JP4104465B2 - 電解めっき装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【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。
【００１３】
【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、半径方向の外周側の内周面で前記給電部に接触する接触部と、半径方向の内周側の先端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、内方に開放した横断面コ字形で、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。
【００１５】
請求項２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記載の電解めっき装置である。
【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、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、以下の例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、他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、基板Ｗ側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、更に他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、更に他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】 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】 他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】 更に他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】 更に他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
【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。
【００１３】
【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、半径方向の外周側の内周面で前記給電部に接触する接触部と、半径方向の内周側の先端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、内方に開放した横断面コ字形で、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。
【００１５】
請求項２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記載の電解めっき装置である。
【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、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、以下の例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、他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、基板Ｗ側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、更に他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、更に他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】 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】 他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】 更に他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】 更に他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 (2)
- 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、半径方向の外周側の内周面で前記給電部に接触する接触部と、半径方向の内周側の先端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、内方に開放した横断面コ字形で、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。 - 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記載の電解めっき装置。
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