外観及び埋め込み性も良好であるという結果が得られた。
（実施例３）
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度６００℃、９０分で熱処理し、その後、スプリングハンマーにて表１の条件で熱間鍛造して、アノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は１２０μｍ、外周部の平均結晶粒径は１５０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは２０％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、１０個であり極めて少なく、また、めっき外観及び埋め込み性も良好であるという結果が得られた。
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度６００℃、９０分で熱処理し、その後、スプリングハンマーにて表１の条件で熱間鍛造して、アノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は１２０μｍ、外周部の平均結晶粒径は１５０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは２０％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、１０個であり極めて少なく、また、めっき外観及び埋め込み性も良好であるという結果が得られた。
（実施例４）
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度９００℃、９０分で熱処理し、その後、エアハンマーにて表１の条件で熱間鍛造して、アノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は３１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は２５０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは１９％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、９個であり極めて少なく、また、めっき外観及び埋め込み性も良好であるという結果が得られた。
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度９００℃、９０分で熱処理し、その後、エアハンマーにて表１の条件で熱間鍛造して、アノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は３１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は２５０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは１９％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、９個であり極めて少なく、また、めっき外観及び埋め込み性も良好であるという結果が得られた。
（実施例５）
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度１０００℃、１５分で熱処理し、その後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造して、アノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は２１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は１７０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは１９％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、８個であり極めて少なく、また、めっき外観及び埋め込み性も良好であるという結果が得られた。
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度１０００℃、１５分で熱処理し、その後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造して、アノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は２１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は１７０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは１９％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、８個であり極めて少なく、また、めっき外観及び埋め込み性も良好であるという結果が得られた。
（実施例６）
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度９００℃、６００分で熱処理し、その後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造して、アノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は４１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は３６０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは１２％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、８個であり極めて少なく、また、めっき外観及び埋め込み性も良好であるという結果が得られた。
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度９００℃、６００分で熱処理し、その後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造して、アノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は４１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は３６０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは１２％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、８個であり極めて少なく、また、めっき外観及び埋め込み性も良好であるという結果が得られた。
（実施例７）
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度９００℃、９０分で熱処理し、その後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造して、アノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は４７０μｍ、外周部の平均結晶粒径は４１０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは１３％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、８個であり極めて少なく、また、めっき外観及び埋め込み性も良好であるという結果が得られた。
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度９００℃、９０分で熱処理し、その後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造して、アノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は４７０μｍ、外周部の平均結晶粒径は４１０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは１３％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、８個であり極めて少なく、また、めっき外観及び埋め込み性も良好であるという結果が得られた。
（実施例８）
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度９００℃、９０分で熱処理し、その後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造して、アノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は２１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は１７０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは１９％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、１０個であり極めて少なく、また、めっき外観及び埋め込み性も良好であるという結果が得られた。
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度９００℃、９０分で熱処理し、その後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造して、アノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は２１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は１７０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは１９％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、１０個であり極めて少なく、また、めっき外観及び埋め込み性も良好であるという結果が得られた。
（比較例１）
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度９００℃、１５分で熱処理した後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造した。その後、これを、温度６５０℃、４０分で熱処理してアノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は２１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は２８０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは２５％であった（表３参考）。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、４５個と増加した。
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度９００℃、１５分で熱処理した後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造した。その後、これを、温度６５０℃、４０分で熱処理してアノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は２１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は２８０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは２５％であった（表３参考）。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、４５個と増加した。
（比較例２）
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度５００℃、９０分で熱処理した後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造した。その後、これを、温度７５０℃、９０分で熱処理してアノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は３１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は４１０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは２４％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、３５個と増加した。
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度５００℃、９０分で熱処理した後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造した。その後、これを、温度７５０℃、９０分で熱処理してアノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は３１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は４１０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは２４％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、３５個と増加した。
（比較例３）
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度９００℃、１４分で熱処理した後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造した。その後、これを、温度７５０℃、９０分で熱処理してアノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は３１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は４１０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは２４％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、３５個と増加した。
燐を４００ｐｐｍ含有する含燐銅インゴットを温度９００℃、１４分で熱処理した後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造した。その後、これを、温度７５０℃、９０分で熱処理してアノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は３１０μｍ、外周部の平均結晶粒径は４１０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは２４％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、３５個と増加した。
（比較例４）
純度９９．９９５ｗｔ％以上の無酸素銅インゴットを温度９００℃、１５分で熱処理した後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造した。その後、これを、温度６５０℃、９０分で熱処理してアノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は２９０μｍ、外周部の平均結晶粒径は３５０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは２１％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、４８個と増加した。
純度９９．９９５ｗｔ％以上の無酸素銅インゴットを温度９００℃、１５分で熱処理した後、油圧プレスにて表１の条件で熱間鍛造した。その後、これを、温度６５０℃、９０分で熱処理してアノード材を得た。そして、この一部を厚さ方向に切断し、その組織を観察した。その結果、中心部の平均結晶粒径は２９０μｍ、外周部の平均結晶粒径は３５０μｍであり、したがって、平均結晶粒径のばらつきは２１％であった。次に、残りの材料を仕上げ加工して、銅アノードとした。そして、このアノードを用いて、上記に示しためっき条件にて、シリコン基板上に銅めっきを施した。そして、シリコン基板上に発生したパーティクル数を測定した結果、４８個と増加した。
電気銅めっきを行う際に、パーティクル付着の少ない電気銅めっきを安定して行うことができるという優れた特徴を有し、本発明のアノードを使用した電気銅めっきは、細線化が進む他の分野の銅めっきにおいても、パーティクルに起因するめっき不良率を低減させる方法として有効である。さらに、本発明の銅アノード又は含燐銅アノードは、被めっき物へのパーティクルの付着及び汚染を著しく減少させるという効果があり、従来不溶性アノードを使用することによって発生していた、めっき液中の添加剤の分解及びこれによるめっき不良が発生することもないという効果を有するので、半導体ウエハへの電気銅めっき用として極めて有用である。
Claims (4)
- 半導体ウエハへの電気銅めっきに使用する銅アノード又は含燐銅アノードであって、熱間鍛造組織からなり、該熱間鍛造組織の平均結晶粒径が１００〜５００μｍであり、アノードの中心部と外周部の平均結晶粒径のばらつきが３．２％以上２０％以内であることを特徴とする銅アノード又は含燐銅アノード。
- 請求項１記載の銅アノード又は含燐銅アノードの製造方法であって、銅又は含燐銅のインゴットを熱間鍛造して、平均結晶粒径が１００〜５００μｍの熱間鍛造材とし、該熱間鍛造材を成形加工することを特徴とする銅アノード又は含燐銅アノードの製造方法。
- 鍛造開始温度を１０００℃以下、鍛造終了温度を５００℃以上とし、熱間鍛造を５〜３０分とする条件で熱間鍛造することを特徴とする請求項２記載の銅アノード又は含燐銅アノードの製造方法。
- 熱間鍛造前に銅又は含燐銅のインゴットを７００〜１０００℃で熱処理することを特徴とする請求項２又は３記載の銅アノード又は含燐銅アノードの製造方法。
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