JP6789321B2 - 電解処理装置および電解処理方法 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、電解処理装置および電解処理方法に関する。

従来、基板である半導体ウェハ（以下、ウェハと呼称する。）を電解液に接触させながら電解処理を行い、ウェハの表面を処理する方法が知られている。かかる電解処理としては、たとえば、ウェハをめっき液に接触させながら電解処理を行い、ウェハの表面にめっき膜を形成するめっき処理が挙げられる（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００４−２５０７４７号公報

しかしながら、従来のめっき処理では、ウェハの表面に対向して設けられる直接電極に対して、ウェハの表面よりウェハに形成されるビアの底面のほうが距離が遠くなることから、ウェハの表面よりビアの底面のほうが電界強度が小さくなる。したがって、ウェハの表面よりビアの底面のほうがめっき膜の成長速度が遅くなるため、ビアの内部がめっき膜で埋まる前にビアの開口部がめっき膜で塞がれてしまい、ビアの内部をめっき膜で埋めることができない恐れがある。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、ウェハに形成されるビアをめっき膜で良好に埋めることができる電解処理装置および電解処理方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る電解処理装置は、被処理基板に電解処理を行う電解処理装置であって、基板保持部と、電解処理部とを備える。前記基板保持部は、前記被処理基板を保持する絶縁性の保持基体と、前記保持基体の内部に設けられ負電圧が印加される間接陰極とを有する。前記電解処理部は、前記基板保持部に向かい合って設けられ、前記被処理基板と前記被処理基板に接する電解液とに電圧を印加する。

実施形態の一態様によれば、ウェハに形成されるビアをめっき膜で良好に埋めることができる。

図１は、第１の実施形態に係る電解処理装置の構成の概略を示す図である。 図２Ａは、参考例におけるウェハでの電界強度について模式的に示す拡大断面図である。 図２Ｂは、第１の実施形態に係るウェハでの電界強度について模式的に示す拡大断面図である。 図３Ａは、第１の実施形態に係る基板保持処理および液盛り処理の概要を示す図である。 図３Ｂは、第１の実施形態に係る液盛り処理後の様子を示す図である。 図３Ｃは、第１の実施形態に係る端子接触処理の概要を示す図である。 図３Ｄは、第１の実施形態に係る負電圧印加処理の概要を示す図である。 図３Ｅは、第１の実施形態に係る電解処理の概要を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係る電解処理装置の電解処理における処理手順を示すフローチャートである。 図５は、第２の実施形態に係る電解処理装置の構成の概略を示す図である。 図６Ａは、第２の実施形態に係る負電圧印加処理および正電圧印加処理の概要を示す図である。 図６Ｂは、第２の実施形態に係る電解処理の概要を示す図である。 図７は、第２の実施形態に係る電解処理装置の電解処理における処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する電解処理装置および電解処理方法の各実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す各実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

＜第１の実施形態＞
最初に、図１を参照しながら、第１の実施形態に係る電解処理装置１の構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る電解処理装置１の構成の概略を示す図である。

かかる電解処理装置１では、被処理基板としての半導体ウェハＷ（以下、「ウェハＷ」と呼称する。）に対して、電解処理としてめっき処理を行う。なお、以下の説明で用いる図面において、各構成要素の寸法は、技術の理解の容易さを優先させるため、必ずしも実際の寸法に対応していない。

電解処理装置１は、基板保持部１０と、電解処理部２０とを備える。電解処理装置１は、また、間接電圧印加部３０と、直接電圧印加部４０と、ノズル５０とを備える。

基板保持部１０は、ウェハＷを保持する機能を有する。基板保持部１０は、保持基体１１と、間接陰極１２と、駆動機構１３とを有する。

保持基体１１は、たとえば、ウェハＷを保持して回転させるスピンチャックである。保持基体１１は、略円板状であり、平面視においてウェハＷの径より大きい径であり水平方向に延びる上面１１ａを有する。かかる上面１１ａには、たとえば、ウェハＷを吸引する吸引口（図示せず）が設けられており、かかる吸引口からの吸引により、ウェハＷを保持基体１１の上面１１ａに保持することができる。

保持基体１１は、絶縁性材料で構成され、かかる保持基体１１の内部には導電性材料で構成される間接陰極１２が設けられる。すなわち、間接陰極１２は外部に露出されていない。間接陰極１２には、後述する間接電圧印加部３０が接続されており、所定の負電圧を印加することができる。

間接陰極１２は、保持基体１１の上面１１ａに保持されるウェハＷと略平行に配置される。間接陰極１２は、たとえば、後述する直接電極２２と平面視で同程度の大きさを有する。

基板保持部１０には、また、モータなどを備えた駆動機構１３が設けられており、保持基体１１を所定の速度に回転させることができる。また、駆動機構１３には、シリンダなどの昇降駆動部（図示せず）が設けられており、保持基体１１を鉛直方向に移動させることができる。

ここまで説明した基板保持部１０の上方には、保持基体１１の上面１１ａに向かい合って、電解処理部２０が設けられる。電解処理部２０は、基体２１と、直接電極２２と、接触端子２３と、移動機構２４とを有する。

基体２１は、絶縁性材料で構成される。基体２１は、略円板状であり、平面視においてウェハＷの径より大きい径である下面２１ａと、かかる下面２１ａの反対側に設けられる上面２１ｂとを有する。

直接電極２２は、導電性材料で構成され、基体２１の下面２１ａに設けられる。直接電極２２は、基板保持部１０に保持されるウェハＷと略平行に向かい合うように配置される。そして、めっき処理を行う際、直接電極２２は、ウェハＷ上に液盛りされためっき液Ｍ（図３Ｃ参照）と直接接触する。

接触端子２３は、基体２１の縁部において、下面２１ａから突出して設けられる。接触端子２３は弾性を有する導電体で構成され、下面２１ａの中心部に向かって屈曲している。

接触端子２３は、基体２１に２本以上、たとえば、基体２１に３２本設けられ、平面視で基体２１の同心円上に均等間隔に配置される。そして、すべての接触端子２３の先端部は、かかる先端部で構成される仮想面が、基板保持部１０に保持されるウェハＷの表面と略平行になるように配置される。

そして、めっき処理を行う際、接触端子２３は、ウェハＷの外周部に接触し（図３Ｃ参照）、かかるウェハＷに電圧を印加する。なお、接触端子２３の数や形状は上記の実施形態に限られることはない。

直接電極２２と接触端子２３とは、後述する直接電圧印加部４０に接続されており、それぞれ接触するめっき液ＭとウェハＷとに所定の電圧を印加することができる。

基体２１の上面２１ｂ側には、移動機構２４が設けられる。移動機構２４は、たとえば、シリンダなどの昇降駆動部（図示せず）を有する。そして、かかる昇降駆動部により、移動機構２４は電解処理部２０全体を鉛直方向に移動させることができる。

間接電圧印加部３０は、直流電源３１と、スイッチ３２とを有し、基板保持部１０の間接陰極１２に接続される。具体的には、直流電源３１の負極側が、スイッチ３２を介して間接陰極１２に接続されるとともに、直流電源３１の正極側が接地される。

そして、スイッチ３２をオン状態に制御することにより、間接電圧印加部３０は、間接陰極１２に所定の負電圧を印加することができる。

直接電圧印加部４０は、直流電源４１と、スイッチ４２、４３と、負荷抵抗４４とを有し、電解処理部２０の直接電極２２と接触端子２３とに接続される。具体的には、直流電源４１の正極側が、スイッチ４２を介して直接電極２２に接続されるとともに、直流電源４１の負極側が、スイッチ４３と負荷抵抗４４とを介して複数の接触端子２３に接続される。なお、直流電源４１の負極側は接地される。

そして、スイッチ４２、４３を同時にオン状態またはオフ状態に切り替えることにより、直接電圧印加部４０は、直接電極２２と接触端子２３とにパルス状の電圧を印加することができる。

ここで、図２Ａおよび図２Ｂを参照しながら、第１の実施形態におけるビア７０へのめっき膜６０の埋めこみに対する効果について説明する。図２Ａは、参考例におけるウェハＷでの電界強度について模式的に示す拡大断面図である。図２Ａに示すように、ウェハＷの表面にはビア７０が形成され、ウェハＷの表面にはシード層７１が形成される。

図２Ａに示すように、電解処理装置１に間接陰極１２が設けられていない場合において、ウェハＷの表面に形成される電界の電界強度ＥＡは、直接電極２２に印加される電圧をＶａ（Ｖ）、接触端子２３に印加される電圧を０（Ｖ）、直接電極２２とウェハＷの表面との距離をＬ（ｃｍ）とした場合、ＥＡ＝Ｖａ／Ｌ（Ｖ／ｃｍ）となる。

一方、ビア７０の底面に形成される電界の電界強度ＥＢは、ビア７０の深さをＤ（ｃｍ）とした場合、ＥＢ＝Ｖａ／（Ｌ＋Ｄ）（Ｖ／ｃｍ）となる。

ここで、たとえば、Ｖａ＝４０（Ｖ）、Ｌ＝１（ｍｍ）、Ｄ＝５０（μｍ）とした場合、ＥＡ＝４００（Ｖ／ｃｍ）、ＥＢ＝３８１（Ｖ／ｃｍ）となることから、ビア７０の底面に形成される電界の電界強度ＥＢは、ウェハＷの表面に形成される電界の電界強度ＥＡに比べて小さくなる。

すなわち、ウェハＷの表面よりビア７０の底面のほうが流れる電流が小さくなることから、ウェハＷの表面よりビア７０の底面のほうがめっき膜６０の成長速度が遅くなる。したがって、ビア７０の内部がめっき膜６０で埋まる前にビア７０の開口部がめっき膜６０で塞がれてしまい、ビア７０の内部をめっき膜６０ですべて埋めることができない恐れがある。

つづいて、第１の実施形態に係る電解処理におけるウェハＷでの電界強度について説明する。図２Ｂは、第１の実施形態に係るウェハＷでの電界強度について模式的に示す拡大断面図である。なお、図２Ｂでは、一例として、ウェハＷの裏面とは間隔をおかずに間接陰極１２を配置し、ウェハＷをフローティング状態にした場合について示している。

図２Ｂに示すように、電解処理装置１に間接陰極１２が設けられる場合において、ウェハＷの表面に形成される電界の電界強度ＥＡは、間接陰極１２に印加される電圧を−Ｖｂ（Ｖ）、ウェハＷの厚さをＴ（ｃｍ）とした場合、ＥＡ＝（Ｖａ＋Ｖｂ）／（Ｌ＋Ｔ）（Ｖ／ｃｍ）となる。

そして、ビア７０の底面に形成される電界の電界強度ＥＢも、同様にＥＢ＝（Ｖａ＋Ｖｂ）／（Ｌ＋Ｔ）（Ｖ／ｃｍ）となる。すなわち、第１の実施形態では、基板保持部１０に間接陰極１２を設け、かかる間接陰極１２に負電圧を印加することにより、ウェハＷの表面とビア７０の底面との電界強度を等しくすることができる。

これにより、ウェハＷとビア７０とにおけるめっき膜６０の成長速度を揃えることができることから、ビア７０の内部がめっき膜６０で埋まる前にビア７０の開口部がめっき膜６０で塞がれることを抑制することができる。したがって、第１の実施形態によれば、ウェハＷに形成されるビア７０をめっき膜６０で良好に埋めることができる。

図１に戻り、電解処理装置１のその他の部位について説明する。基板保持部１０と電解処理部２０との間には、ウェハＷ上にめっき液Ｍを供給するノズル５０が設けられる。かかるノズル５０には移動機構５１が設けられており、かかる移動機構５１によりノズル５０を水平方向および鉛直方向に移動させることができる。すなわち、ノズル５０は、基板保持部１０に対して進退自在に構成される。

また、ノズル５０は、めっき液Ｍを貯留するめっき液供給源（図示せず）と連通し、かかるめっき液供給源からノズル５０にめっき液Ｍが供給可能に構成される。なお、本実施形態ではノズル５０を用いてウェハＷ上にめっき液Ｍが供給されるが、ウェハＷ上にめっき液Ｍを供給する手段はノズルに限られず、他の種々の手段を用いることができる。

ここまで説明した電解処理装置１には、制御部（図示せず）が設けられる。かかる制御部は、たとえばコンピュータであり、記憶部（図示せず）を有する。

制御部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。かかるマイクロコンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、電解処理装置１の各構成要素に対する各種制御を実現する。

なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記録媒体に記録されていたものであって、その記録媒体から記憶部にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記録媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。

記憶部は、たとえば、ＲＡＭ、フラッシュメモリ（Flash Memory）などの半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスクなどの記憶装置によって実現される。

＜めっき処理の詳細＞
つづいて、図３Ａ〜図３Ｅを参照しながら、第１の実施形態に係る電解処理装置１における電解処理の一例であるめっき処理の詳細について説明する。第１の実施形態に係る電解処理装置１のめっき処理では、最初に、基板保持処理と液盛り処理とが行われる。図３Ａは、第１の実施形態に係る基板保持処理および液盛り処理の概要を示す図である。

まず、図示しない搬送機構を用いて、ウェハＷを基板保持部１０の保持基体１１における上面１１ａに搬送して載置する。そして、電解処理装置１は、たとえば、上面１１ａに形成された吸引口から吸引を行うことにより、載置されたウェハＷを基板保持部１０に保持する基板保持処理を行う。

なお、かかる基板保持処理に先だって、ウェハＷの表面にはビア７０（図２Ｂ参照）が形成されるとともに、ＳｉＯ２などの絶縁層（図示せず）と、ＴａやＴｉなどのバリア層（図示せず）と、ＣｕやＣｏ、Ｒｕなどのシード層７１（図２Ｂ参照）とが下から順に成膜される。なお、めっき膜６０（図３Ｅ参照）としてＣｕ膜を形成する場合、バリア層としてはＴａを、シード層７１としてはＣｕを用いるとよい。

基板保持処理につづいて、電解処理装置１では、液盛り処理が行われる。具体的には、まず、移動機構５１を用いてノズル５０を基板保持部１０に保持されたウェハＷにおける中心部の上方まで移動させる。次に、駆動機構１３によってウェハＷを回転させながら、ノズル５０からめっき液ＭをウェハＷの中心部に供給する。

ここで、供給されためっき液Ｍは、遠心力によりウェハＷ全面に拡散され、ウェハＷの上面内で均一に拡散する。そして、ノズル５０からのめっき液Ｍの供給を停止させ、ウェハＷの回転を停止させると、図３Ｂに示すように、めっき液Ｍの表面張力によってウェハＷ上にめっき液Ｍが液盛りされる。図３Ｂは、第１の実施形態に係る液盛り処理後の様子を示す図である。

たとえば、めっき膜６０としてＣｕ膜を形成する場合、めっき液Ｍには、銅イオンＣ（図３Ｄ参照）と、硫酸イオンＳ（図３Ｄ参照）とが含まれるとよい。また、液盛り処理されためっき液Ｍの厚さは、たとえば、１〜５ｍｍ程度であるとよい。

なお、液盛り処理では、めっき液ＭをウェハＷに供給した後に、移動機構５１を用いてノズル５０をウェハＷの上方から離脱させる。また、ここまで説明した基板保持処理および液盛り処理において、電解処理部２０は、基板保持部１０から離れて配置される。

液盛り処理につづいて、電解処理装置１では、端子接触処理が行われる。具体的には、移動機構２４によって電解処理部２０全体を基板保持部１０に保持されたウェハＷに近づけて、図３Ｃに示すように、接触端子２３の先端部をウェハＷの外周部に接触させる。図３Ｃは、第１の実施形態に係る端子接触処理の概要を示す図である。

なお、かかる端子接触処理では、図３Ｃに示すように、ウェハＷに液盛りされためっき液Ｍに直接電極２２を直接接触させる。換言すると、接触端子２３がウェハＷに接触する際に、めっき液Ｍと直接電極２２とが直接接触するように、めっき液Ｍの厚さを適宜制御して前述の液盛り処理を行うとよい。

なお、上述の端子接触処理では、移動機構２４によって電解処理部２０全体をウェハＷに近づけて、接触端子２３をウェハＷに接触させているが、駆動機構１３によって保持基体１１を電解処理部２０に近づけることにより、接触端子２３をウェハＷに接触させてもよい。

端子接触処理につづいて、電解処理装置１では、負電圧印加処理が行われる。具体的には、図３Ｄに示すように、間接電圧印加部３０のスイッチ３２をオフ状態からオン状態に変更して、直流電源３１の負極側と間接陰極１２とを接続状態にすることにより、間接陰極１２に所定の負電圧を印加する。図３Ｄは、第１の実施形態に係る負電圧印加処理の概要を示す図である。

かかる負電圧印加処理により、めっき液Ｍの内部に電界が形成されることから、図３Ｄに示すように、ウェハＷの表面側に正の荷電粒子である銅イオンＣを集積させることができるとともに、直接電極２２側に負の荷電粒子である硫酸イオンＳを集積させることができる。

なお、負電圧印加処理では、直接電極２２が陰極になり、ウェハＷが陽極になるのを回避するため、直接電圧印加部４０のスイッチ４２とスイッチ４３とをいずれもオフ状態に制御して、直接電極２２と接触端子２３とを電気的にフローティング状態にしている。

これにより、直接電極２２とウェハＷのいずれの表面においても電荷交換が抑制されるので、静電場により引きつけられた荷電粒子が電極表面に配列される。すなわち、負電圧印加処理により、ウェハＷの表面に銅イオンＣが集積され、均一に配列される。

負電圧印加処理につづいて、電解処理装置１では、電解処理が行われる。具体的には、図３Ｅに示すように、直接電圧印加部４０のスイッチ４２とスイッチ４３とを同時にオフ状態からオン状態に変更する。これにより、直接電極２２を陽極とし、ウェハＷを陰極とするようにウェハＷとめっき液Ｍとに電圧を印加して、直接電極２２とウェハＷとの間に電流を流す。図３Ｅは、第１の実施形態に係る電解処理の概要を示す図である。

これにより、ウェハＷの表面に均一に配列されている銅イオンＣの電荷交換が行われ、銅イオンＣが還元されて、図３Ｅに示すように、ウェハＷの表面にめっき膜６０が析出する。なお、図示していないが、この際、硫酸イオンＳは直接電極２２によって酸化されている。

このように、第１の実施形態によれば、ウェハＷの表面に銅イオンＣが集積され、均一に配列された状態で還元されるので、ウェハＷの表面にめっき膜６０を均一に析出させることができる。したがって、第１の実施形態によれば、めっき膜６０における結晶の密度を高くすることができることから、ウェハＷの表面に品質の良いめっき膜６０を形成することができる。

図４は、第１の実施形態に係る電解処理装置１の電解処理における処理手順を示すフローチャートである。なお、図４に示す電解処理装置１の電解処理は、記憶部に格納されているプログラムを制御部が読み出すとともに、読み出した命令に基づいて制御部が基板保持部１０や、電解処理部２０、間接電圧印加部３０、直接電圧印加部４０、ノズル５０などを制御することにより実行される。

まず、図示しない搬送機構を用いて、ウェハＷを基板保持部１０に搬送して載置する。その後、制御部は、基板保持部１０を制御して、載置されたウェハＷを基板保持部１０に保持する基板保持処理を行う（ステップＳ１０１）。つづいて、制御部は、ノズル５０や基板保持部１０を制御して、ウェハＷに対してめっき液Ｍの液盛り処理を行う（ステップＳ１０２）。

液盛り処理では、まず、基板保持部１０に保持されたウェハＷにおける中心部の上方にノズル５０を進入させる。その後、駆動機構１３によってウェハＷを回転させながら、ノズル５０からめっき液ＭをウェハＷの中心部に所定の量供給する。

かかる所定の量は、たとえば、後の端子接触処理において接触端子２３がウェハＷに接触した際に、めっき液Ｍと直接電極２２とが直接接触するために十分な量である。そして、めっき液Ｍを所定の量供給した後に、ノズル５０をウェハＷの上方から離脱させる。

つづいて、制御部は、電解処理部２０を制御して、接触端子２３をウェハＷに接触させる端子接触処理を行う（ステップＳ１０３）。端子接触処理では、移動機構２４によって電解処理部２０全体を基板保持部１０に保持されたウェハＷに近づけて、接触端子２３の先端部をウェハＷの外周部に接触させる。

この端子接触処理では、たとえば、接触端子２３にかかる荷重を測定しながら接触端子２３をウェハＷに近づけることにより、接触端子２３とウェハＷとの接触を検知することができる。

第１の実施形態によれば、かかる液盛り処理および端子接触処理により、多量のめっき液Ｍが貯められた電解槽にウェハＷを浸漬しなくともめっき処理が可能となることから、多量のめっき液Ｍを用いることなくウェハＷにめっき膜６０を形成することができる。

つづいて、制御部は、間接電圧印加部３０を制御して、間接陰極１２に所定の負電圧を印加する負電圧印加処理を行う（ステップＳ１０４）。負電圧印加処理では、間接電圧印加部３０のスイッチ３２をオフ状態からオン状態に変更することにより、間接陰極１２に所定の負電圧を印加する。

かかる負電圧印加処理では、ウェハＷの表面で銅イオンＣの電荷交換が行われず、水の電気分解も抑制されるので、間接陰極１２と直接電極２２との間に電圧を印可する際の電界を高くすることができる。これにより、銅イオンＣの拡散速度を速くすることができる。すなわち、第１の実施形態によれば、ウェハＷの表面に銅イオンＣを短時間で集積させることができることから、めっき膜６０の成長速度を向上させることができる。

さらに、第１の実施形態によれば、間接陰極１２と直接電極２２との間の電界強度を任意に制御することにより、銅イオンＣのウェハＷ表面での配列状態を任意に制御することができる。

なお、負電圧印加処理では、めっき液Ｍ中での銅イオンＣの拡散速度の絶対値は比較的小さいことから、間接陰極１２にはパルス状の負電圧ではなく、一定の値の負電圧を印加するとよい。このように、一定の値の負電圧を間接陰極１２に印加することにより、銅イオンＣをウェハＷの表面側に効率的に集積させることができる。

しかしながら、負電圧印加処理において間接陰極１２に印加する負電圧は一定の値に限られず、パルス状の負電圧や値が変化する負電圧を印加してもよい。

つづいて、制御部は、直接電圧印加部４０を制御して、直接電極２２とウェハＷとの間に電流を流す電解処理を行う（ステップＳ１０５）。かかる電解処理では、スイッチ４２とスイッチ４３とを同時にオン状態にして、直接電極２２を陽極とし、ウェハＷを陰極とするようにウェハＷとめっき液Ｍとに電圧を印加する。

これにより、ウェハＷの表面に均一に配列されている銅イオンＣの電荷交換が行われ、銅イオンＣが還元されて、ウェハＷの表面にめっき膜６０が析出する。かかる電解処理が完了すると、ウェハＷに対しての電解処理（めっき処理）が完了する。

なお、第１の実施形態における電解処理では、スイッチ４２、４３を同時にオン状態またはオフ状態に切り替えることにより、パルス状の電圧を印加するとよい。これにより、スイッチ４２、４３がオフ状態の際に、間接陰極１２によりウェハＷの表面に銅イオンＣを新たに配列させることができることから、品質の良いめっき膜６０を効率よく形成することができる。

また、第１の実施形態において、ステップＳ１０２の液盛り処理からステップＳ１０５の電解処理までをくり返して実施してもよい。このように上述の処理をくり返して実施することにより、より厚いめっき膜６０を形成することができる。

＜第２の実施形態＞
つづいて、図５を参照しながら、第２の実施形態に係る電解処理装置１Ａの構成について説明する。なお、第２の実施形態は、電解処理部２０および間接電圧印加部３０の構成の一部が第１の実施形態と異なる。一方で、これ以外の部分については第１の実施形態と同様であることから、第１の実施形態と同様の部分については詳細な説明を省略する。

第２の実施形態に係る電解処理装置１Ａでは、第１の実施形態に係る電解処理装置１の構成に加え、電解処理部２０の基体２１に間接陽極２５が設けられる。かかる間接陽極２５は、絶縁性材料で構成される基体２１の内部に設けられており、外部に露出されていない。

間接陽極２５は、間接陰極１２と同様に導電性材料で構成されており、間接電圧印加部３０に接続される。一方で、間接陽極２５には、間接陰極１２と異なり所定の正電圧を印加することができる。間接陽極２５は、たとえば、直接電極２２と平面視で同程度の大きさを有し、保持基体１１の上面１１ａに保持されるウェハＷと略並行に配置される。

さらに、間接電圧印加部３０は、直流電源３１と、スイッチ３２、３３とを有する。また、直流電源３１の負極側が、スイッチ３２を介して間接陰極１２に接続されるとともに、直流電源３１の正極側が、スイッチ３３を介して間接陽極２５に接続される。

そして、スイッチ３２をオン状態にすることにより、間接電圧印加部３０は、間接陰極１２に所定の負電圧を印加することができる。さらに、スイッチ３３をオン状態にすることにより、間接電圧印加部３０は、間接陽極２５に所定の正電圧を印加することができる。

つづいて、図６Ａおよび図６Ｂを参照しながら、第２の実施形態に係る電解処理装置１Ａにおける電解処理の一例であるめっき処理の詳細について説明する。第２の実施形態に係る電解処理装置１Ａのめっき処理では、第１の実施形態と同様に、基板保持処理と、液盛り処理と、端子接触処理とが順に行われる。これらの処理については、ここでは詳細な説明は省略する。

端子接触処理につづいて、電解処理装置１Ａでは、図６Ａに示すように、負電圧印加処理と正電圧印加処理とが並行して行われる。図６Ａは、第２の実施形態に係る負電圧印加処理および正電圧印加処理の概要を示す図である。

具体的には、間接電圧印加部３０のスイッチ３２をオフ状態からオン状態に変更して、直流電源３１の負極側と間接陰極１２とを接続状態にすることにより、間接陰極１２に所定の負電圧を印加する（負電圧印加処理）。また、スイッチ３２をオフ状態からオン状態に変更するのと同時に、スイッチ３３をオフ状態からオン状態に変更して、直流電源３１の正極側と間接陽極２５とを接続状態にすることにより、間接陽極２５に所定の正電圧を印加する（正電圧印加処理）。

かかる負電圧印加処理と正電圧印加処理とにより、めっき液Ｍの内部に電界が形成されることから、図６Ａに示すように、ウェハＷの表面側に正の荷電粒子である銅イオンＣを集積させることができるとともに、直接電極２２側に負の荷電粒子である硫酸イオンＳを集積させることができる。

負電圧印加処理と正電圧印加処理とにつづいて、電解処理装置１Ａでは、第１の実施形態と同様に、電解処理が行われる。これにより、ウェハＷの表面に均一に配列されている銅イオンＣの電荷交換が行われ、銅イオンＣが還元されて、図６Ｂに示すように、ウェハＷの表面にめっき膜６０が析出する。図６Ｂは、第２の実施形態に係る電解処理の概要を示す図である。

ここまで示した第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、負電圧印加処理によりビア７０の内部がめっき膜６０で埋まる前にビア７０の開口部がめっき膜６０で塞がれることを抑制することができる。したがって、ウェハＷに形成されるビア７０をめっき膜６０で良好に埋めることができる。

さらに、第２の実施形態では、負電圧印加処理と正電圧印加処理とを並行して実施することにより、めっき液Ｍの内部にさらに大きな電界を形成することができる。これにより、めっき液Ｍ内部での銅イオンＣの拡散速度を速くすることができることから、ウェハＷの表面に銅イオンＣを短時間で集積させることができる。したがって、第２の実施形態によれば、めっき膜６０の成長速度を向上させることができる。

図７は、第２の実施形態に係る電解処理装置１Ａの電解処理における処理手順を示すフローチャートである。なお、図７に示す電解処理装置１Ａの電解処理は、記憶部に格納されているプログラムを制御部が読み出すとともに、読み出した命令に基づいて制御部が基板保持部１０や、電解処理部２０、間接電圧印加部３０、直接電圧印加部４０、ノズル５０などを制御することにより実行される。

まず、図示しない搬送機構を用いて、ウェハＷを基板保持部１０に搬送して載置する。その後、制御部は、基板保持部１０を制御して、載置されたウェハＷを基板保持部１０に保持する基板保持処理を行う（ステップＳ２０１）。つづいて、制御部は、ノズル５０や基板保持部１０を制御して、ウェハＷに対してめっき液Ｍの液盛り処理を行う（ステップＳ２０２）。

液盛り処理では、まず、基板保持部１０に保持されたウェハＷにおける中心部の上方にノズル５０を進入させる。その後、駆動機構１３によってウェハＷを回転させながら、ノズル５０からめっき液ＭをウェハＷの中心部に所定の量供給する。

かかる所定の量は、たとえば、後の端子接触処理において接触端子２３がウェハＷに接触した際に、めっき液Ｍと直接電極２２とが直接接触するために十分な量である。そして、めっき液Ｍを所定の量供給した後に、ノズル５０をウェハＷの上方から離脱させる。

つづいて、制御部は、電解処理部２０を制御して、接触端子２３をウェハＷに接触させる端子接触処理を行う（ステップＳ２０３）。端子接触処理では、移動機構２４によって電解処理部２０全体を基板保持部１０に保持されたウェハＷに近づけて、接触端子２３の先端部をウェハＷの外周部に接触させる。

つづいて、制御部は、間接電圧印加部３０を制御して、間接陰極１２に所定の負電圧を印加する負電圧印加処理を行う（ステップＳ２０４）。負電圧印加処理では、間接電圧印加部３０のスイッチ３２をオフ状態からオン状態に変更することにより、間接陰極１２に所定の負電圧を印加する。

また、かかる負電圧印加処理と並行して、制御部は、間接電圧印加部３０を制御して、間接陽極２５に所定の正電圧を印加する正電圧印加処理を行う（ステップＳ２０５）。正電圧印加処理では、間接電圧印加部３０のスイッチ３３をオフ状態からオン状態に変更することにより、間接陽極２５に所定の正電圧を印加する。

なお、負電圧印加処理および正電圧印加処理では、第１の実施形態と同様に、間接陰極１２および間接陽極２５にはパルス状の負電圧ではなく、一定の値の負電圧を印加するとよい。このように、一定の値の負電圧を間接陰極１２に印加し、一定の値の正電圧を間接陽極２５に印加することにより、銅イオンＣをウェハＷの表面側に効率的に集積させることができる。

しかしながら、負電圧印加処理において間接陰極１２に印加する負電圧や、正電圧印加処理において間接陽極２５に印加する正電圧は一定の値に限られず、パルス状の電圧や値が変化する電圧を印加してもよい。

つづいて、制御部は、直接電圧印加部４０を制御して、直接電極２２とウェハＷとの間に電流を流す電解処理を行う（ステップＳ２０６）。かかる電解処理では、スイッチ４２とスイッチ４３とを同時にオン状態にして、直接電極２２を陽極とし、ウェハＷを陰極とするようにウェハＷとめっき液Ｍとに電圧を印加する。

これにより、ウェハＷの表面に均一に配列されている銅イオンＣの電荷交換が行われ、銅イオンＣが還元されて、ウェハＷの表面にめっき膜６０が析出する。かかる電解処理が完了すると、ウェハＷに対しての電解処理（めっき処理）が完了する。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。たとえば、上述の各実施形態では、めっき液ＭをウェハＷ上に液盛り処理することにより、めっき液ＭとウェハＷとを接触させていたが、めっき液Ｍが貯められた電解槽内にウェハＷを浸漬させることにより、めっき液ＭとウェハＷとを接触させてもよい。

また、上述の各実施形態では、電解処理としてめっき処理を行う場合について説明したが、本発明は、たとえば、エッチング処理などの種々の電解処理に適用することができる。

さらに、上述の各実施形態では、ウェハＷの表面に銅イオンＣを還元する場合について説明したが、本発明はウェハＷの表面側において被処理イオンを酸化する場合にも適用することができる。かかる場合には、被処理イオンは陰イオンであることから、上述の各実施形態において、陽極と陰極とを逆にして同様の電解処理を行えばよい。これにより、被処理イオンの酸化と還元との違いはあれ、上述の各実施形態と同様の効果を享受することができる。

実施形態に係る電解処理装置１（１Ａ）は、被処理基板（ウェハＷ）に電解処理を行う電解処理装置であって、基板保持部１０と、電解処理部２０とを備える。基板保持部１０は、被処理基板（ウェハＷ）を保持する絶縁性の保持基体１１と、保持基体１１の内部に設けられ負電圧が印加される間接陰極１２とを有する。電解処理部２０は、基板保持部１０に向かい合って設けられ、被処理基板（ウェハＷ）と被処理基板（ウェハＷ）に接する電解液（めっき液Ｍ）とに電圧を印加する。これにより、ウェハＷに形成されるビア７０をめっき膜６０で良好に埋めることができる。

また、実施形態に係る電解処理装置１（１Ａ）において、間接陰極１２には、一定の値の負電圧が印加される。これにより、銅イオンＣをウェハＷの表面側に効率的に集積させることができる。

また、実施形態に係る電解処理装置１Ａにおいて、電解処理部２０は、絶縁性の基体２１と、基体２１の内部に設けられ、正電圧が印加される間接陽極２５とを有する。これにより、めっき膜６０の成長速度を向上させることができる。

また、実施形態に係る電解処理装置１Ａにおいて、間接陽極２５には、一定の値の正電圧が印加される。これにより、銅イオンＣをウェハＷの表面側に効率的に集積させることができる。

また、実施形態に係る電解処理装置１（１Ａ）において、電解処理部２０は、被処理基板（ウェハＷ）と向かい合う直接電極２２と、被処理基板（ウェハＷ）と接触可能に設けられる接触端子２３と、を有する。これにより、ウェハＷへの液盛り処理でめっき処理が可能となることから、多量のめっき液Ｍを用いることなくウェハＷにめっき膜６０を形成することができる。

また、実施形態に係る電解処理装置１（１Ａ）において、直接電極２２にはパルス状の正電圧が印加され、接触端子２３にはパルス状の負電圧が印加される。これにより、品質の良いめっき膜６０を効率よく形成することができる。

また、実施形態に係る電解処理方法は、被処理基板（ウェハＷ）を保持する絶縁性の保持基体１１と、保持基体１１の内部に設けられ負電圧が印加される間接陰極１２とを有する基板保持部１０と、基板保持部１０に向かい合って設けられ、被処理基板（ウェハＷ）と被処理基板（ウェハＷ）に接する電解液（めっき液Ｍ）とに電圧を印加する電解処理部２０と、を備える電解処理装置１（１Ａ）を用いて被処理基板（ウェハＷ）に電解処理を行う電解処理方法であって、被処理基板（ウェハＷ）を基板保持部１０で保持する保持工程（ステップＳ１０１（Ｓ２０１））と、被処理基板（ウェハＷ）に電解液（めっき液Ｍ）を液盛りする液盛り工程（ステップＳ１０２（Ｓ２０２））と、間接陰極１２に負電圧を印加する負電圧印加工程（ステップＳ１０４（Ｓ２０４））と、電解処理部２０により被処理基板（ウェハＷ）と電解液（めっき液Ｍ）とに電圧を印加する電解処理工程（ステップＳ１０５（Ｓ２０６））と、を含む。これにより、ウェハＷに形成されるビア７０をめっき膜６０で良好に埋めることができる。

また、実施形態に係る電解処理方法は、被処理基板（ウェハＷ）を保持する絶縁性の保持基体１１と、保持基体１１の内部に設けられ負電圧が印加される間接陰極１２とを有する基板保持部１０と、基板保持部１０に向かい合って設けられ、絶縁性の基体２１と、基体２１の内部に設けられ正電圧が印加される間接陽極２５とを有し、被処理基板（ウェハＷ）と被処理基板（ウェハＷ）に接する電解液（めっき液Ｍ）とに電圧を印加する電解処理部２０と、を備える電解処理装置１Ａを用いて被処理基板（ウェハＷ）に電解処理を行う電解処理方法であって、被処理基板（ウェハＷ）を基板保持部１０で保持する保持工程（ステップＳ２０１）と、被処理基板（ウェハＷ）に電解液（めっき液Ｍ）を液盛りする液盛り工程（ステップＳ２０２）と、間接陰極１２に負電圧を印加する負電圧印加工程（ステップＳ２０４）と、間接陽極２５に正電圧を印加する正電圧印加工程（ステップＳ２０５）と、電解処理部２０により被処理基板（ウェハＷ）と電解液（めっき液Ｍ）とに電圧を印加する電解処理工程（ステップＳ２０６）と、を含む。これにより、ウェハＷに形成されるビア７０をめっき膜６０で良好に埋めることができるとともに、電解処理におけるめっき膜６０の成長速度を向上させることができる。

また、実施形態に係る電解処理方法において、電解処理部２０は、被処理基板（ウェハＷ）と向かい合う直接電極２２と、被処理基板（ウェハＷ）と接触可能に設けられる接触端子２３と、を有し、液盛り工程（ステップＳ１０２（Ｓ２０２））の後に、接触端子２３を被処理基板（ウェハＷ）に接触させる端子接触工程（ステップＳ１０３（Ｓ２０３））を行う。これにより、多量のめっき液Ｍを用いることなくウェハＷにめっき膜６０を形成することができる。

また、実施形態に係る電解処理方法において、端子接触工程（ステップＳ１０３（Ｓ２０３）の後に行われる電解処理工程（ステップＳ１０５（Ｓ２０６））において、直接電極２２にパルス状の正電圧を印加するとともに、接触端子２３にパルス状の負電圧を印加する。これにより、品質の良いめっき膜６０を効率よく形成することができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

Ｗ ウェハ
１、１Ａ 電解処理装置
１０ 基板保持部
１１ 保持基体
１２ 間接陰極
１３ 駆動機構
２０ 電解処理部
２１ 基体
２２ 直接電極
２３ 接触端子
２４ 移動機構
２５ 間接陽極
３０ 間接電圧印加部
３１ 直流電源
３２、３３ スイッチ
４０ 直接電圧印加部
４１ 直流電源
４２、４３ スイッチ
４４ 負荷抵抗
５０ ノズル
５１ 移動機構
６０ めっき膜
７０ ビア
７１ シード層
Ｃ 銅イオン
Ｍ めっき液
Ｓ 硫酸イオン

Claims (10)

1. 被処理基板に電解処理を行う電解処理装置であって、
   前記被処理基板を保持する絶縁性の保持基体と、前記保持基体の内部に設けられ前記保持基体を介して前記被処理基板に接する電解液に負電圧を印加する間接陰極とを有する基板保持部と、
   前記基板保持部に向かい合って設けられ、前記被処理基板と前記電解液とに直接的に電圧を印加する電解処理部と、
   を備えることを特徴とする電解処理装置。
2. 前記間接陰極には、
   一定の値の負電圧が印加されること
   を特徴とする請求項１に記載の電解処理装置。
3. 前記電解処理部は、
   絶縁性の基体と、
   前記基体の内部に設けられ、前記基体を介して前記電解液に正電圧を印加する間接陽極と
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電解処理装置。
4. 前記間接陽極には、
   一定の値の正電圧が印加されること
   を特徴とする請求項３に記載の電解処理装置。
5. 前記電解処理部は、
   前記被処理基板と向かい合い、前記電解液に直接接触する直接電極と、
   前記被処理基板に直接接触する接触端子と、
   を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電解処理装置。
6. 前記直接電極にはパルス状の正電圧が印加され、
   前記接触端子にはパルス状の負電圧が印加されること
   を特徴とする請求項５に記載の電解処理装置。
7. 被処理基板を保持する絶縁性の保持基体と、前記保持基体の内部に設けられ前記保持基体を介して前記被処理基板に接する電解液に負電圧を印加する間接陰極とを有する基板保持部と、
   前記基板保持部に向かい合って設けられ、前記被処理基板と前記電解液とに直接的に電圧を印加する電解処理部と、
   を備える電解処理装置を用いて前記被処理基板に電解処理を行う電解処理方法であって、
   前記被処理基板を前記基板保持部で保持する保持工程と、
   前記被処理基板に前記電解液を液盛りする液盛り工程と、
   前記間接陰極に負電圧を印加する負電圧印加工程と、
   前記電解処理部により前記被処理基板と前記電解液とに電圧を印加する電解処理工程と、
   を含むことを特徴とする電解処理方法。
8. 被処理基板を保持する絶縁性の保持基体と、前記保持基体の内部に設けられ前記保持基体を介して前記被処理基板に接する電解液に負電圧を印加する間接陰極とを有する基板保持部と、
   前記基板保持部に向かい合って設けられ、絶縁性の基体と、前記基体の内部に設けられ前記基体を介して前記電解液に正電圧を印加する間接陽極とを有し、前記被処理基板と前記電解液とに直接的に電圧を印加する電解処理部と、
   を備える電解処理装置を用いて前記被処理基板に電解処理を行う電解処理方法であって、
   前記被処理基板を前記基板保持部で保持する保持工程と、
   前記被処理基板に前記電解液を液盛りする液盛り工程と、
   前記間接陰極に負電圧を印加する負電圧印加工程と、
   前記間接陽極に正電圧を印加する正電圧印加工程と、
   前記電解処理部により前記被処理基板と前記電解液とに電圧を印加する電解処理工程と、
   を含むことを特徴とする電解処理方法。
9. 前記電解処理部は、
   前記被処理基板と向かい合い、前記電解液に直接接触する直接電極と、前記被処理基板に直接接触する接触端子と、を有し、
   前記液盛り工程の後に、前記接触端子を前記被処理基板に接触させる端子接触工程を行うこと
   を特徴とする請求項７または８に記載の電解処理方法。
10. 前記端子接触工程の後に行われる前記電解処理工程において、前記直接電極にパルス状の正電圧を印加するとともに、前記接触端子にパルス状の負電圧を印加すること
    を特徴とする請求項９に記載の電解処理方法。

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