JP3639151B2 - めっき装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウエハ等の被めっき基板に銅めっき等の金属めっきを施すめっき装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体ウエハ等の表面に配線用の微細な溝や穴等が形成された被めっき基板の該溝や穴等を埋めるのに、銅めっき等の金属めっき装置を用い、金属めっきで該溝や穴を埋める手法が採用されている。従来この種のめっき装置としてフェースダウン方式のめっき装置がある。該めっき装置は図１に示すように、めっき槽１００上部に半導体ウエハ等の被めっき基板１０２をそのめっき面を下向きに配置し、めっきタンク１０３内のめっき液Ｑをポンプ１０４によりめっき液供給パイプ１０５を通して、めっき槽本体１０１の底部から噴出させ、被めっき基板１０２のめっき面に垂直にめっき液Ｑの噴流を当てている。
【０００３】
めっき槽本体１０１をオーバーフローしためっき液Ｑはめっき槽本体１０１の外側に配置された捕集槽１０６により回収される。陽極電極１０７と陰極電極１０８の間に所定の電圧を印加することにより、該陽極電極１０７と被めっき基板１０２の間にめっき電流が流れ、被めっき基板１０２のめっき面にめっき膜が形成される。
【０００４】
上記構成の従来のフェースダウン方式のめっき装置では、めっき液Ｑの噴流を被めっき基板１０２に垂直に当てるために、被めっき基板に円周方向に等分配された流れを作る必要があり、流れを層流とし、助走距離をとる必要があるためめっき槽１００の深さ方向の寸法が大きくなるという問題があった。
【０００５】
また、陽極電極１０７を不溶解性の電極とした場合、めっき液中の添加剤が酸化分解し異常に消耗したり、発生する酸素により被めっき基板の表面や該表面に形成された微細な孔や溝中にめっき欠陥が発生するという問題があった。
【０００６】
また、フェースダウン方式のめっき装置において、被めっき基板１０２のめっき面に形成されためっき膜の膜厚の均一性を向上させる手段には、被めっき基板１０２と陽極電極１０７の距離の変更と、めっき液流れの均一化に加え、電場の状態を調整するために図２に示すように、被めっき基板１０２と陽極電極１０７の間に設置する遮蔽板１０９の形状の最適化がある。
【０００７】
通常、上記遮蔽板１０９は陽極電極１０７とカソード（被めっき基板１０２）が平行板のとき、その中央部に設けた開口穴１０９ａの寸法を調整することで、被めっき基板１０２の面内で電場の均一性を向上させることが可能である。但し、この場合被めっき基板１０２の近傍で被めっき基板周囲への電気の廻り込みにより、周囲の膜厚が厚くなる傾向があり、開口穴１０９ａの寸法を小さくする必要が生じ、結果として図１２に示すように、Ｍ型の膜厚分布となりやすいという問題がある。
【０００８】
なお、図１２において、縦軸はめっき膜厚（ｎｍ）を、横軸は被めっき基板であるウエハ端からの距離（ｍｍ）を示し、ＳＳＷ−ＮＮＥはウエハの南南西−北北東断面の膜厚を、ＷＳＷ−ＥＮＥはウエハの西南西−西北西断面の膜厚を、ＷＮＷ−ＥＳＥはウエハの西北西−東南東断面の膜厚を、ＮＮＷ−ＳＳＥは北北西−南南東断面の膜厚をそれぞれ示す。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、めっき槽の深さ寸法を小さくでき、めっき液中の添加剤が酸化分解し異常に消耗したり、発生する酸素により被めっき基板の表面や該表面に形成された微細な孔や溝中にめっき欠陥が発生することなく、均一な膜厚の金属めっきができるめっき装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は被めっき基板のめっき面内の電場を調整して、均一な膜厚の金属めっきができるめっき装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため請求項１に記載の発明は、めっき槽を具備し、該めっき槽で被めっき基板のめっき面にめっき液を接触させて金属めっきを施すめっき装置において、
前記めっき槽は、めっき面を下向きにして配置した前記被めっき基板とその下方に所定の間隔を設けて対向して配置された多孔板との間に形成されためっき液室と、該多孔板の下方に形成された偏平なめっき液導入室と、該めっき液導入室にめっき液を流入させる複数のめっき液ノズルを設け、該めっき液ノズルから前記めっき液導入室に流入するめっき液の流入方向は水平で且つ該めっき液導入室の中心から偏心しており、該めっき液導入室に流入しためっき液は前記多孔板の多孔を通して前記被めっき基板のめっき面に垂直なめっき液の流れを形成して前記めっき液室に導くように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記のように、被めっき基板とその下方に所定の間隔を設けて対向して配置された多孔板との間に形成されためっき液室と、該多孔板の下方に形成された偏平なめっき液導入室を具備し、めっき液を該めっき液導入室に水平方向より流し込み、多孔板の多孔を通して被めっき基板のめっき面に垂直なめっき液の流れを形成するので、この多孔板と被めっき基板の距離を適性に設定することにより、めっき液の上昇距離を長くして、整流をする必要がなく、めっき層を深さ寸法の小さい偏平構成とすることが可能となる。また、めっき液ノズルから流入するめっき液流入方向は水平で且つ該めっき液導入室の中心から偏心させることにより、めっき液導入室の中にめっき液の回転流れが形成され、該めっき液の回転流れが多孔板を通してめっき液室に噴出することになり、めっき液室にめっき液導入室内のめっき液回転流れと同じ方向の回転成分を持っためっき液の噴流を発生させ、被めっき基板のめっき面とめっき液の相対速度を大きくし、めっき面近傍に濃度拡散層を薄くし、均一なめっき膜の形成が可能となる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のめっき装置において、めっき槽は、前記めっき液導入室の下方にイオン交換膜又は多孔性中性隔膜を介して偏平な陽極室を設けると共に、該陽極室の底部に被めっき基板と対向する陽極電極を配置し、該陽極室にめっき液又は別の導電性液を導入するように構成されたことを特徴とする。
【００１４】
上記のようにめっき液導入室の下方にイオン交換膜又は多孔性中性隔膜を介して陽極室を設け、該陽極室にめっき液又は別の導電性液を導入することにより、陽極電極表面でのめっき液中の添加剤の酸化分解が防止されめっき液中の添加剤の異常消耗を防ぐと共に、発生した酸素ガスはイオン交換膜又は多孔性中性隔膜で阻止され被めっき基板に達することがないから、被めっき基板の表面の微細な孔や溝にめっき欠陥ができることを防止できる。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のめっき装置において、めっき槽は、被めっき基板をめっき槽内にめっき面を下向きにした状態で回転させる被めっき基板回転機構を具備することを特徴とする。
【００１６】
上記のように被めっき基板回転機構を設け、めっき中に被めっき基板をそのめっき面を下向きにした状態で回転させることにより、めっき面は均一にめっき液に接触でき、均一な膜厚のめっき膜を形成できる。また、めっき終了後、被めっき基板をめっき液面から引き上げ、高速回転させることにより、めっき槽内で付着しためっき液を振り切ることができ、めっき液でめっき槽の外部が汚染されることが少なくなる。
【００１７】
また、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のめっき装置において、被めっき基板と多孔板との距離が５〜１５ｍｍであることを特徴とする。
【００１８】
上記のように被めっき基板と多孔板との距離を５〜１５ｍｍとすることにより、被めっき基板が回転することで、めっき液の粘性力で基板の円周方向に排出されるめっき液の影響で被めっき基板の中央部ほど圧力が低くなり、多孔板の中央部からの上昇流が増えることで、被めっき基板全面に均一な垂直成分の速度が得られることになる。従って、従来のように深さ方向の上昇流の助走距離を大きくとる必要がないから、めっき槽の深さ寸法を小さくできる。
【００１９】
また、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のめっき装置において、めっき槽を複数台重ねて配置しためっきステージを具備することを特徴とする。
【００２０】
上記のようにめっきステージに複数台のめっき槽を重ねて配置することにより、めっき装置全体の平面配置構成を小さくでき、設置スペースの省スペース化を図ることができる。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のめっき装置において、多孔板の中央部には周囲の多孔の孔径より大きな径の孔が１個又は複数個設けられていることを特徴とする。
【００２２】
上記のように多孔板の中央部に周囲の多孔の孔径より大きな径の孔を１個又は複数個設けることにより、該多孔板を通過するめっき液の垂直噴流の中央部を強くし、被めっき基板のめっき面に当接した垂直噴流が、被めっき面に沿って乱されることなく外周部へ流れるようになる。被めっき基板のめっき槽内への搬入時は、該被めっき基板の中央部から液浸されることになり、被めっき面の気泡を速やかに離脱させることが可能となる。
【００２３】
また、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のめっき装置において、被めっき基板と陽極電極の距離が１０〜３０ｍｍであることを特徴とする。
【００２４】
上記のように、被めっき基板と陽極電極をその間隔が１０〜３０ｍｍになるように接近させることにより、陽極電極と被めっき基板との間の電界を一様にすることができ、被めっき基板のめっき膜の均一性が向上する。また、めっき槽を小型にすることも可能となる。
【００２５】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のめっき装置において、複数のめっき液ノズルからめっき液導入室に流入するめっき液の流れを該めっき液導入室の中央部に集める渦巻き状のガイドベーンを設けたことを特徴とする。
【００２６】
上記のように複数のめっき液ノズルから流入するめっき液の流れをめっき液導入室の中央部に集める渦巻き状のガイドベーンを設けることにより、めっき液ノズルからのめっき液流れにより発生しためっき液の回転流れで、めっき液は多孔板下方の中央部に集められ、中央部のめっき液の圧力を高められるから、多孔板の中央部を通る垂直噴流を増大させることができ、被めっき基板のめっき面に均一なめっき膜の形成が可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図３は本発明に係るめっき装置のめっき槽の構成例を示す図である。図示するように、本めっき槽１０はめっき槽本体１１内に半導体ウエハ等の被めっき基板１３を保持するための基板保持体１２が収容されている。該基板保持体１２は基板保持部１２−１とシャフト部１２−２からなり、該シャフト部１２−２は円筒状のガイド部材１４の内壁に軸受１５、１５を介して回転自在に支持されている。そして該ガイド部材１４と基板保持体１２はめっき槽本体１１の頂部に設けられたシリンダ１６により上下に所定ストロークで昇降できるようになっている。
【００３３】
また、基板保持体１２はガイド部材１４の内部上方に設けられたモータ１８により、シャフト部１２−２を介して矢印Ａ方向に回転できるようになっている。また、基板保持体１２の内部には基板押え部１７−１及びシャフト部１７−２からなる基板押え部材１７を収納する空間Ｃが設けられており、該基板押え部材１７は基板保持体１２のシャフト部１２−２内の上部に設けられたシリンダ１９により上下に所定ストロークで昇降できるようになっている。
【００３４】
基板保持体１２の基板保持部１２−１の下方には空間Ｃに連通する開口１２−１ａが設けられ、該開口１２−１ａの上部には、図４に示すように被めっき基板１３の縁部が載置される段部１２−１ｂが形成されている。該段部１２−１ｂに被めっき基板１３の縁部を載置し、被めっき基板１３の上面を基板押え部材１７の基板押え部１７−１で押圧することにより、被めっき基板１３の縁部は基板押え部１７−１と段部１２−１ｂの間に挟持される。そして被めっき基板１３の下面（めっき面）は開口１２−１ａに露出する。なお、図４は図３のＢ部分の拡大図である。
【００３５】
めっき槽本体１１の基板保持部１２−１の下方、即ち開口１２−１ａに露出する被めっき基板１３のめっき面の下方には偏平なめっき液室２０が設けられ、めっき液室２０の下方に多数の孔２１ａが形成された多孔板２１を介して、偏平なめっき液導入室２２が設けられている。また、めっき液室２０の外側には該めっき液室２０をオーバーフローしためっき液Ｑを捕集する捕集樋２３が設けられている。
【００３６】
捕集樋２３で回収されためっき液Ｑはめっき液タンク２４に戻るようになっている。めっき液タンク２４内のめっき液Ｑはポンプ２５により、めっき液室２０の両側から水平方向に導入される。めっき液室２０の両側から導入されためっき液Ｑは多孔板２１の孔２１ａを通って、垂直噴流となってめっき液室２０に流れ込む。多孔板２１と被めっき基板１３の間隔は５〜１５ｍｍとなっており、該多孔板２１の孔２１ａを通っためっき液Ｑの噴流は垂直上昇を維持したまま均一な噴流として被めっき基板１３のめっき面に当接する。めっき液室２０をオーバーフローしためっき液Ｑは捕集樋２３で回収され、めっき液タンク２４に流れ込む。即ち、めっき液Ｑはめっき槽本体１１のめっき液室２０とめっき液タンク２４の間を循環するようになっている。
【００３７】
めっき液室２０のめっき液面レベルＬQは被めっき基板１３のめっき液面レベルＬWより若干ΔＬだけ高くなっており、被めっき基板１３のめっき面の全面はめっき液Ｑに接触している。
【００３８】
基板保持体１２の基板保持部１２−１の段部１２−１ｂには被めっき基板１３の導電部と電気的に導通する電気接点２７が設けられ、該電気接点２７は電線（図示せず）でブラシ２６に電気的に接続され、更に該ブラシ２６を介して外部のめっき電源（図示せず）の陰極に接続されるようになっている。また、めっき槽本体１１のめっき液導入室２２の底部には被めっき基板１３と対向して陽極電極２８が設けられ、該陽極電極２８はめっき電源の陽極に接続されるようになっている。めっき槽本体１１の壁面の所定位置には例えばロボットアーム等の基板搬出入治具で被めっき基板１３を出し入れする搬出入スリット２９が設けられている。
【００３９】
上記構成のめっき装置において、めっきを行うに際しては、先ずシリンダ１６を作動させ、基板保持体１２をガイド部材１４ごと所定量（基板保持部１２−１に保持された被めっき基板１３が搬出入スリット２９に対応する位置まで）上昇させるとともに、シリンダ１９を作動させて基板押え部材１７を所定量（基板押え部１７−１が搬出入スリット２９の上部に達する位置まで）上昇させる。この状態でロボットアーム等の基板搬出入治具で被めっき基板１３を基板保持体１２の空間Ｃに搬入し、該被めっき基板１３をそのめっき面が下向きになるように段部１２−１ｂに載置する。この状態でシリンダ１９を作動させて基板押え部１７−１の下面が被めっき基板１３の上面に当接するまで下降させ、基板押え部１７−１と段部１２−１ｂの間に被めっき基板１３の縁部を挟持する。
【００４０】
この状態でシリンダ１６を作動させ、基板保持体１２をガイド部材１４ごと被めっき基板１３のめっき面がめっき液室２０のめっき液Ｑに接触するまで（めっき液面レベルＬQより上記ΔＬだけ低い位置まで）下降させる。この時、モータ１８を起動し、基板保持体１２と被めっき基板１３を低速で回転させながら下降させる。めっき液室２０にはめっき液Ｑが充満し、且つ多孔板２１の多数の孔２１ａを通した垂直の上昇流が噴出している。この状態で陽極電極２８と上記電気接点２７の間にめっき電源から所定の電圧を印加すると陽極電極２８から被めっき基板１３へとめっき電流が流れ、被めっき基板１３のめっき面にめっき膜が形成される。
【００４１】
上記めっき中はモータ１８を運転し、基板保持体１２と被めっき基板１３を低速回転させる。この低速回転はめっき液室２０内のめっき液Ｑの垂直噴流を乱すことなく、被めっき基板１３のめっき面に均一な膜厚のめっき膜を形成できるように設定する。
【００４２】
めっきが終了するとシリンダ１６を作動させ、基板保持体１２と被めっき基板１３を上昇させ、基板保持部１２−１の下面がめっき液面レベルＬQより上になったら、モータ１８を高速で回転させ、遠心力で被めっき基板のめっき面及び基板保持部１２−１の下面に付着しためっき液を振り切る。めっき液を振り切ったら、被めっき基板１３を搬出入スリット２９の位置まで上昇させ、ここでシリンダ１９を作動させて、基板押え部１７−１を上昇させると被めっき基板１３は解放され、基板保持部１２−１の段部１２−１ｂに載置された状態となる。この状態でロボットアーム等の基板搬出入治具を搬出入スリット２９から、基板保持体１２の空間Ｃに侵入させ、被めっき基板１３をピックアップして外部に搬出する。
【００４３】
めっき装置を上記構成とすることにより、めっき液室２０内に多孔板２１の多数の孔２１ａを通し、めっき液の垂直上昇流が形成されるから、従来のようにめっき液噴流を被めっき基板に垂直に当てるフェースダウン方式のめっき槽に比較して、めっき液の助走距離は小さくて済み、めっき槽１０の深さ方向の寸法を小さくできる。従って、めっき槽１０を複数台重ねて配置することが可能となる。
【００４４】
なお、上記実施形態例では電解めっきを例に説明したが、電気接点２７及び陽極電極２８を設けることなく、無電解めっきとすることができる。
【００４５】
図５は本発明に係るめっき装置のめっき槽の他の構成例を示す図である。図５において、基板保持体１２から上部は図３と同一であるのでその図示は省略する。本めっき槽１０はめっき液導入室２２の下方にイオン交換膜又は多孔性中性隔膜３０を介してめっき液又は導電性液体Ｑ’を導入する陽極室３１を設け、該陽極室３１の底部に陽極電極２８を設けている。液タンク３３内のめっき液又は導電性液体Ｑ’はポンプ３２により、陽極室３１に導入され、陽極室３１内から流出するめっき液又は導電性液体Ｑ’は液タンク３３に戻るようになっている。即ち、液タンク３３内のめっき液又は導電性液体Ｑ’は陽極室３１と液タンク３３の間を循環するようになっている。
【００４６】
めっき槽１０に上記のようにめっき液導入室２２の下方にイオン交換膜又は多孔性中性隔膜３０を介して陽極室３１を設け、めっき液又は導電性液体Ｑ’を流すことにより、陽極電極２８に不溶解性電極を用いても陽極電極２８の表面で添加剤の酸化分解を防止することができると共に、発生する酸素ガスはイオン交換膜又は多孔性中性隔膜３０により阻止され被めっき基板１３のめっき面に達しない。これによりめっき液Ｑ中の添加剤の異常消耗を防ぎ、酸素ガスにより被めっき基板のめっき面の微細な孔や溝及び表面にめっき欠陥が発生することを防止できる。
【００４７】
上記構成のめっき装置において、被めっき基板１３と陽極電極２８の間隔を小さくすることにより、陽極電極２８と被めっき基板１３との間の電界を一様にすることができ、被めっき基板１３のめっき面に均一な膜厚のめっき膜を形成できる。被めっき基板１３と陽極電極２８の間隔は１０ｍｍ〜３０ｍｍとするのが良い。
【００４８】
上記めっき装置では、多孔板２１は全面に均一に多数の孔２１ａを形成したものを挙げたが、多孔板２１はこれに限定されるものではなく、図６に示すように、多孔板２１の中央部には周囲の多孔２１ａの孔径より大きな径の孔２１ｂを設けてもよい。
【００４９】
上記のように多孔板２１の中央部に周囲の多孔２１ａの孔径より大きな径の孔２１ｂを設けることにより、該多孔板２１を通過するめっき液の垂直噴流の中央部を強くし、被めっき基板１３のめっき面に当接した垂直噴流が、被めっき面に沿って乱されることなく外周部へ流れるようになる。被めっき基板１３のめっき槽１０内への搬入時は、被めっき基板１３の中央部から液浸されることになり、被めっき面の気泡を速やかに離脱させることが可能となる。なお、多孔２１ａの孔径より大きな径の孔２１ｂは１個に限定されるものではなく、中央部に複数個設けても良い。
【００５０】
図７及び図８は本発明に係るめっき装置のめっき槽の他の構成例を示す図である。図７において、基板保持体１２から上部は図３と同一であるのでその図示は省略する。図８は図７のＡ−Ａ断面図である。図示するように、本めっき装置においては、めっき槽本体１１のめっき液導入室２２の外周に円筒状のノズル板３４が配置され、該ノズル板３４の外周にめっき液供給部３５が設けられている。ノズル板３４はめっき液供給部３５に供給されためっき液Ｑをめっき液導入室２２内に噴出するノズル孔３４ａが形成されている。ノズル孔３４ａから噴出されるめっき液Ｑの流れ方向は、水平で且つめっき液導入室２２の中心から偏心している。
【００５１】
めっき液導入室２２内にはノズル板３４のノズル孔３４ａから流入しためっき液Ｑの流れを中央部に集める渦巻き状のガイドベーン３８が設けられている。めっき液供給部３５にはめっき液流入口３６が設けられ、めっき液流入口３６から流入するめっき液Ｑの流れ方向も水平で且つめっき液導入室２２の中心から偏心している。
【００５２】
上記構成のめっき装置において、めっき液流入口３６からめっき液供給部３５に流入しためっき液Ｑは環状のめっき液供給部３５を旋回する流れとなり、更にノズル板３４のノズル孔３４ａから、水平で且つめっき液導入室２２の中心から偏心した方向の流れとなってめっき液導入室２２に流入し、更にガイドベーン３８で中央部に集中するように案内される。これにより、多孔板２１の中央部の孔径の大きい孔２１ｂから噴出する垂直噴流は周囲の孔径の小さい孔２１ａより強い噴流となる。
【００５３】
上記のように、めっき液ノズル板３４から流入するめっき液Ｑの流入方向を水平で且つ該めっき液導入室２２の中心から偏心させることにより、めっき液導入室２２の中にめっき液Ｑの回転流れが形成され、めっき液Ｑの回転流れが多孔板２１を通してめっき液室２０に噴出することになり、めっき液室２０に回転成分を持っためっき液Ｑの噴流を発生させる。このめっき液室２０内のめっき液回転流れは、めっき液導入室２２内のめっき液回転流れと同じ方向を持つ。被めっき基板１３をこのめっき液導入室２２内の回転流れと逆方向に回転させることにより、そのめっき面とめっき液Ｑの相対速度を大きくし、めっき面近傍の濃度拡散層を薄くし、均一なめっき膜の形成が可能となる。
【００５４】
また、渦巻き状のガイドベーン３８を設けることにより、ノズル板３４のノズル孔３４ａからのめっき液流れは多孔板２１下方の中央部に集められ、中央部のめっき液Ｑの圧力を高められるから、多孔板の中央部を通る垂直噴出流を増大させる。なお、ノズル板３４のノズル孔３４ａからのめっき液流れが多孔板２１下方の中央部にスムーズに集められた場合はガイドベーン３８は必ずしも必要ではない。
【００５５】
図９は本発明に係るめっき装置のめっき槽の他の構成例を示す図である。図９において、基板保持体１２から上部は図３と同一であるのでその図示は省略する。図示するように、本めっき装置では、めっき液室２０に内周に環状のめっき液供給室５０を設け、めっき液供給室５０の内周から多数のノズル孔５１を通してめっき液Ｑをめっき液室２０内に水平方向に流入させている。
【００５６】
被めっき基板１３と陽極電極２８の間には円筒状の電場補正リング５２が設けられている。被めっき基板１３のシート抵抗により膜厚が均一にならないことを、被めっき基板１３と陽極電極２８の間隔を小さくすることにより改善すると、被めっき基板１３の外周への電気の廻り込みにより、図１２に示すように、被めっき基板１３に形成しためっき膜の膜厚が均一にならないという問題があった。そこで、ここでは電場補正リング５２を設け、被めっき基板１３の外周への電気の廻り込みを防止する。
【００５７】
被めっき基板１３の外周への電気の廻り込みの影響は被めっき基板１３と陽極電極２８の間隔によっても異なるが、ここで想定している被めっき基板１３と陽極電極２８の間隔は２０〜６０ｍｍを想定しているので、電場補正リング５２の長さを１０〜５０ｍｍとし、内径を被めっき基板１３の被めっき有効径よりも小さくしたものを用い、この電場補正リング５２を上端が被めっき基板１３の下面から１〜１０ｍｍ離れた位置に位置するように配置することが、上記電気の廻り込みを防止するのに有効である。
【００５８】
一例として、被めっき基板１３と陽極電極２８の間隔が３５ｍｍ、被めっき基板（半導体ウエハ）１３の有効径φ１９４、電場補正リング５２上端と被めっき基板１３の下面との距離３ｍｍ、電場補正リング５２の内径φ１９０、電場補正リング５２の長さ１５ｍｍとした。この条件で電流密度２．５Ａ／ｄｍ2、時間１２０秒、膜厚１１００ｎｍのめっきを施した結果を図１３に示す。図１２及び図１３を比較すると、電場補正リング５２を設けることにより、電気の廻り込みが防止され、膜厚の均一なめっきが施される。
【００５９】
図１０は本発明に係る上記構成のめっき槽１０を用いためっき装置の全体構成例を示す図で、図１０（ａ）は平面構成を、図１０（ｂ）は側面構成をそれぞれ示す。図１０に示すように、めっき装置４０はロード部４１、アンロード部４２、洗浄乾燥槽４３、ロードステージ４４、粗水洗槽４５、めっきステージ４６、前処理槽４７、第１ロボット４８及び第２ロボット４９を具備する構成である。各めっきステージ４６には図３に示す構成のめっき槽１０を２層重ねに配置している。即ち、めっき装置全体として、計４台のめっき槽１０が配置されている。これはめっき槽１０が図１に示す従来のめっき槽１００に比較して深さ寸法を小さくすることができるから、実現することができる。
【００６０】
上記構成のめっき装置４０において、ロード部４１に載置されたカセットに収納された被めっき基板１３は第１ロボット４８で１枚ずつ取り出され、ロードステージ４４に移送される。ロードステージ４４に移送された被めっき基板１３は第２ロボット４９により、前処理槽４７に移送され、該前処理槽４７で前処理を施される。前処理の施された被めっき基板１３は第２ロボット４９でめっきステージ４６のめっき槽１０に移送され、めっき処理が施される。めっき処理の終了した被めっき基板１３は第２ロボット４９で粗水洗槽４５に移送され、粗水洗浄処理が施される。該粗水洗浄処理が終了した被めっき基板１３は更に第１ロボット４８で洗浄乾燥槽４３に移送され、洗浄処理され乾燥された後、アンロード部４２に移送される。
【００６１】
上記のように、本発明に係るめっき槽１０は被めっき基板１３のめっき面の下方に所定の間隔を設けて対向して配置された多孔板２１との間に形成されためっき液室２０と、多孔板２１の下方に形成された偏平なめっき液導入室２２を具備し、めっき液Ｑをめっき液導入室２２に水平方向より流し込み、多孔板２１の多数の孔２１ａを通して被めっき基板１３のめっき面に垂直なめっき液の流れを形成するので、従来のめっき液噴流を被めっき基板に垂直に当てるフェースダウン方式のめっき槽に比べてその深さ寸法を小さくすることが可能となる。従って、複数台のめっき槽１０を重ねて配置することができめっき装置全体として設置スペースが小さくなる。従来のめっき槽を用いると図１１に示すように、各めっきステージ４６に１台のめっき槽しか配置することができないから、めっきステージ４６の配置面積が図５の場合の２倍となる。
【００６２】
なお、めっき液Ｑとしては、銅めっきを行う硫酸銅めっき液の他、他の金属めっきを行うめっき液も使用可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、被めっき基板とその下方に所定の間隔を設けて対向して配置された多孔板との間に形成されためっき液室と、該多孔板の下方に形成された偏平なめっき液導入室を具備し、めっき液を該めっき液導入室に水平方向より流し込み、多孔板の多孔を通して被めっき基板のめっき面に垂直なめっき液の流れを形成するので、この多孔板と被めっき基板の距離を適性に設定することにより、めっき液の上昇距離を長くして、整流をする必要がなく、めっき層を深さ寸法の小さい偏平構成とすることが可能となる。また、めっき液ノズルから流入するめっき液流入方向は水平で且つ該めっき液導入室の中心から偏心させることにより、めっき液導入室の中にめっき液の回転流れが形成され、該めっき液の回転流れが多孔板を通してめっき液室に噴出することになり、めっき液室にめっき液導入室内のめっき液回転流れと同じ方向の回転成分を持っためっき液の噴流を発生させ、被めっき基板のめっき面とめっき液の相対速度を大きくし、めっき面近傍に濃度拡散層を薄くし、均一なめっき膜の形成が可能となる。また、深さ方向の距離を短くし、めっき槽の小型化が図られ、装置全体の小型化、コスト低下が図れる。
【００６４】
また、請求項２に記載の発明によれば、めっき液導入室の下方にイオン交換膜又は多孔性中性隔膜を介して陽極室を設け、該陽極室にめっき液又は別の導電性液を導入することにより、陽極電極表面でのめっき液中の添加剤の酸化分解が防止されめっき液中の添加剤の異常消耗を防ぐと共に、発生した酸素ガスはイオン交換膜又は多孔中性隔膜で阻止され被めっき基板に達することがないから、被めっき基板の表面の微細な孔や溝にめっき欠陥ができることを防止できる。
【００６５】
また、請求項３に記載の発明によれば、被めっき基板回転機構を設け、めっき中に被めっき基板をそのめっき面を下向きにした状態で回転させることにより、めっき面は均一にめっき液に接触でき、均一な膜厚のめっき膜を形成できる。また、めっき終了後、被めっき基板をめっき液面から引き上げ、高速回転させることにより、めっき槽内で付着しためっき液を振り切ることができ、めっき液でめっき槽の外部が汚染されることが少なくなる。
【００６６】
また、請求項４に記載の発明によれば、多孔板の中央部に周囲の多孔の孔径より大きな径の孔を１個又は複数個設けることにより、該多孔板を通過するめっき液の垂直噴流の中央部を強くし、被めっき基板のめっき面に当接した垂直噴流が、被めっき面に沿って乱されることなく外周部へ流れるようになる。被めっき基板のめっき槽内への搬入時は、該被めっき基板の中央部から液浸されることになり、被めっき面の気泡を速やかに離脱させることが可能となる。
【００６７】
また、請求項５に記載の発明によれば、複数のめっき液ノズルから流入するめっき液流れをめっき液導入室の中央部に集める渦巻き状のガイドベーンを設けることにより、めっき液ノズルからのめっき液流れにより発生しためっき液の回転流れで、めっき液は多孔板下方の中央部に集められ、中央部のめっき液の圧力を高められるから、多孔板の中央部を通る垂直噴流を増大させることができ、被めっき基板のめっき面に均一なめっき膜の形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のフェースダウン方式のめっき槽の構成例を示す図である。
【図２】従来の被めっき基板と陽極電極の間の電場を調整する方法を示す図である。
【図３】本発明に係るめっき装置のめっき槽の構成例を示す図である。
【図４】図３のＢ部分の拡大図である。
【図５】本発明に係るめっき装置のめっき槽の構成例を示す図である。
【図６】本発明に係るめっき装置に用いる多孔板の形状を示す図である。
【図７】本発明に係るめっき装置のめっき槽の構成例を示す図である。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図である。
【図９】本発明に係るめっき装置のめっき槽の構成例を示す図である。
【図１０】本発明に係るめっき装置の全体構成例を示す図で、図１０（ａ）はその平面図、図１０（ｂ）はその側面図である。
【図１１】従来のめっき装置の全体の平面構成例を示す図である。
【図１２】従来のめっき装置によりめっきを行った場合のめっき膜分布の状態を示す図である。
【図１３】本発明に係るめっき装置によりめっきを行った場合のめっき膜分布の状態を示す図である。
【符号の説明】
１０ めっき槽
１１ めっき槽本体
１２ 基板保持体
１３ 被めっき基板
１４ ガイド部材
１５ 軸受
１６ シリンダ
１７ 基板押え部材
１８ モータ
１９ シリンダ
２０ めっき液室
２１ 多孔板
２２ めっき液導入室
２３ 捕集樋
２４ めっき液タンク
２５ ポンプ
２６ ブラシ
２７ 電気接点
２８ 陽極電極
２９ 搬出入スリット
３０ イオン交換膜又は多孔性中性隔膜
３１ 陽極室
３２ ポンプ
３３ 液タンク
３４ ノズル板
３５ めっき液供給部
３６ めっき液流入口
３８ ガイドベーン
４０ めっき装置
４１ ロード部
４２ アンロード部
４３ 洗浄乾燥槽
４４ ロードステージ
４５ 粗水洗槽
４６ めっきステージ
４７ 前処理槽
４８ 第１ロボット
４９ 第２ロボット
５０ めっき液供給室
５１ ノズル孔
５２ 電場補正リング
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウエハ等の被めっき基板に銅めっき等の金属めっきを施すめっき装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体ウエハ等の表面に配線用の微細な溝や穴等が形成された被めっき基板の該溝や穴等を埋めるのに、銅めっき等の金属めっき装置を用い、金属めっきで該溝や穴を埋める手法が採用されている。従来この種のめっき装置としてフェースダウン方式のめっき装置がある。該めっき装置は図１に示すように、めっき槽１００上部に半導体ウエハ等の被めっき基板１０２をそのめっき面を下向きに配置し、めっきタンク１０３内のめっき液Ｑをポンプ１０４によりめっき液供給パイプ１０５を通して、めっき槽本体１０１の底部から噴出させ、被めっき基板１０２のめっき面に垂直にめっき液Ｑの噴流を当てている。
【０００３】
めっき槽本体１０１をオーバーフローしためっき液Ｑはめっき槽本体１０１の外側に配置された捕集槽１０６により回収される。陽極電極１０７と陰極電極１０８の間に所定の電圧を印加することにより、該陽極電極１０７と被めっき基板１０２の間にめっき電流が流れ、被めっき基板１０２のめっき面にめっき膜が形成される。
【０００４】
上記構成の従来のフェースダウン方式のめっき装置では、めっき液Ｑの噴流を被めっき基板１０２に垂直に当てるために、被めっき基板に円周方向に等分配された流れを作る必要があり、流れを層流とし、助走距離をとる必要があるためめっき槽１００の深さ方向の寸法が大きくなるという問題があった。
【０００５】
また、陽極電極１０７を不溶解性の電極とした場合、めっき液中の添加剤が酸化分解し異常に消耗したり、発生する酸素により被めっき基板の表面や該表面に形成された微細な孔や溝中にめっき欠陥が発生するという問題があった。
【０００６】
また、フェースダウン方式のめっき装置において、被めっき基板１０２のめっき面に形成されためっき膜の膜厚の均一性を向上させる手段には、被めっき基板１０２と陽極電極１０７の距離の変更と、めっき液流れの均一化に加え、電場の状態を調整するために図２に示すように、被めっき基板１０２と陽極電極１０７の間に設置する遮蔽板１０９の形状の最適化がある。
【０００７】
通常、上記遮蔽板１０９は陽極電極１０７とカソード（被めっき基板１０２）が平行板のとき、その中央部に設けた開口穴１０９ａの寸法を調整することで、被めっき基板１０２の面内で電場の均一性を向上させることが可能である。但し、この場合被めっき基板１０２の近傍で被めっき基板周囲への電気の廻り込みにより、周囲の膜厚が厚くなる傾向があり、開口穴１０９ａの寸法を小さくする必要が生じ、結果として図１２に示すように、Ｍ型の膜厚分布となりやすいという問題がある。
【０００８】
なお、図１２において、縦軸はめっき膜厚（ｎｍ）を、横軸は被めっき基板であるウエハ端からの距離（ｍｍ）を示し、ＳＳＷ−ＮＮＥはウエハの南南西−北北東断面の膜厚を、ＷＳＷ−ＥＮＥはウエハの西南西−西北西断面の膜厚を、ＷＮＷ−ＥＳＥはウエハの西北西−東南東断面の膜厚を、ＮＮＷ−ＳＳＥは北北西−南南東断面の膜厚をそれぞれ示す。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、めっき槽の深さ寸法を小さくでき、めっき液中の添加剤が酸化分解し異常に消耗したり、発生する酸素により被めっき基板の表面や該表面に形成された微細な孔や溝中にめっき欠陥が発生することなく、均一な膜厚の金属めっきができるめっき装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は被めっき基板のめっき面内の電場を調整して、均一な膜厚の金属めっきができるめっき装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため請求項１に記載の発明は、めっき槽を具備し、該めっき槽で被めっき基板のめっき面にめっき液を接触させて金属めっきを施すめっき装置において、
前記めっき槽は、めっき面を下向きにして配置した前記被めっき基板とその下方に所定の間隔を設けて対向して配置された多孔板との間に形成されためっき液室と、該多孔板の下方に形成された偏平なめっき液導入室と、該めっき液導入室にめっき液を流入させる複数のめっき液ノズルを設け、該めっき液ノズルから前記めっき液導入室に流入するめっき液の流入方向は水平で且つ該めっき液導入室の中心から偏心しており、該めっき液導入室に流入しためっき液は前記多孔板の多孔を通して前記被めっき基板のめっき面に垂直なめっき液の流れを形成して前記めっき液室に導くように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記のように、被めっき基板とその下方に所定の間隔を設けて対向して配置された多孔板との間に形成されためっき液室と、該多孔板の下方に形成された偏平なめっき液導入室を具備し、めっき液を該めっき液導入室に水平方向より流し込み、多孔板の多孔を通して被めっき基板のめっき面に垂直なめっき液の流れを形成するので、この多孔板と被めっき基板の距離を適性に設定することにより、めっき液の上昇距離を長くして、整流をする必要がなく、めっき層を深さ寸法の小さい偏平構成とすることが可能となる。また、めっき液ノズルから流入するめっき液流入方向は水平で且つ該めっき液導入室の中心から偏心させることにより、めっき液導入室の中にめっき液の回転流れが形成され、該めっき液の回転流れが多孔板を通してめっき液室に噴出することになり、めっき液室にめっき液導入室内のめっき液回転流れと同じ方向の回転成分を持っためっき液の噴流を発生させ、被めっき基板のめっき面とめっき液の相対速度を大きくし、めっき面近傍に濃度拡散層を薄くし、均一なめっき膜の形成が可能となる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のめっき装置において、めっき槽は、前記めっき液導入室の下方にイオン交換膜又は多孔性中性隔膜を介して偏平な陽極室を設けると共に、該陽極室の底部に被めっき基板と対向する陽極電極を配置し、該陽極室にめっき液又は別の導電性液を導入するように構成されたことを特徴とする。
【００１４】
上記のようにめっき液導入室の下方にイオン交換膜又は多孔性中性隔膜を介して陽極室を設け、該陽極室にめっき液又は別の導電性液を導入することにより、陽極電極表面でのめっき液中の添加剤の酸化分解が防止されめっき液中の添加剤の異常消耗を防ぐと共に、発生した酸素ガスはイオン交換膜又は多孔性中性隔膜で阻止され被めっき基板に達することがないから、被めっき基板の表面の微細な孔や溝にめっき欠陥ができることを防止できる。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のめっき装置において、めっき槽は、被めっき基板をめっき槽内にめっき面を下向きにした状態で回転させる被めっき基板回転機構を具備することを特徴とする。
【００１６】
上記のように被めっき基板回転機構を設け、めっき中に被めっき基板をそのめっき面を下向きにした状態で回転させることにより、めっき面は均一にめっき液に接触でき、均一な膜厚のめっき膜を形成できる。また、めっき終了後、被めっき基板をめっき液面から引き上げ、高速回転させることにより、めっき槽内で付着しためっき液を振り切ることができ、めっき液でめっき槽の外部が汚染されることが少なくなる。
【００１７】
また、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のめっき装置において、被めっき基板と多孔板との距離が５〜１５ｍｍであることを特徴とする。
【００１８】
上記のように被めっき基板と多孔板との距離を５〜１５ｍｍとすることにより、被めっき基板が回転することで、めっき液の粘性力で基板の円周方向に排出されるめっき液の影響で被めっき基板の中央部ほど圧力が低くなり、多孔板の中央部からの上昇流が増えることで、被めっき基板全面に均一な垂直成分の速度が得られることになる。従って、従来のように深さ方向の上昇流の助走距離を大きくとる必要がないから、めっき槽の深さ寸法を小さくできる。
【００１９】
また、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のめっき装置において、めっき槽を複数台重ねて配置しためっきステージを具備することを特徴とする。
【００２０】
上記のようにめっきステージに複数台のめっき槽を重ねて配置することにより、めっき装置全体の平面配置構成を小さくでき、設置スペースの省スペース化を図ることができる。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のめっき装置において、多孔板の中央部には周囲の多孔の孔径より大きな径の孔が１個又は複数個設けられていることを特徴とする。
【００２２】
上記のように多孔板の中央部に周囲の多孔の孔径より大きな径の孔を１個又は複数個設けることにより、該多孔板を通過するめっき液の垂直噴流の中央部を強くし、被めっき基板のめっき面に当接した垂直噴流が、被めっき面に沿って乱されることなく外周部へ流れるようになる。被めっき基板のめっき槽内への搬入時は、該被めっき基板の中央部から液浸されることになり、被めっき面の気泡を速やかに離脱させることが可能となる。
【００２３】
また、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のめっき装置において、被めっき基板と陽極電極の距離が１０〜３０ｍｍであることを特徴とする。
【００２４】
上記のように、被めっき基板と陽極電極をその間隔が１０〜３０ｍｍになるように接近させることにより、陽極電極と被めっき基板との間の電界を一様にすることができ、被めっき基板のめっき膜の均一性が向上する。また、めっき槽を小型にすることも可能となる。
【００２５】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のめっき装置において、複数のめっき液ノズルからめっき液導入室に流入するめっき液の流れを該めっき液導入室の中央部に集める渦巻き状のガイドベーンを設けたことを特徴とする。
【００２６】
上記のように複数のめっき液ノズルから流入するめっき液の流れをめっき液導入室の中央部に集める渦巻き状のガイドベーンを設けることにより、めっき液ノズルからのめっき液流れにより発生しためっき液の回転流れで、めっき液は多孔板下方の中央部に集められ、中央部のめっき液の圧力を高められるから、多孔板の中央部を通る垂直噴流を増大させることができ、被めっき基板のめっき面に均一なめっき膜の形成が可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図３は本発明に係るめっき装置のめっき槽の構成例を示す図である。図示するように、本めっき槽１０はめっき槽本体１１内に半導体ウエハ等の被めっき基板１３を保持するための基板保持体１２が収容されている。該基板保持体１２は基板保持部１２−１とシャフト部１２−２からなり、該シャフト部１２−２は円筒状のガイド部材１４の内壁に軸受１５、１５を介して回転自在に支持されている。そして該ガイド部材１４と基板保持体１２はめっき槽本体１１の頂部に設けられたシリンダ１６により上下に所定ストロークで昇降できるようになっている。
【００３３】
また、基板保持体１２はガイド部材１４の内部上方に設けられたモータ１８により、シャフト部１２−２を介して矢印Ａ方向に回転できるようになっている。また、基板保持体１２の内部には基板押え部１７−１及びシャフト部１７−２からなる基板押え部材１７を収納する空間Ｃが設けられており、該基板押え部材１７は基板保持体１２のシャフト部１２−２内の上部に設けられたシリンダ１９により上下に所定ストロークで昇降できるようになっている。
【００３４】
基板保持体１２の基板保持部１２−１の下方には空間Ｃに連通する開口１２−１ａが設けられ、該開口１２−１ａの上部には、図４に示すように被めっき基板１３の縁部が載置される段部１２−１ｂが形成されている。該段部１２−１ｂに被めっき基板１３の縁部を載置し、被めっき基板１３の上面を基板押え部材１７の基板押え部１７−１で押圧することにより、被めっき基板１３の縁部は基板押え部１７−１と段部１２−１ｂの間に挟持される。そして被めっき基板１３の下面（めっき面）は開口１２−１ａに露出する。なお、図４は図３のＢ部分の拡大図である。
【００３５】
めっき槽本体１１の基板保持部１２−１の下方、即ち開口１２−１ａに露出する被めっき基板１３のめっき面の下方には偏平なめっき液室２０が設けられ、めっき液室２０の下方に多数の孔２１ａが形成された多孔板２１を介して、偏平なめっき液導入室２２が設けられている。また、めっき液室２０の外側には該めっき液室２０をオーバーフローしためっき液Ｑを捕集する捕集樋２３が設けられている。
【００３６】
捕集樋２３で回収されためっき液Ｑはめっき液タンク２４に戻るようになっている。めっき液タンク２４内のめっき液Ｑはポンプ２５により、めっき液室２０の両側から水平方向に導入される。めっき液室２０の両側から導入されためっき液Ｑは多孔板２１の孔２１ａを通って、垂直噴流となってめっき液室２０に流れ込む。多孔板２１と被めっき基板１３の間隔は５〜１５ｍｍとなっており、該多孔板２１の孔２１ａを通っためっき液Ｑの噴流は垂直上昇を維持したまま均一な噴流として被めっき基板１３のめっき面に当接する。めっき液室２０をオーバーフローしためっき液Ｑは捕集樋２３で回収され、めっき液タンク２４に流れ込む。即ち、めっき液Ｑはめっき槽本体１１のめっき液室２０とめっき液タンク２４の間を循環するようになっている。
【００３７】
めっき液室２０のめっき液面レベルＬQは被めっき基板１３のめっき液面レベルＬWより若干ΔＬだけ高くなっており、被めっき基板１３のめっき面の全面はめっき液Ｑに接触している。
【００３８】
基板保持体１２の基板保持部１２−１の段部１２−１ｂには被めっき基板１３の導電部と電気的に導通する電気接点２７が設けられ、該電気接点２７は電線（図示せず）でブラシ２６に電気的に接続され、更に該ブラシ２６を介して外部のめっき電源（図示せず）の陰極に接続されるようになっている。また、めっき槽本体１１のめっき液導入室２２の底部には被めっき基板１３と対向して陽極電極２８が設けられ、該陽極電極２８はめっき電源の陽極に接続されるようになっている。めっき槽本体１１の壁面の所定位置には例えばロボットアーム等の基板搬出入治具で被めっき基板１３を出し入れする搬出入スリット２９が設けられている。
【００３９】
上記構成のめっき装置において、めっきを行うに際しては、先ずシリンダ１６を作動させ、基板保持体１２をガイド部材１４ごと所定量（基板保持部１２−１に保持された被めっき基板１３が搬出入スリット２９に対応する位置まで）上昇させるとともに、シリンダ１９を作動させて基板押え部材１７を所定量（基板押え部１７−１が搬出入スリット２９の上部に達する位置まで）上昇させる。この状態でロボットアーム等の基板搬出入治具で被めっき基板１３を基板保持体１２の空間Ｃに搬入し、該被めっき基板１３をそのめっき面が下向きになるように段部１２−１ｂに載置する。この状態でシリンダ１９を作動させて基板押え部１７−１の下面が被めっき基板１３の上面に当接するまで下降させ、基板押え部１７−１と段部１２−１ｂの間に被めっき基板１３の縁部を挟持する。
【００４０】
この状態でシリンダ１６を作動させ、基板保持体１２をガイド部材１４ごと被めっき基板１３のめっき面がめっき液室２０のめっき液Ｑに接触するまで（めっき液面レベルＬQより上記ΔＬだけ低い位置まで）下降させる。この時、モータ１８を起動し、基板保持体１２と被めっき基板１３を低速で回転させながら下降させる。めっき液室２０にはめっき液Ｑが充満し、且つ多孔板２１の多数の孔２１ａを通した垂直の上昇流が噴出している。この状態で陽極電極２８と上記電気接点２７の間にめっき電源から所定の電圧を印加すると陽極電極２８から被めっき基板１３へとめっき電流が流れ、被めっき基板１３のめっき面にめっき膜が形成される。
【００４１】
上記めっき中はモータ１８を運転し、基板保持体１２と被めっき基板１３を低速回転させる。この低速回転はめっき液室２０内のめっき液Ｑの垂直噴流を乱すことなく、被めっき基板１３のめっき面に均一な膜厚のめっき膜を形成できるように設定する。
【００４２】
めっきが終了するとシリンダ１６を作動させ、基板保持体１２と被めっき基板１３を上昇させ、基板保持部１２−１の下面がめっき液面レベルＬQより上になったら、モータ１８を高速で回転させ、遠心力で被めっき基板のめっき面及び基板保持部１２−１の下面に付着しためっき液を振り切る。めっき液を振り切ったら、被めっき基板１３を搬出入スリット２９の位置まで上昇させ、ここでシリンダ１９を作動させて、基板押え部１７−１を上昇させると被めっき基板１３は解放され、基板保持部１２−１の段部１２−１ｂに載置された状態となる。この状態でロボットアーム等の基板搬出入治具を搬出入スリット２９から、基板保持体１２の空間Ｃに侵入させ、被めっき基板１３をピックアップして外部に搬出する。
【００４３】
めっき装置を上記構成とすることにより、めっき液室２０内に多孔板２１の多数の孔２１ａを通し、めっき液の垂直上昇流が形成されるから、従来のようにめっき液噴流を被めっき基板に垂直に当てるフェースダウン方式のめっき槽に比較して、めっき液の助走距離は小さくて済み、めっき槽１０の深さ方向の寸法を小さくできる。従って、めっき槽１０を複数台重ねて配置することが可能となる。
【００４４】
なお、上記実施形態例では電解めっきを例に説明したが、電気接点２７及び陽極電極２８を設けることなく、無電解めっきとすることができる。
【００４５】
図５は本発明に係るめっき装置のめっき槽の他の構成例を示す図である。図５において、基板保持体１２から上部は図３と同一であるのでその図示は省略する。本めっき槽１０はめっき液導入室２２の下方にイオン交換膜又は多孔性中性隔膜３０を介してめっき液又は導電性液体Ｑ’を導入する陽極室３１を設け、該陽極室３１の底部に陽極電極２８を設けている。液タンク３３内のめっき液又は導電性液体Ｑ’はポンプ３２により、陽極室３１に導入され、陽極室３１内から流出するめっき液又は導電性液体Ｑ’は液タンク３３に戻るようになっている。即ち、液タンク３３内のめっき液又は導電性液体Ｑ’は陽極室３１と液タンク３３の間を循環するようになっている。
【００４６】
めっき槽１０に上記のようにめっき液導入室２２の下方にイオン交換膜又は多孔性中性隔膜３０を介して陽極室３１を設け、めっき液又は導電性液体Ｑ’を流すことにより、陽極電極２８に不溶解性電極を用いても陽極電極２８の表面で添加剤の酸化分解を防止することができると共に、発生する酸素ガスはイオン交換膜又は多孔性中性隔膜３０により阻止され被めっき基板１３のめっき面に達しない。これによりめっき液Ｑ中の添加剤の異常消耗を防ぎ、酸素ガスにより被めっき基板のめっき面の微細な孔や溝及び表面にめっき欠陥が発生することを防止できる。
【００４７】
上記構成のめっき装置において、被めっき基板１３と陽極電極２８の間隔を小さくすることにより、陽極電極２８と被めっき基板１３との間の電界を一様にすることができ、被めっき基板１３のめっき面に均一な膜厚のめっき膜を形成できる。被めっき基板１３と陽極電極２８の間隔は１０ｍｍ〜３０ｍｍとするのが良い。
【００４８】
上記めっき装置では、多孔板２１は全面に均一に多数の孔２１ａを形成したものを挙げたが、多孔板２１はこれに限定されるものではなく、図６に示すように、多孔板２１の中央部には周囲の多孔２１ａの孔径より大きな径の孔２１ｂを設けてもよい。
【００４９】
上記のように多孔板２１の中央部に周囲の多孔２１ａの孔径より大きな径の孔２１ｂを設けることにより、該多孔板２１を通過するめっき液の垂直噴流の中央部を強くし、被めっき基板１３のめっき面に当接した垂直噴流が、被めっき面に沿って乱されることなく外周部へ流れるようになる。被めっき基板１３のめっき槽１０内への搬入時は、被めっき基板１３の中央部から液浸されることになり、被めっき面の気泡を速やかに離脱させることが可能となる。なお、多孔２１ａの孔径より大きな径の孔２１ｂは１個に限定されるものではなく、中央部に複数個設けても良い。
【００５０】
図７及び図８は本発明に係るめっき装置のめっき槽の他の構成例を示す図である。図７において、基板保持体１２から上部は図３と同一であるのでその図示は省略する。図８は図７のＡ−Ａ断面図である。図示するように、本めっき装置においては、めっき槽本体１１のめっき液導入室２２の外周に円筒状のノズル板３４が配置され、該ノズル板３４の外周にめっき液供給部３５が設けられている。ノズル板３４はめっき液供給部３５に供給されためっき液Ｑをめっき液導入室２２内に噴出するノズル孔３４ａが形成されている。ノズル孔３４ａから噴出されるめっき液Ｑの流れ方向は、水平で且つめっき液導入室２２の中心から偏心している。
【００５１】
めっき液導入室２２内にはノズル板３４のノズル孔３４ａから流入しためっき液Ｑの流れを中央部に集める渦巻き状のガイドベーン３８が設けられている。めっき液供給部３５にはめっき液流入口３６が設けられ、めっき液流入口３６から流入するめっき液Ｑの流れ方向も水平で且つめっき液導入室２２の中心から偏心している。
【００５２】
上記構成のめっき装置において、めっき液流入口３６からめっき液供給部３５に流入しためっき液Ｑは環状のめっき液供給部３５を旋回する流れとなり、更にノズル板３４のノズル孔３４ａから、水平で且つめっき液導入室２２の中心から偏心した方向の流れとなってめっき液導入室２２に流入し、更にガイドベーン３８で中央部に集中するように案内される。これにより、多孔板２１の中央部の孔径の大きい孔２１ｂから噴出する垂直噴流は周囲の孔径の小さい孔２１ａより強い噴流となる。
【００５３】
上記のように、めっき液ノズル板３４から流入するめっき液Ｑの流入方向を水平で且つ該めっき液導入室２２の中心から偏心させることにより、めっき液導入室２２の中にめっき液Ｑの回転流れが形成され、めっき液Ｑの回転流れが多孔板２１を通してめっき液室２０に噴出することになり、めっき液室２０に回転成分を持っためっき液Ｑの噴流を発生させる。このめっき液室２０内のめっき液回転流れは、めっき液導入室２２内のめっき液回転流れと同じ方向を持つ。被めっき基板１３をこのめっき液導入室２２内の回転流れと逆方向に回転させることにより、そのめっき面とめっき液Ｑの相対速度を大きくし、めっき面近傍の濃度拡散層を薄くし、均一なめっき膜の形成が可能となる。
【００５４】
また、渦巻き状のガイドベーン３８を設けることにより、ノズル板３４のノズル孔３４ａからのめっき液流れは多孔板２１下方の中央部に集められ、中央部のめっき液Ｑの圧力を高められるから、多孔板の中央部を通る垂直噴出流を増大させる。なお、ノズル板３４のノズル孔３４ａからのめっき液流れが多孔板２１下方の中央部にスムーズに集められた場合はガイドベーン３８は必ずしも必要ではない。
【００５５】
図９は本発明に係るめっき装置のめっき槽の他の構成例を示す図である。図９において、基板保持体１２から上部は図３と同一であるのでその図示は省略する。図示するように、本めっき装置では、めっき液室２０に内周に環状のめっき液供給室５０を設け、めっき液供給室５０の内周から多数のノズル孔５１を通してめっき液Ｑをめっき液室２０内に水平方向に流入させている。
【００５６】
被めっき基板１３と陽極電極２８の間には円筒状の電場補正リング５２が設けられている。被めっき基板１３のシート抵抗により膜厚が均一にならないことを、被めっき基板１３と陽極電極２８の間隔を小さくすることにより改善すると、被めっき基板１３の外周への電気の廻り込みにより、図１２に示すように、被めっき基板１３に形成しためっき膜の膜厚が均一にならないという問題があった。そこで、ここでは電場補正リング５２を設け、被めっき基板１３の外周への電気の廻り込みを防止する。
【００５７】
被めっき基板１３の外周への電気の廻り込みの影響は被めっき基板１３と陽極電極２８の間隔によっても異なるが、ここで想定している被めっき基板１３と陽極電極２８の間隔は２０〜６０ｍｍを想定しているので、電場補正リング５２の長さを１０〜５０ｍｍとし、内径を被めっき基板１３の被めっき有効径よりも小さくしたものを用い、この電場補正リング５２を上端が被めっき基板１３の下面から１〜１０ｍｍ離れた位置に位置するように配置することが、上記電気の廻り込みを防止するのに有効である。
【００５８】
一例として、被めっき基板１３と陽極電極２８の間隔が３５ｍｍ、被めっき基板（半導体ウエハ）１３の有効径φ１９４、電場補正リング５２上端と被めっき基板１３の下面との距離３ｍｍ、電場補正リング５２の内径φ１９０、電場補正リング５２の長さ１５ｍｍとした。この条件で電流密度２．５Ａ／ｄｍ2、時間１２０秒、膜厚１１００ｎｍのめっきを施した結果を図１３に示す。図１２及び図１３を比較すると、電場補正リング５２を設けることにより、電気の廻り込みが防止され、膜厚の均一なめっきが施される。
【００５９】
図１０は本発明に係る上記構成のめっき槽１０を用いためっき装置の全体構成例を示す図で、図１０（ａ）は平面構成を、図１０（ｂ）は側面構成をそれぞれ示す。図１０に示すように、めっき装置４０はロード部４１、アンロード部４２、洗浄乾燥槽４３、ロードステージ４４、粗水洗槽４５、めっきステージ４６、前処理槽４７、第１ロボット４８及び第２ロボット４９を具備する構成である。各めっきステージ４６には図３に示す構成のめっき槽１０を２層重ねに配置している。即ち、めっき装置全体として、計４台のめっき槽１０が配置されている。これはめっき槽１０が図１に示す従来のめっき槽１００に比較して深さ寸法を小さくすることができるから、実現することができる。
【００６０】
上記構成のめっき装置４０において、ロード部４１に載置されたカセットに収納された被めっき基板１３は第１ロボット４８で１枚ずつ取り出され、ロードステージ４４に移送される。ロードステージ４４に移送された被めっき基板１３は第２ロボット４９により、前処理槽４７に移送され、該前処理槽４７で前処理を施される。前処理の施された被めっき基板１３は第２ロボット４９でめっきステージ４６のめっき槽１０に移送され、めっき処理が施される。めっき処理の終了した被めっき基板１３は第２ロボット４９で粗水洗槽４５に移送され、粗水洗浄処理が施される。該粗水洗浄処理が終了した被めっき基板１３は更に第１ロボット４８で洗浄乾燥槽４３に移送され、洗浄処理され乾燥された後、アンロード部４２に移送される。
【００６１】
上記のように、本発明に係るめっき槽１０は被めっき基板１３のめっき面の下方に所定の間隔を設けて対向して配置された多孔板２１との間に形成されためっき液室２０と、多孔板２１の下方に形成された偏平なめっき液導入室２２を具備し、めっき液Ｑをめっき液導入室２２に水平方向より流し込み、多孔板２１の多数の孔２１ａを通して被めっき基板１３のめっき面に垂直なめっき液の流れを形成するので、従来のめっき液噴流を被めっき基板に垂直に当てるフェースダウン方式のめっき槽に比べてその深さ寸法を小さくすることが可能となる。従って、複数台のめっき槽１０を重ねて配置することができめっき装置全体として設置スペースが小さくなる。従来のめっき槽を用いると図１１に示すように、各めっきステージ４６に１台のめっき槽しか配置することができないから、めっきステージ４６の配置面積が図５の場合の２倍となる。
【００６２】
なお、めっき液Ｑとしては、銅めっきを行う硫酸銅めっき液の他、他の金属めっきを行うめっき液も使用可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、被めっき基板とその下方に所定の間隔を設けて対向して配置された多孔板との間に形成されためっき液室と、該多孔板の下方に形成された偏平なめっき液導入室を具備し、めっき液を該めっき液導入室に水平方向より流し込み、多孔板の多孔を通して被めっき基板のめっき面に垂直なめっき液の流れを形成するので、この多孔板と被めっき基板の距離を適性に設定することにより、めっき液の上昇距離を長くして、整流をする必要がなく、めっき層を深さ寸法の小さい偏平構成とすることが可能となる。また、めっき液ノズルから流入するめっき液流入方向は水平で且つ該めっき液導入室の中心から偏心させることにより、めっき液導入室の中にめっき液の回転流れが形成され、該めっき液の回転流れが多孔板を通してめっき液室に噴出することになり、めっき液室にめっき液導入室内のめっき液回転流れと同じ方向の回転成分を持っためっき液の噴流を発生させ、被めっき基板のめっき面とめっき液の相対速度を大きくし、めっき面近傍に濃度拡散層を薄くし、均一なめっき膜の形成が可能となる。また、深さ方向の距離を短くし、めっき槽の小型化が図られ、装置全体の小型化、コスト低下が図れる。
【００６４】
また、請求項２に記載の発明によれば、めっき液導入室の下方にイオン交換膜又は多孔性中性隔膜を介して陽極室を設け、該陽極室にめっき液又は別の導電性液を導入することにより、陽極電極表面でのめっき液中の添加剤の酸化分解が防止されめっき液中の添加剤の異常消耗を防ぐと共に、発生した酸素ガスはイオン交換膜又は多孔中性隔膜で阻止され被めっき基板に達することがないから、被めっき基板の表面の微細な孔や溝にめっき欠陥ができることを防止できる。
【００６５】
また、請求項３に記載の発明によれば、被めっき基板回転機構を設け、めっき中に被めっき基板をそのめっき面を下向きにした状態で回転させることにより、めっき面は均一にめっき液に接触でき、均一な膜厚のめっき膜を形成できる。また、めっき終了後、被めっき基板をめっき液面から引き上げ、高速回転させることにより、めっき槽内で付着しためっき液を振り切ることができ、めっき液でめっき槽の外部が汚染されることが少なくなる。
【００６６】
また、請求項４に記載の発明によれば、多孔板の中央部に周囲の多孔の孔径より大きな径の孔を１個又は複数個設けることにより、該多孔板を通過するめっき液の垂直噴流の中央部を強くし、被めっき基板のめっき面に当接した垂直噴流が、被めっき面に沿って乱されることなく外周部へ流れるようになる。被めっき基板のめっき槽内への搬入時は、該被めっき基板の中央部から液浸されることになり、被めっき面の気泡を速やかに離脱させることが可能となる。
【００６７】
また、請求項５に記載の発明によれば、複数のめっき液ノズルから流入するめっき液流れをめっき液導入室の中央部に集める渦巻き状のガイドベーンを設けることにより、めっき液ノズルからのめっき液流れにより発生しためっき液の回転流れで、めっき液は多孔板下方の中央部に集められ、中央部のめっき液の圧力を高められるから、多孔板の中央部を通る垂直噴流を増大させることができ、被めっき基板のめっき面に均一なめっき膜の形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のフェースダウン方式のめっき槽の構成例を示す図である。
【図２】従来の被めっき基板と陽極電極の間の電場を調整する方法を示す図である。
【図３】本発明に係るめっき装置のめっき槽の構成例を示す図である。
【図４】図３のＢ部分の拡大図である。
【図５】本発明に係るめっき装置のめっき槽の構成例を示す図である。
【図６】本発明に係るめっき装置に用いる多孔板の形状を示す図である。
【図７】本発明に係るめっき装置のめっき槽の構成例を示す図である。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図である。
【図９】本発明に係るめっき装置のめっき槽の構成例を示す図である。
【図１０】本発明に係るめっき装置の全体構成例を示す図で、図１０（ａ）はその平面図、図１０（ｂ）はその側面図である。
【図１１】従来のめっき装置の全体の平面構成例を示す図である。
【図１２】従来のめっき装置によりめっきを行った場合のめっき膜分布の状態を示す図である。
【図１３】本発明に係るめっき装置によりめっきを行った場合のめっき膜分布の状態を示す図である。
【符号の説明】
１０ めっき槽
１１ めっき槽本体
１２ 基板保持体
１３ 被めっき基板
１４ ガイド部材
１５ 軸受
１６ シリンダ
１７ 基板押え部材
１８ モータ
１９ シリンダ
２０ めっき液室
２１ 多孔板
２２ めっき液導入室
２３ 捕集樋
２４ めっき液タンク
２５ ポンプ
２６ ブラシ
２７ 電気接点
２８ 陽極電極
２９ 搬出入スリット
３０ イオン交換膜又は多孔性中性隔膜
３１ 陽極室
３２ ポンプ
３３ 液タンク
３４ ノズル板
３５ めっき液供給部
３６ めっき液流入口
３８ ガイドベーン
４０ めっき装置
４１ ロード部
４２ アンロード部
４３ 洗浄乾燥槽
４４ ロードステージ
４５ 粗水洗槽
４６ めっきステージ
４７ 前処理槽
４８ 第１ロボット
４９ 第２ロボット
５０ めっき液供給室
５１ ノズル孔
５２ 電場補正リング
Claims (5)
- めっき槽を具備し、該めっき槽で被めっき基板のめっき面にめっき液を接触させて金属めっきを施すめっき装置において、
前記めっき槽は、めっき面を下向きにして配置した前記被めっき基板とその下方に所定の間隔を設けて対向して配置された多孔板との間に形成されためっき液室と、該多孔板の下方に形成された偏平なめっき液導入室と、該めっき液導入室にめっき液を流入させる複数のめっき液ノズルを設け、該めっき液ノズルから前記めっき液導入室に流入するめっき液の流入方向は水平で且つ該めっき液導入室の中心から偏心しており、該めっき液導入室に流入しためっき液は前記多孔板の多孔を通して前記被めっき基板のめっき面に垂直なめっき液の流れを形成して前記めっき液室に導くように構成されていることを特徴とするめっき装置。 - 請求項１に記載のめっき装置において、
前記めっき槽は、前記めっき液導入室の下方にイオン交換膜又は多孔性中性隔膜を介して偏平な陽極室を設けると共に、該陽極室の底部に被めっき基板と対向する陽極電極を配置し、該陽極室に前記めっき液又は別の導電性液を導入するように構成されたことを特徴とするめっき装置。 - 請求項１又は２に記載のめっき装置において、
前記めっき槽は、前記被めっき基板をめっき槽内に前記めっき面を下向きにした状態で回転させる被めっき基板回転機構を具備することを特徴とするめっき装置。 - 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のめっき装置において、
前記多孔板の中央部には周囲の多孔の孔径より大きな径の孔が１個又は複数個設けられていることを特徴とするめっき装置。 - 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のめっき装置において、
前記複数のめっき液ノズルからめっき液導入室に流入するめっき液の流れを該めっき液導入室の中央部に集める渦巻き状のガイドベーンを設けたことを特徴とするめっき装置。
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