WO2004033763A1

WO2004033763A1 - カップ式めっき装置

Info

Publication number: WO2004033763A1
Application number: PCT/JP2002/010595
Authority: WO
Inventors: Hirofumi Ishida
Original assignee: Electroplating Engineers of Japan Ltd
Current assignee: EEJA Ltd
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2005-04-11
Also published as: EP1574600A1; US7179359B2; JPWO2004033763A1; EP1574600A4; US20040154917A1

Abstract

めっき対象面全面に、より均一な膜厚のめっきを施すことができるカップ式めっき装置を提供する。めっき槽の開口端に設けられためっき対象物の載置部と、めっき槽内にめっき液を供給する手段と、めっき槽に形成されためっき液の流出口とを備えていると共に、当該流出口から流出しためっき液が流入する空洞部と、空洞部内のめっき液の放出口と、当該放出口から排出されためっき液の回収槽とを備えており、めっき槽内にめっき液を供給しながらめっき対象物にめっき処理を行うカップ式のめっき装置において、放出口の形状および／または開口面積を変更可能にした。空洞部の下流側に形成される放出口の形状および／または開口面積を調節できれば、これを調節することで、めっき対象面におけるめっきムラやめっきのバラツキの発生を抑制できる。

Description

明細書

力ップ式めっき装置発明の属する技術分野

本発明は、金属や半導体用ウェハ一などにめっき処理を施すめっき装置に関し、特にいわゆるカツプ式のめっき装置に関する。従来の技術

めっき装置の一種に、ウェハーなどのめつきに用いられるカツプ式のめつき装置 1 0 0がある。図 6に示されるように、カップ式のめつき装置 1 0 0は、めっき槽 1 0 1 と、めっき槽 1 0 1の上端開口に備わるウェハー載置部 1 0 6を備える。めっき槽内には、電解めつき用の一方の電極であるアノード（陽極） 1 0 5が設置されている。また、載置部 1 0 6には、他方の電極である力ソード（陰極）やシールパッキン 1 0 7などが取り付けられている。つまり、載置部にウェハー W を載せてウェハー Wのめつき対象面 W sをめつき槽内のめっき液に接触させ、この状態で両電極間に通電すると、めっき対象面 Wsにめつき処理が施される。

また、このカップ式めつき装置は、めっき槽 1 0 1の底部に接続されためつき液の供給管 1 0 2と、めっき槽 1 0 1の側壁 1 0 3の上端開口寄りに形成された流出口 1 04を有する。したがって、供給管 1 0 2からフレツシュなめつき液を連続的に供給しながらめっき処理を行うことができる。供給されためつき液はめつき対象面に向けて上昇流で流れ、その後めつき槽の外周側に放射状に広がるように流れる（特開 2 0 0 2— 1 7 3 7 94号公報参照）。

このように、めっき液を連続して供給しつつめっき処理を行うと、めっき処理をより迅速に行うことができる等の利点がある。ところが、めっき液を連続供給しながらめっき処理を行うと、めっき液の流動に起因するめつきムラが生ずることがある。特に、めっき槽の側壁に近いウェハーのめっき対象面の外周部において、めっき膜厚が中央部よりも厚くなるなどのめっきムラやパラツキが生じやすい。本発明は、以上のような背景の下になされたものであり、めっき対象面全面に、より均一な膜厚のめっきを施すことができるカツプ式めつき装置を提供することを課題とする。発明の開示

上記課題を解決するため、本発明の発明者は、流出口付近のめっき液の流れを改善する方法について鋭意検討を重ねた。その結果、めつき槽の流出口から流出しためっき液が貯溜される空洞部のめっき液出口である放出口の形状や開口面積を調節することで、めっき対象物のめっき対象面の全面に、より均一な膜厚のめっきを施すことができることを見出し、次のような発明に想到するに至った。

本発明は、めっき液が貯溜されるめっき槽と、めっき槽の開口端に設けられるめっき対象物の載置部と、めっき槽内にめっき液を供給する手段と、めっき槽の内周面に形成されためつき液の流出口とを備えていると共に、当該流出口からめっき槽外に流出しためっき液が流入する空洞部と、空洞部内のめっき液の放出口と、当該放出口から排出されためっき液の回収槽とを備えており、前記めつき液を供給する手段によってめつき槽内にめっき液を供給しながら載置部に載置されためっき対象物にめっき処理を行う力ップ式のめっき装置であって、放出口の形状およびノまたは開口面積の変更が可能な構造であることを特徴とする。

電解めつき処理を行う場合は、めっき対象物を載置部に載せて、めつき対象物のめっき対象面をめつき槽内のめっき液に接触させる。この状態で、電解めつき装置の両電極間に通電し、めっき液を供給する手段を用いてめっき槽内にめっき液を連続供給しながらめっき処理を行う。このようにすると、めっき液の供給量に応じた量のめっき液が流出口からめっき槽外の空洞部に流出する。空洞部に流れ込んだめつき液は、空洞部内に一旦貯溜された後、空洞部の放出口から回収槽へと排出される。

このようなカップ式のめっき装置において、空洞部の下流側に形成される放出口の形状および/または開口面積を調節すると、めっき対象面におけるめっきムラやめつきのバラツキの発生が抑制される。

この理由は、明確でないが、次のように考えられる。めっき液が流れ込んだ状態の空洞部 1 6 (図 5参照）では、例えば放出口 3 1からめっき液 Lが排出されて空洞部 1 6内のめっき液 Lの液面 L sが下がると、めっき液 Lの上側に存在する空間 E内の圧力が低下する（負圧が生ずる）。そして、空間 E内の圧力が下がると、空洞部 1 6 (めつき槽外）の空間 E内とめっき槽 1 0内の圧力差が広がることとなり、めっき槽 1 0から空洞部 1 6内に流出口 1 1を介してめつき液 Lが流出しやすくなる。その結果、空洞部 1 6ではめつき液 Lの流入量が増えて、めっき液面 L sの低下が抑制される。空洞部 1 6内のめっき液 Lの液面高さは、このような流出口 1 1からのめつき液の流入量と放出口からの排出量とのバランスで定まっていると考えられる。そして、このようなめっき装置において、放出口の形状や開口面積を変更 ·調節すると、めっき槽の流出口におけるめっき液の流出のしゃすさが調節されると共に、めっき槽内の流出口に隣接する領域、すなわちめつき槽内の外周寄りの領域におけるめっき液の流れの状態が変化すると考えられる。この領域はめつき対象面の外周部に隣接する領域であり、当該領域におけるめっき液の流れの状態を変化させることができれば、めっき対象面の外周部におけるめっき状態を調節でき、めっき対象面の外周部におけるめっき膜厚が中央部よりも厚くなるなどのめっきムラゃバラツキを防止できる。このようなことから、空洞部の放出口の形状およびまたは開口面積を調節すると、めっき対象面全面により均一な膜厚のめっきを施すことができると考えられる。放出口の形状および Zまたは開口面積を変更する構造としては、種々のものが考えられる。例えば、空洞部の内壁の所定位置に穴を形成し、当該穴に所定の大きさの放出口が形成されたホールピースを着脱自在に装着する構造を挙げることができる。このような構造であれば、必要に応じて、所望の形状、あるいは所望の開口面積の放出口を備えるホールピースを装着することで、放出口の形状および Zまたは開口面積を容易かつ迅速に変更、調節あるいは設定できる。

空洞部は、めっき槽を取り囲むように形成されているものが好ましい。そうであれば、流出口をめつき槽の外周面に全周に亘つて形成でき、めっき槽内の外周領域のいずれの位置からも、流出口を介してめつき槽外にめつき液を排出できるからである。また、このような構造にすると、めっき槽内の外周領域におけるめっき液の流れがよりスムーズかつ均等になり、めっき対象面の外周部におけるめっき膜厚にムラゃバラツキの発生がより確実に防止される。

そして、空洞部のめっき液流れ方向下流側に、めっき槽を取り囲むように、複数の放出口を形成するのが好ましい。例えば、円筒形のめつき槽を取り囲むように空洞部を形成した場合、めっき液流れ方向下流側とは、空洞部の下端部など、めっき槽の底部寄りの位置のことである。このような位置に放出口を形成する場合、総開口面積が同じであっても、放出口の数を複数にし、分散させた状態で形成した方が、めっき膜厚のムラやバラツキの発生がより確実に防止される。そして、放出口を複数設ける場合、同じ形状の放出口を等間隔で設けた方が、さらに確実にめっき膜厚のムラやバラツキの発生が防止され好ましレ^ また、放出口は長穴形状であるのが好ましい。めっき槽を取り囲むように空洞部を形成する場合は、長穴形状の放出口を、その長手方向がめつき槽の周方向に沿うように配置する。このようにすると、めつき対象面全面に、より均一な膜厚のめっきが施される。図面の簡単な説明図 1は、本実施形態の力ップ式のめっき装置の断面構造を示す正面断面図である。図 2は、載置部の要部構造を示す断面図である。図 3 は、放出口を有するプレートを示す平面図である。図 4は、図 3の A 一 A面を示す断面図である。図 5は、空洞部内のめっき液の状態を示す説明図である。図 6は、従来のカップ式めつき装置を示す断面図である。発明の実施形態

以下、本発明に係るカツプ式のめっき装置の好適な実施形態を図面を参照しつつ説明する。

図 1に示されるように、カップ式のめっき装置 1は、めっき液が貯溜されるめつき槽 1 0を有する。めっき槽 1 0の上端の円形の開口には、ウェハ一 Wなどのめっき対象物が載せられる載置部 2 0が設けられている。図 2に示されるように、載置部 2 0は、開口縁に沿って延在する環形状の載置台 2 1と、載置台 2 1の上に設置されたシールパッキン 2 2と、シールパッキン 2 2の上に設置された一方の電極である力ソード 2 3 ( A u製）とを有する。また、力ソード 2 3の外周部の上側にはパッキン 2 4を介してトップリング 2 5が押し当てられている。シ一ルパッキン 2 2および力ソード 2 3はこのトップリング 2 5と載置台 2 1とによってめつき槽 1 0に固定される。なお、電解めつき用の他方の電極であるァノード 2 6は、めっき槽 1 0内の底部に設置されている。両電極 2 3 , 2 6に通電する銅線および電源の図示は省略した。そして、符号「 2 7」は、基板 Wを載置部 2 0に押しつけてめっき槽 1 0に固定するための押さえ部材である。

めっき槽 1 0の底面 1 0 aの中央位置には、めっき液の供給管 2 8 が接続されている。供給管 2 8には配管 2 9を介してポンプ Pから夕ンク T内のめっき液が送られるようになつており、供給管 2 8からめつき槽 1 0内に連続してめっき液を供給できる。そして、めっき槽 1 0の側壁の上端開口に隣接する位置には、めっき液の流出口 1 1が設けられており、めっき槽 1 0内のめっき液をめつき槽外に流出させることができる。また、めっき槽 1 0内には、供給管 2 8の上方に位置するように、アノード 2 6から供給された金属イオン（または電流）の流れや供給管 2 8から供給されたメツキ液の流れを整流する作用を有するダンパ（整流手段） 1 2が設置されている。当該ダンパ 1 2は円形の板材に多数の円形の貫通孔を形成したものであり、本実施形態のめつき槽 1 0内にはこのダンパ 1 2が 2つ積層される状態で設置されている。図 1に示されるように、めっき槽 1 0の外側には、めっき槽 1 0を取り囲む円筒形状のァウタカバ一 1 5が設置されている。そして、めつき槽 1 0とァウタカバー 1 5との間には、めっき液の流通路として用いられる空洞部 1 6が形成されている。この空洞部 1 6は、水平断面形状が環形状であり、上端を載置部 2 0によって塞がれている。また、空洞部 1 6は上端寄りの位置において、流出口 1 1を介してめつき槽 1 0内に連通している。つまり、流出口から流出しためっき液は空洞部 1 6に流入する。また、空洞部 1 6の下端（めっき槽の底部寄りに位置）には、放出口 3 1を複数備えた環状のプレート 3 0が取り付けられている。したがって、空洞部 1 6に流入しためっき液は、放出口 3 1からめつき槽 1 0の下方に排出される。このように、空洞部 1 6は、流出口 1 1および放出口 3 1のみによつて外部と繋がった構造である。

図 3に示されるように、プレート 3 0には、同形状の放出口 3 1が 4つ等間隔で形成されている。これら 4つの放出口 3 1は、プレート 3 0を空洞部 1 6の下部に取り付けた状態では、めっき槽 1 0を取り囲むように配置される。各放出口 3 1は、より詳細には図 4に示されるように、プレート 3 0に形成された通孔 3 0 aにゴム製のホールピース 3 2を取り付けることで構成されている。ホールピース 3 2は、環形状をしており、環の外周にはその全周に亘る溝部 3 2 aが形成されている。この溝部 3 2 aは、ホールピース 3 2をプレート 3 0に装着したときに、通孔 3 0 aの開口縁を唼ぇ込む部分であり、これによりホールピース 3 2を通孔 3 0 aに装着したときに脱落が防止される。なお、ホールピース 3 2の内周縁の輪郭すなわち放出口 3 1の形状や開口面積は、通孔 3 0 aの大きさを超えない範囲で任意に定めることができる。本実施形態では、図示されるように、円弧状に延びる長穴 (放出口 3 1 ) を備えるホールピース 3 2を用いた。

空洞部 1 6の下方位置には、放出口 3 1から排出されためつき液を収容する回収槽 4 0が設置されている。この回収槽 4 0にはホース 4 1が接続されている。このホース 4 1は、回収槽 4 0によって集められためつき液をめつき液の循環装置 Rに送るものである。次に、本実施形態の力ップ式のめっき装置を用いて行うめっき処理について、順を追って説明する。

まず、めっき対象物であるウェハー等の基板 Wをめつき装置 1に設置する。具体的には、基板 Wのめつき対象面 W sを下側（めっき槽 1 0内）に向けた状態で、基板 Wの外周部を載置部 2 0の上に載置する。めっき対象面 W sの外周部には、良好な通電状態を確保するための金 ( A u ) 製の箔膜であるシード（不図示）が形成されており、基板 W を載置部 2 0に載置すると、基板 Wのシードがカソード 2 3に接触する。また、力ソード 2 3の内側に位置するシールパッキン 2 2め環状の凸部 2 2 aがめつき対象面 W sの外周部に接触する。この後、基板 Wを押さえ部材 2 7で載置部 2 0に押しつけて、シールパッキン 2 2 の凸部 2 2 aおよび力ソード 2 3に確実に接触させた状態で、めっき槽 1 0に固定する。

そして、基板 Wを載置部 2 0上に載置し、固定すると、基板 Wのめつき対象面 W sがめつき槽 1 0内に満たされためっき液に接触する。先に説明したように、めっき対象面 W sの外周部は全周に亘つてシールパッキン 2 2の凸部 2 2 aに接触しており、基板 Wと載置部 2 0との間からめっき液が漏れることはない。この状態で力ソード 2 3とめつき槽 1 0内のアノード 2 6との間で通電させることにより、基板 W のめつき対象面 W sにめつき処理を施しめつき膜を形成する。また、カップ式のめっき装置 1では、通常、めっき槽 1 0内にめつき液を供給しながらめっき対象面にめっき処理を施している。以下、めっき処理中のめっき液の流れを説明する。

まず、めっき液は、めっき槽 1 0の底面 1 0 aに設けられた供給管 2 8からめつき槽 1 0内に供給される。めっき処理時、めっき槽 1 0 内はめつき液で満たされており、供給管 2 8からめつき槽 1 0内に供給されためつき液は、めっき槽 1 0内の中央領域に上昇流を形成しつつめつき対象面 W sに向けて流れる。そして、ある程度上昇すると、めっき槽 1 0の外周側に向けて放射状に広がるように流れる。

めっき槽 1 0内にめっき液を供給すると、供給されためつき液量に応じた量のめっき液が流出口 1 1から空洞部 1 6に流出する。空洞部 1 6に流れ込んだめっき液は、一旦空洞部 1 6に溜められて空洞部 1 6の下端の放出口 3 1から回収槽 4 0へと排出される。回収槽 4 0に収容されためつき液は、回収槽 4 0に接続されるホース 4 1を介して循環装置 Rに送られる。循環装置 Rに送られためっき液は、ここで濾過および成分調整されて再利用できる状態にされ、その後めつき液のタンク Tに送られて再利用される。

ところで、このめつき装置では、空洞部 1 6の下端のプレート 3 0 に装着しているホールピース 3 2の交換によって、空洞部 1 6の放出口 3 1の形状や開口面積の変更 ·調節が可能であり、しかも変更 ·調節が容易である。そして、放出口 3 1の形状や開口面積を変更 ·調節することで流出口 1 1におけるめっき液の流出のしゃすさを調節でき、めっき対象面の外周領域におけるめっき状態を調節できる。

ここで、本実施形態のめっき装置を用いて、ウェハーにめっき処理を行った実験について説明する。このめつき実験では、ウェハーにめつきを行い、その後めつきの膜厚（膜厚のバラツキ）を測定した。第 1実施形態：この実施形態では、空洞部 1 6の下端に図 3に示されるようなプレート 3 0を取り付けた。つまり、放出口 3 1の形状は長穴形状であった。なお、めっき対象であるウェハーは直径が 2 0 0 m mであり、めっき対象面の直径が 1 9 0 mmであった。そして、めつき液は硫酸銅溶液（液温を 2 0 °C ) であり、このめつき液を供給管からめっき槽内に毎分 1 5リットル連続供給した。また、通電時のめつき対象面における理論電流密度は 1 A Z d m ²であった。

比較例 1 ：本比較例は、放出口の形状およびまたは開口面積の条件が第 1実施形態と異なる。具体的には、円形の放出口を有するプレートを空洞部下端に取り付けた。なお、放出口の総開口面積は第 1実施形態と同じであった。また、これ以外の条件は第 1実施形態と同じであり、その説明を省略した。実験結果を次の表 1に示す。

【表 1】

表 1に示されるように、膜厚のバラツキの状態を表す標準偏差（σ ) は、放出口の形状が長穴形状である第 1実施形態の方が 0 . 2 mと、放出口が円形である比較例 1の場合（σが 0 . 3 i m) より小さかつた。この結果、長穴形状の放出口を用いた方がめっき膜厚のムラゃバラツキの発生が抑制され、ウェハーのめっき対象面全面に、より均一な膜厚のめっきを施すことができることが解った。この結果、放出口の形状や開口面積を変更可能な構造【こしておけば、実際に放出口の形状や開口面積を変えてめっき処理を行ってみることにより、最も良好なムラやバラツキが少ないめっきが得られる状態に設定できることが解つたなお、放出口の形状およびまたは開口面積を変更する構造は、本実施形態の構造以外にも種々考えられる。例えば、本実施形態のめつき装置はプレート 3 0の交換が可能な構造であるので、ホールピ一スを交換する構造ではなくプレートを交換する構造でもよい。この場合は、放出口の形状およびノまたは開口面積が異なるプレートを複数種類用意しておき、条件に応じてプレートを交換して放出口の形状およびまたは開口面積を調節する。また、上記実験ではウェハーに銅めつきを施しているが、めっき対象物はウェハ一に限られず、例えば、ステンレス鋼板などの導電性の金属」般に広く適用できる。また、めつき金属も銅に限られず、ニッケル（N i ) や金（A u ) など種々の金属のめっきが可能である。産業上の利用可能性

本発明に係るカツプ式のめっき装置によれば、ウェハーなどのめつき対象物のめっき対象面に銅などの金属をめつきする場合に、より均一な膜厚のめっきを施すことができる。

Claims

請求の範囲

. めっき液が貯溜されるめつき槽と、めっき槽の開口端に設けられるめつき対象物の載置部と、めっき槽内にめっき液を供給する手段と、めっき槽の内周面に形成されためつき液の流出口とを備えていると共に、当該流出口からめっき槽外に流出しためっき液が流入する空洞部と、空洞部内のめっき液の放出口と、当該放出口から排出されためっき液の回収槽とを備えており、前記めつき液を供給する手段によってめつき槽内にめっき液を供給しながら載置部に載置されためつき対象物にめっき処理を行う力ップ式のめっき装置であつて、

放出口の形状およびノまたは開口面積の変更が可能な構造である力ップ式のめっき装置。 . 空洞部は、めっき槽を取り囲むように形成されており、当該空洞部のめっき液流れ方向下流側に、めっき槽を取り囲むように複数の放出口が形成されている請求項 1に記載のカツプ式のめっき装置。 . 放出口は長穴形状である請求項 1または請求項 2に記載のカップ式のめっき装置。