JP2004218011A - 電解めっき装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】外部電極に電気的に接続され、基板の給電部Sに接触して給電する給電電極40を備え、この給電電極40は、伸縮性を有するベース材42の表面に1層以上の導電性膜44を形成して構成されている。この給電電極40は、リング状に形成されて、基板Wの全周囲に亘って基板Wの給電部Sに接触するようにすることが好ましく、これにより、基板Wの給電部Sに基板Wのほぼ全周からより均一に電流を供給することができる。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば基板の表面(被めっき面)に電解めっきを施す電解めっき装置、特に半導体ウエハ等の表面に設けられた微細な配線用溝やホール、レジスト開口部にめっき膜を形成したり、半導体ウエハの表面にパッケージの電極等と電気的に接続するバンプ(突起状電極)を形成したりするのに使用される電解めっき装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、TAB(Tape Automated Bonding)やフリップチップにおいては、配線が形成された半導体チップの表面の所定箇所(電極)に金、銅、はんだ、或いはニッケル、更にはこれらを多層に積層した突起状接続電極(バンプ)を形成し、このバンプを介してパッケージの電極やTAB電極と電気的に接続することが広く行われている。このバンプの形成方法としては、電解めっき法、蒸着法、印刷法、ボールバンプ法といった種々の手法があるが、半導体チップのI/O数の増加、細ピッチ化に伴い、微細化が可能で性能が比較的安定している電解めっき法が多く用いられるようになってきている。
【0003】
ここで、電解めっき法は、半導体ウエハ等の基板の被めっき面を下向き(フェースダウン)にして基板を水平に置き、めっき液を下から噴き上げてめっきを施す噴流式またはカップ式と、めっき槽の中に基板を垂直に立て、めっき液をめっき槽の下から注入しオーバフローさせつつめっきを施すディップ式に大別される。ディップ方式を採用した電解めっき法は、めっきの品質に悪影響を与える泡の抜けが良く、フットプリントが小さいという利点を有しており、このため、めっき穴の寸法が比較的大きく、めっきにかなりの時間を要するバンプめっきに適していると考えられる。
【0004】
従来のディップ方式を採用した電解めっき装置にあっては、半導体ウエハ等の基板をその端面と裏面をシールし表面(被めっき面)を露出させて着脱自在に保持する基板ホルダを備え、この基板ホルダを基板ごとめっき液中に浸漬させて基板の表面にめっきを施すようにしており、気泡が抜けやすくできる利点を有している。
【0005】
基板ホルダは、めっき液中に浸漬させて使用するため、この基板ホルダで基板を保持した時に、基板の裏面(反被めっき面)側へめっき液が周り込まないよう、基板の外周部を確実にシールする必要がある。このため、例えば、一対のサポート(保持部材)で基板を着脱自在に保持するようにした基板ホルダにあっては、一方のサポートにシールリングを取付け、このシールリングを他方のサポートに載置保持した基板の周縁部に圧接させることで、基板の外周部をシールするようにしている。
【0006】
ここで、基板ホルダで保持した基板の表面にめっきを行う際には、基板表面に設けたシード層等の給電部(給電層)を電源のマイナス側に電気的に接続する必要がある。このため、例えばシールリングでシールされた領域内で、外部電極に電気的に接続された電極(給電電極)を基板の給電部に電気的に接続して給電するようにしている。
【0007】
この種の給電手段としては、電源に電気的に接続された複数の棒状の電極を備え、この各電極の各先端が基板の給電部にそれぞれ接触するようにしたり、または平板状(例えば環状)の電極部と該電極部に給電する複数の棒状の引出し部を有する電極を備え、この電極部の先端が基板の給電部に接触(線接触乃至面接触)するようにしたものが提案されている(例えば、特開平7−18499号公報等参照)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、基板の被めっき面に均一な膜厚のめっき膜を成膜するためには、基板の表面に設けた給電部(給電層)により均一な電流を供給することが望ましく、このためには、基板の全周から電流を供給するようにすることが望ましい。しかしながら、従来の電解めっき装置にあっては、例えば棒状の電極を使用すると、電極と基板の給電部との接触が点接触となるばかりでなく、設置できる電極の本数にも制約があって、この要求に応えることができない。また、平板状の電極部を有する電極を使用すると、電極部は一般に剛体で構成されているため、基板の表面に凹凸があると、電極板の下端がこの凹凸に倣うことができずに、部分的に接触不良を起こしてしまい、この要求に応えることができないと考えられる。
【0009】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、基板の給電部に基板のほぼ全周からより均一に電流を供給できるようにして、めっき膜の膜厚の面内均一性をより高めることができるようにした電解めっき装置を提案することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、外部電極に電気的に接続され、基板の給電部に接触して給電する給電電極を備えた電解めっき装置において、前記給電電極は、伸縮性を有するベース材の表面に1層以上の導電性膜を形成して構成されていることを特徴とする電解めっき装置である。
これにより、基板の給電部に多少の凹凸があっても、伸縮性を有するベース材がこの凹凸に追随して容易に伸縮(圧縮)することで、給電電極をその長さ方向の全長に亘って基板の給電部に接触させ、導電性膜を通して基板の給電部に給電することができる。
【0011】
請求項2に記載の発明は、前記ベース材は、リング状に形成されていることを特徴とする請求項1記載の電解めっき装置である。これにより、給電電極を基板の全周に亘って給電部に接触させて、基板の給電部(給電層)により均一に電流を供給し、しかも給電電極にシール材としての役割を持たせることができる。
【0012】
請求項3に記載の発明は、前記導電性膜は、前記ベース材の少なくとも一部に円周方向の全長に亘って連続して形成されていることを特徴とする請求項2記載の電解めっき装置である。これにより、ベース材の一部に設けた導電性膜を通して基板の給電部に給電し、しかも、ベース材の露出部がシール材としての役割を果たすようにすることができる。
【0013】
請求項4に記載の発明は、外部電極に電気的に接続され、基板の給電部に接触して給電する給電電極を備えた電解めっき装置において、前記給電電極は、前記給電部に接触する接触部と、該接触部内方で基板の外周部に圧接してここをシールするシール部とを備えた、伸縮性を有するリング状のベース材の前記接触部表面に1層以上の導電性膜を形成して構成されていることを特徴とする電解めっき装置である。
これにより、ベース材の接触部に設けた導電性膜を通して基板の給電部に基板の全周から給電し、しかもシール部を介してめっき液が該シール部の外部に浸入して、導電性膜がめっき液に触れることを防止して、シール性及び給電の信頼性を更に高めることができる。
【0014】
請求項5に記載の発明は、基板の給電部に接触して給電する給電電極を備えた基板ホルダを有する電解めっき装置において、前記基板ホルダには、表面に形成した導電性膜からなり、外部電極と前記給電電極とを電気的に接続する接続電極が備えられていることを特徴とする電解めっき装置である。
これにより、基板ホルダに接続電極を別部品として設ける必要をなくし、部材点数を減少させて構造的な簡素化を図り、コストを低減し、しかも分解や組立ての際の時間を短縮することができる。
【0015】
請求項6に記載の発明は、前記導電性膜は、Au,Pt,Ag,CuまたはAlからなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の電解めっき装置である。
【0016】
請求項7に記載の発明は、外部電極に電気的に接続され、基板の給電部に接触して給電する給電電極を備えた電解めっき装置において、前記給電電極は、伸縮性と導電性を有する導電性ゴムからなることを特徴とする電解めっき装置である。
これにより、基板の給電部に多少の凹凸があっても、伸縮性を有する導電性ゴムからなる給電電極自体がこの凹凸に追随して容易に伸縮(圧縮)することで、給電電極をその長さ方向の全長に亘って基板の給電部に接触させ、給電電極(導電性ゴム)を通して基板の給電部に給電することができる。
【0017】
【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説明する。
図1及び図2は、本発明の実施の形態の電解めっき装置を示す。この電解めっき装置は、半導体ウエハ等の基板Wを着脱自在に保持する基板ホルダ10と、めっき液12を収容し、基板ホルダ10で保持した基板Wと陽極電極(アノード)14とをめっき液12内に浸漬させて互いに対面するように配置するめっき槽16と、陽極電極14と基板Wの表面(被めっき面)に設けた給電層(シード層)からなる給電部Sとの間にめっき電圧を印加してめっき電流を流すめっき電源18を備えている。そして、めっき槽16には、溢流堰20が設けられ、この溢流堰20をオーバフローしためっき液12は、めっき槽16の外側に設けられた捕集槽22に捕集されて回収されるようになっている。
【0018】
このめっき装置によれば、めっき槽16の内部にめっき液12を供給し、溢流堰20をオーバフローさせた状態で、基板Wを保持した基板ホルダ10をめっき槽16内のめっき液12中に陽極電極14と対面するように配置し、陽極電極14と基板Wの給電部Sとの間にめっき電源18から所定のめっき電圧を印加することで、基板Wの給電部Sの表面にめっき膜が形成される。この時、めっき槽16をオーバフローしためっき液12は、捕集槽22から回収される。
【0019】
基板ホルダ10は、基板Wの裏面(非被めっき面)及び周縁部をシールした状態で基板Wを着脱自在に保持するもので、ホルダ本体30と該ホルダ本体30に対して開閉自在な基板押え32とから主に構成されている。ホルダ本体30には、基板Wを位置決めして載置保持する基板保持台34が基板押え32側に突出して設けられ、この基板保持台34の側方に、ばね性を有する導電体36が基板押え32側に突出して配置されている。この導電体36は、めっき電源18のマイナス側に電気的に接続されている。
【0020】
一方、基板押え32の該基板押え32を閉じてホルダ本体30との間で基板Wを保持した時に、基板Wの周縁部に対応する位置には、円周方向に連続して延びる凹溝38が設けられ、この凹溝38の内部に、基板Wの給電部(シード層)Sに接触して給電する給電電極40が配置されている。
【0021】
この給電電極40は、伸縮性を有する、例えば横断面円形のゴム製で、リング状のベース材42の全表面に、例えばAu,Pt,Ag,CuまたはAl等の導電性の良い導電性膜44を形成して構成されている。この導電性膜44は、例えば、電子ビーム蒸着法、電子ビームイオンアシスト蒸着法、PVD法など方法で、ベース材42の表面に密着性良く形成される。
【0022】
この給電電極40は、基板押え32を閉じてホルダ本体30との間で基板Wを保持する際、この給電電極40が基板Wの表面に圧接し、給電電極40の一部が潰れて基板Wの表面の給電部Sに確実に接触する大きさに設定されている。つまり、基板Wの給電部Sに多少の凹凸があっても、伸縮性を有するベース材42がこの凹凸に追随して容易に伸縮(圧縮)することで、給電電極40がその長さ方向の全長に亘って基板Wの給電部Sに接触して、導電性膜44を通して基板Wの給電部Sに給電し、しかも、これによって、給電電極40が基板Wの周縁部をシールするように構成されている。
【0023】
なお、この例では、ベース材42の表面に、1層の導電性膜44を形成した例を示しているが、ベース材42との密着性を向上させるために2層以上の多種・多層膜としても良い。このことは、以下の実施の形態においても同様である。
【0024】
基板押え32には、凹溝38の内部に入り込んで、給電電極40と電気的に接続され、更に外方に延出する板体からなる接続電極46が設けられている。そして、基板押え32を閉じてホルダ本体30との間で基板Wを保持する際、導電体36がその弾性力を介して接続電極46に電気的に接続するように構成されている。
【0025】
この実施の形態の電解めっき装置によれば、前述のように、基板ホルダ10で基板Wを保持すると、ホルダ本体30に設けた導電体36と基板押え32に設けた接続電極46が接触して電気的に接続され、更にこの接続電極46に接触した給電電極40が基板Wの表面の給電部Sに接触(圧接)して電気的に接続され、これによって、基板Wの給電部Sがめっき電源18のマイナスに整流器(図示せず)を介して電気的に接続されてカソードとなる。
【0026】
この時、基板Wの給電部Sに多少の凹凸があっても、伸縮性を有するベース材42がこの凹凸に追随して容易に伸縮(圧縮)することで、給電電極40をその長さ方向の全長に亘って基板Wの給電部Sに接触させ、導電性膜44を通して基板Wの給電部Sに給電することができる。特に、ベース材42として、リング状に形成されたものを使用することで、給電電極40を基板Wの全周に亘って給電部Sに接触(圧接)させることができ、これによって、基板Wの全周から給電部Sにより均一に電流を供給し、しかも給電電極40にシール材としての役割を持たせることができる。
【0027】
そして、前述のように、めっき槽16の内部にめっき液12を供給し、溢流堰20をオーバフローさせた状態で、基板Wを保持した基板ホルダ10をめっき槽16内のめっき液12中に陽極電極14と対面するように配置し、陽極電極14と基板Wの給電部Sとの間にめっき電源18から所定のめっき電圧を印加することで、基板Wの給電部Sの表面にめっき膜を形成するのであり、この時、基板Wの給電部Sに基板Wのほぼ全周からより均一に電流を供給することで、めっき膜の膜厚の面内均一性をより高めることができる。しかも、給電電極40にシール材としての役割を持たせることで、シール材を別途設ける必要をなくして、構造の簡素化を図ることができる。
【0028】
図3は、本発明の他の実施の形態の電解めっき装置の要部を拡大して示す。この例の前述の例と異なる点は、ベース材42の横断面における円周方向に沿った外周側の一部に導電性膜44aを設け、少なくともベース材42の内周端部を露出させて給電電極40aを構成し、基板ホルダ10で基板Wを保持した時に、基板Wの給電部Sに導電性膜44aが接触し、更に基板Wの表面に露出したベース材42の内周端面が圧接して、このベース材42の内周端面で基板Wの周縁部をシールするようにした点にある。
【0029】
この例によれば、ベース材42の内周端面で基板Wの周縁部をシールするようにすることで、導電性膜44aがめっき液に触れてしまうことを防止することができる。
【0030】
図4は、本発明の更に他の実施の形態の電解めっき装置の要部を拡大して示す。この例は、ベース材50として、伸縮性を有する、例えば内方に開放した横断面コ字状のゴム製で、内周側にシール部52を、該シール部52の外側の内周面に接触部54をそれぞれ有するものを使用している。そして、接触部54及び該接触部54から延びベース材50の外周面に形成した突条部の表面に、例えばAu,Pt,Ag,CuまたはAl等の導電性の良い導電性膜56を形成して給電電極58が構成されている。更に、基板押え32の給電電極58から基板ホルダ10で基板Wを保持した時に、導電体36に跨る位置には、前述と同様に、例えばAu,Pt,Ag,CuまたはAl等の導電性の良い導電性膜からなる接続電極60が設けられている。
【0031】
この例によれば、基板ホルダ10で基板Wを保持すると、ホルダ本体30に設けた導電体36と基板押え32に設けた接続電極(導電性膜)60が接触して電気的に接続され、更にこの接続電極60に接触した給電電極58の導電性膜56が基板Wの表面の給電部Sに接触(圧接)して電気的に接続され、これによって、基板Wの給電部Sがめっき電源18のマイナスに整流器(図示せず)を介して電気的に接続されてカソードとなる。同時に、給電電極58のベース材50のシール部52の内周端が基板Wの周縁部に圧接して、ここをシールする。
【0032】
このように、ベース材50に設けたシール部52を基板Wの周縁部に圧接させて、ここをシールし、このシール部52と別の部位に基板Wの給電部Sに接触して給電する、導電性膜56を有する接触部54を設けることで、シール性及び給電の信頼性を更に向上させることができる。
しかも、基板押え32に、表面に形成した導電性膜からなり、外部電極と給電電極50とを電気的に接続する接続電極60を備えることで、基板押え32に接続電極を別部品として設ける必要をなくし、部材点数を減少させて構造的な簡素化を図り、コストを低減し、しかも分解や組立ての際の時間を短縮することができる。
【0033】
図5は、本発明の更に他の実施の形態の電解めっき装置の要部を拡大して示す。この例は、ベース材70として、伸縮性を有する、例えばOリングからなるシール材を使用し、このベース材(シール材)70の全表面に、例えばAu,Pt,Ag,CuまたはAl等の導電性の良い導電性膜72を形成して給電電極74が構成されている。そして、前述のように、基板保持台34a上に載置した基板Wを保持すると、ホルダ本体に設けた導電体と基板押え32aに設けた接続電極46aが接触して電気的に接続され、更にこの接続電極46aに接触した給電電極74が基板Wの表面の給電部Sに接触(圧接)して電気的に接続され、これによって、基板Wの給電部Sがめっき電源のマイナスに整流器を介して電気的に接続されてカソードとなる。特に、ベース材70として、シール材を使用することで、給電電極74を基板Wの全周に亘って給電部Sに接触(圧接)させて、基板の周縁部を給電電極74で確実にシールしつつ、基板Wの全周から給電部Sにより均一に電流を供給することができる。
【0034】
図6は、本発明の更に他の実施の形態の電解めっき装置の要部を拡大して示す。この例は、伸縮性と導電性を有する導電性ゴム76で給電電極78が構成されている。この導電性ゴム76は、例えばゴム中に導電性粒子を分散させて導電性を付与したものであり、このゴムとしては、汎用性ゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム等が、導電性粒子としては、導電性カーボン、銀粉、ニッケル、銅粉等が用いられる。また、導電性ゴムとしては、全方位に導電性を示すものと、異方性を示すもの、それに圧力を加えたときのみ導電性を示す感圧型等があるが、いずれを使用してもよいことは勿論である。
【0035】
この例によれば、前述と同様に、基板保持台34a上に載置した基板Wを保持すると、接続電極46aに接触した給電電極78が基板Wの表面の給電部Sに接触(圧接)して電気的に接続され、これによって、基板Wの給電部Sがめっき電源のマイナスに整流器を介して電気的に接続されてカソードとなる。これにより、基板Wの給電部Sに多少の凹凸があっても、伸縮性を有する導電性ゴム76からなる給電電極78自体がこの凹凸に追随して容易に伸縮(圧縮)することで、給電電極78をその長さ方向の全長に亘って基板Wの給電部Sに接触させ、給電電極(導電性ゴム)78を通して基板Wの給電部Sに給電することができる。
【0036】
前述の電解めっき装置を備えた基板処理装置の平面配置図を図7に示す。この基板処理装置は、ロード・アンロード部510、各一対の洗浄・乾燥処理部512、第1基板ステージ514、ベベルエッチ・薬液洗浄部516及び第2基板ステージ518、基板Wを180゜反転させる機能を有する水洗部520及び4基のめっき処理部(電解めっき装置)522を有している。更に、ロード・アンロード部510、洗浄・乾燥処理部512及び第1基板ステージ514の間で基板Wの受渡しを行う第1搬送装置524と、第1基板ステージ514、ベベルエッチ・薬液洗浄部516及び第2基板ステージ518の間で基板Wの受渡しを行う第2搬送装置526、第2基板ステージ518、水洗部520及びめっき処理部522の間で基板Wの受渡しを行う第3搬送装置528が備えられている。
【0037】
基板処理装置の内部は、仕切り壁523によってめっき空間530と清浄空間540に仕切られ、これらの各めっき空間530と清浄空間540は、それぞれ独自に給排気できるようになっている。そして、仕切り壁523には、開閉自在なシャッタ(図示せず)が設けられている。また、清浄空間540の圧力は、大気圧より低く、かつめっき空間530の圧力より高くしてあり、これにより、清浄空間540内の空気がめっき装置の外部に流出することがなく、かつめっき空間530内の空気が清浄空間540内に流入することがないようになっている。
【0038】
図8は、基板処理装置内の気流の流れを示す。清浄空間540においては、配管543より新鮮な外部空気が取込まれ、この外部空気は、ファンにより高性能フィルタ544を通して清浄空間540内に押込まれ、天井545aよりダウンフローのクリーンエアとして洗浄・乾燥処理部512及びベベルエッチ・薬液洗浄部516の周囲に供給される。供給されたクリーンエアの大部分は、床545bから循環配管552を通して天井545a側に戻され、再び高性能フィルタ544を通してファンにより清浄空間540内に押込まれて清浄空間540内を循環する。一部の気流は、洗浄・乾燥処理部512及びベベルエッチ・薬液処理部516内から配管546により外部に排気される。これにより、清浄空間540内は、大気圧より低い圧力に設定される。
【0039】
水洗部520及び電解めっき装置522が存在するめっき空間530は、清浄空間ではない(汚染ゾーン)とはいいながらも、基板表面にパーティクルが付着することは許されない。このため、配管547から取込まれ高性能フィルタ548を通して天井549a側からファンによりめっき空間530内に押込まれたダウンフローのクリーンエアを流すことにより、基板Wにパーティクルが付着することを防止している。しかしながら、ダウンフローを形成するクリーンエアの全流量を外部からの給排気に依存すると、膨大な給排気量が必要となる。このため、めっき空間530内を清浄空間540より低い圧力に保つ程度に配管553より外部排気を行い、ダウンフローの大部分の気流を床549bから延びる循環配管550を通した循環気流でまかなうようにしている。
【0040】
これにより、循環配管550から天井549a側に戻ったエアは、再びファンにより押込まれ高性能フィルタ548を通ってめっき空間530内にクリーンエアとして供給されて循環する。ここで、水洗部520、めっき処理部522、搬送装置528及びめっき液調整タンク551からの薬液ミストや気体を含むエアは、前記配管553を通して外部に排出されて、めっき空間530内は、清浄空間540より低い圧力に設定される。
【0041】
従って、シャッタ(図示せず)を開放すると、これらのエリア間の空気の流れは、ロード・アンロード部510、清浄空間540及びめっき空間530の順に流れる。また、排気は、ダクト553及び546を通して、外部に排気される。
【0042】
次に、前述のようにして構成した電解めっき装置と電解エッチング装置を備えた配線形成装置の平面配置図を図9に示す。この配線形成装置は、各一対のロード・アンロード部210、洗浄・乾燥処理部212、仮置き部214、めっき処理部(電解めっき装置)216、水洗部218及びエッチング処理部220を有し、更にロード・アンロード部210、洗浄・乾燥処理部212及び仮置き部214との間で基板Wの受渡しを行う第1搬送機構222と、仮置き部214、めっき処理部216、水洗部218及びエッチング処理部220との間で基板Wの受渡しを行う第2搬送機構224が備えられている。
【0043】
この配線形成装置における配線形成処理を、図10及び図11を更に参照して説明する。先ず、表面にシード層を形成した基板Wをロード・アンロード部210から第1搬送機構222で1枚ずつ取出し、仮置き部214を経由してめっき処理部216に搬入する(ステップ1)。
【0044】
次に、このめっき処理部216でめっき処理を行って、図11に示すように、基板Wの表面に銅層7を形成する(ステップ2)。この時、大穴の存在に伴う銅層7の凹み7aの軽減を第一優先に考え、めっき液として、レベリング性の優れたもの、例えば硫酸銅の濃度が高く、硫酸の濃度が低いレベリング性の優れた組成、例えば、硫酸銅100〜300g/l、硫酸10〜100g/lの組成を有し、レベリング性を向上させる添加剤、例えばポリアルキレンイミン、4級アンモニウム塩、カチオン染料などを含有したものを使用する。ここで、レベリング性とは、穴中のボトムアップ成長に優れた性質を意味する。
【0045】
このように、レベリング性の優れためっき液を使用して基板Wの表面にめっきを施すことで、図11に示すように、大穴内でのボトムアップ成長が促進され、平坦部における銅層7の膜厚t1より、大穴部における銅層7の膜厚t2の方が厚くなる。これによって、薄いめっき膜厚t1で大穴を埋めることが可能になる。
そして、必要に応じて、このめっき処理後の基板Wを水洗部218に搬送して水洗し、しかる後、水洗後の基板Wをエッチング処理部220に搬送する(ステップ3)。
【0046】
次に、このエッチング処理部220で基板Wの表面(被めっき面)に電解エッチング処理を施して、基板Wの表面に形成された銅層7のエッチングを行う(ステップ4)。この時、エッチング液として、エッチング促進剤として機能する添加剤、例えばピロリン酸、エチレンジアミン、アミノカルボン酸、EDTA、DTPA、イミノ二酢酸、TETA、NTAなどやエッチング抑制剤として機能する添加剤、例えば4級アンモニウム塩、ポリマーなどの銅の錯体化合物、有機錯体またはその誘導体、或いはチオ尿素またはその誘導体などのような銅腐蝕電位を卑にする添加剤を含有したものを使用する。なお、ベース浴としては、硫酸、塩酸、硫酸過水、フッ酸過水などの酸や、アンモニア過水などのアルカリを使用してもよいが、それらに限定されるものではない。
【0047】
これにより、銅層7の盛り上がり部を選択的にエッチングして、銅層7の平坦性を向上させることができる。これによって、その後のCMP加工において、CMPレートを上げることなく、従って、ディッシングの発生を防止しつつ短時間で行うことができる。
【0048】
次に、必要に応じて、このエッチング処理後の基板Wを水洗部218に搬送して水洗し、しかる後、水洗後の基板Wを洗浄・乾燥処理部212に搬送する(ステップ5)。そして、この洗浄・乾燥処理部212で基板Wの洗浄・乾燥処理を行い(ステップ6)、しかる後、この基板Wを第1搬送機構222でロード・アンロード部210のカセットに戻す(ステップ7)。
【0049】
なお、めっき処理とエッチング処理を数回繰返して、1回のめっき処理毎に銅膜の盛り上がり部の選択的なエッチングを行うことで、銅膜の平坦度を更に向上させることができる。また、この例では、めっき処理とエッチング処理を1つの配線形成装置内で連続的に行うようにしているが、それぞれ独立した装置で個別に行うようにしても良い。
【0050】
また、電解めっき装置及び電解エッチング装置として、同一の構成で、異なる電解液を使用するとともに、基板Wと電極板(陽極電極またはカソード)との間に印加する電圧の極性が異なるようにしたものを使用しているが、例えば電解めっき装置として使用し、基板Wと陽極電極14との間に印加する電圧を極性を変えることで、つまり、基板Wがアノードとなり、陽極電極14がカソードとなるように制御して、電解めっき装置が電解エッチング装置を兼用するようにしても良い。
【0051】
次に、前述の電解めっき装置を使用した半導体製造装置の全体構成を図12に示す。この装置は、全体が長方形をなす床上のスペースの一端側に第1の研磨ユニット324aと第2の研磨ユニット324bが左右に対向して配置され、他端側にそれぞれ半導体ウエハ等の基板Wを収納する基板カセット326a,326bを載置する一対のロード・アンロード部が配置されている。そして、研磨ユニット324a,324bとロード・アンロード部を結ぶ線上に2台の搬送ロボット328a,328bが配置されている。更に、搬送ラインに沿った一方側には、銅埋め込み用の第1のめっきユニット(電解めっき装置)330、反転機を備えた銅膜厚検査ユニット332及び反転機を備えためっき前処理ユニット334が配置され、他方側には、リンス・乾燥装置336、保護膜形成用の第2のめっきユニット(無電解めっき装置)338及びロールスポンジを備えた洗浄ユニット339が配置されている。研磨ユニット324a,324bの搬送ライン側には、基板Wを研磨ユニット324a,324bとの間で授受する上下動自在なプッシャ342が設けられている。
【0052】
この半導体製造装置による半導体装置の配線形成例を、図13を更に参照して説明する。先ず、図13(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、例えばSiO2からなる絶縁膜2を堆積し、この絶縁膜2の内部に、例えばリソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール3と配線用の溝4を形成し、その上にTaもしくはTaN等からなるバリア層5、更にその上に電解めっきの給電層としてのシード層6をスパッタリング等により形成した基板Wを用意する。
【0053】
この表面にシード層6を形成した基板Wを基板カセット326a,326bから搬送ロボット328aで1枚ずつ取出し、第1のめっきユニット330に搬入する。そして、この第1のめっきユニット330で、図13(b)に示すように、基板Wの表面に銅層7を堆積させて、銅の埋め込みを行う。銅層7は、まず基板Wの表面の親水処理を行い、その後、銅めっきを行って形成する。この時、前述のように、このめっきユニット330を、極性を変えることで電解エッチング装置として使用して、銅層7の表面にエッチングを施すようにしてもよい。銅層7の形成後、銅めっきユニット330でリンス若しくは洗浄を行う。時間に余裕があれば、乾燥してもよい。
【0054】
そして、この銅を埋め込んだ基板Wを銅膜厚検査ユニット332に搬送し、ここで銅層7の膜厚を測定し、必要に応じて、反転機で基板Wを反転させた後、搬送ロボット328bにより研磨ユニット324aまたは324bのプッシャ342上に移送する。
【0055】
研磨ユニット324aまたは324bでは、基板Wの被研磨面を研磨テーブルに押圧しつつ、砥液を供給して研磨を行う。そして、例えば、基板Wの仕上がりを検査するモニタで終点(エンドポイント)を検知した時に、研磨を終了し、この研磨を終了した基板Wを再度プッシャ342上に戻し、一旦純水スプレーで洗浄する。次に、搬送ロボット328bにより洗浄ユニット339に搬送して、例えばロールスポンジで基板Wを洗浄する。これにより、図13(c)に示すように、絶縁膜2の内部にシード層6と銅層7からなる配線8を形成する。
【0056】
次に、この基板Wをめっき前処理ユニット334に搬送し、ここで、例えばPd触媒の付与や、露出表面に酸化膜の除去等の前処理を行って、第2のめっきユニット338に搬送し、この第2のめっきユニット338で無電解めっき処理を施す。これによって、図13(c)に示すように、研磨後に露出した表面に、例えば無電解Co−W−Pめっきを施して、配線8の外部への露出表面に、Co−W−P合金膜からなる保護膜(めっき膜)9を選択的に形成して配線8を保護する。この保護膜9の膜厚は、0.1〜500nm、好ましくは、1〜200nm、更に好ましくは、10〜100nm程度である。
【0057】
無電解めっきが終了した後、基板Wを高速回転させてスピン乾燥し、しかる後、第2のめっきユニット338から取出す。次に、搬送ロボット328bにより基板Wを洗浄ユニット339に搬送して、例えばロールスポンジで基板Wを洗浄し、更に、搬送ロボット328aにより、基板Wをリンス・乾燥装置336に搬送する。そして、このリンス・乾燥装置336で基板Wをリンスし乾燥させた後、基板Wを元の基板カセット326a,326bの元の位置に戻す。
【0058】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板の給電部に多少の凹凸があっても、伸縮性を有するベース材がこの凹凸に追随して容易に伸縮(圧縮)することで、給電電極をその長さ方向の全長に亘って基板の給電部に接触させ、導電性膜を通して基板の給電部に給電することができる。これによって、基板の給電部に基板のほぼ全周からより均一に電流を供給できるようにして、めっき膜の膜厚の面内均一性をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の電解めっき装置の概要図である。
【図2】図1の要部を拡大して示す要部拡大図である。
【図3】本発明の他の実施の形態の電解めっき装置の要部を拡大して示す要部拡大図(図2相当図)である。
【図4】本発明の更に他の実施の形態の電解めっき装置の要部を拡大して示す要部拡大図(図2相当図)である。
【図5】本発明の更に他の実施の形態の電解めっき装置の要部を拡大して示す要部拡大図である。
【図6】本発明の更に他の実施の形態の電解めっき装置の要部を拡大して示す要部拡大図である。
【図7】電解めっき装置を備えた基板処理装置の平面配置図である。
【図8】図7に示す基板処理装置の気流の流れを示す図である。
【図9】電解めっき装置及び電解エッチング装置を備えた配線形成装置の平面配置図である。
【図10】図9に示す配線形成装置における処理工程の流れを示す図である。
【図11】基板にめっき処理を施す際の過程を概念的に示す断面図である。
【図12】電解めっき装置を備えた半導体製造装置の平面配置図である。
【図13】半導体装置における配線形成例を工程順に示す図である。
【符号の説明】
10 基板ホルダ
12 めっき液
14 陽極電極
16 めっき槽
18 めっき電源
30 ホルダ本体
32 基板押え
34 基板保持台
36 導電体
40,40a,58,74,78 給電電極
42,50,70 ベース材
44,44a,56,72 導電性膜
46 接続電極
52 シール部
54 接触部
60 接続電極(導電性膜)
76 導電性ゴム
S 給電部
W 基板
Claims (7)
- 外部電極に電気的に接続され、基板の給電部に接触して給電する給電電極を備えた電解めっき装置において、
前記給電電極は、伸縮性を有するベース材の表面に1層以上の導電性膜を形成して構成されていることを特徴とする電解めっき装置。 - 前記ベース材は、リング状に形成されていることを特徴とする請求項1記載の電解めっき装置。
- 前記導電性膜は、前記ベース材の少なくとも一部に円周方向の全長に亘って連続して形成されていることを特徴とする請求項2記載の電解めっき装置。
- 外部電極に電気的に接続され、基板の給電部に接触して給電する給電電極を備えた電解めっき装置において、
前記給電電極は、前記給電部に接触する接触部と、該接触部内方で基板の外周部に圧接してここをシールするシール部とを備えた、伸縮性を有するリング状のベース材の前記接触部表面に1層以上の導電性膜を形成して構成されていることを特徴とする電解めっき装置。 - 基板の給電部に接触して給電する給電電極を備えた基板ホルダを有する電解めっき装置において、
前記基板ホルダには、表面に形成した導電性膜からなり、外部電極と前記給電電極とを電気的に接続する接続電極が備えられていることを特徴とする電解めっき装置。 - 前記導電性膜は、Au,Pt,Ag,CuまたはAlからなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の電解めっき装置。
- 外部電極に電気的に接続され、基板の給電部に接触して給電する給電電極を備えた電解めっき装置において、
前記給電電極は、伸縮性と導電性を有する導電性ゴムからなることを特徴とする電解めっき装置。
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