(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-28
(45)【発行日】2022-08-05
(54)【発明の名称】めっき装置、及びめっき方法
(51)【国際特許分類】
C25D 17/10 20060101AFI20220729BHJP
C25D 21/12 20060101ALI20220729BHJP
C25D 7/12 20060101ALI20220729BHJP
【ＦＩ】
C25D17/10 A
C25D21/12 D
C25D7/12
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2022531467
(86)(22)【出願日】2022-02-16
(86)【国際出願番号】 JP2022006061
【審査請求日】2022-05-27
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000000239
【氏名又は名称】株式会社荏原製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100146710
【弁理士】
【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男
(74)【代理人】
【識別番号】100186613
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100172041
【弁理士】
【氏名又は名称】小畑 統照
(72)【発明者】
【氏名】後藤 悠水
(72)【発明者】
【氏名】辻 一仁
(72)【発明者】
【氏名】長井 瑞樹
【審査官】▲辻▼ 弘輔
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－０９８３９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１３７５１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１７２６８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１３１７９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５８－１１３３９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２１１１４４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／１１０４３２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２５Ｄ １７／００－２１／２２
Ｃ２５Ｄ ７／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
めっき槽と、基板を保持するための基板ホルダと、
前記基板ホルダに保持された基板と対向するように前記めっき槽内に配置され、溶解性のアノードを保持するように構成されたアノードホルダと、
前記アノードホルダに取り付けられ、前記アノードと前記基板との間に流れる電流が通過する開口を有するアノードマスクと、
前記アノードマスクの開口寸法を調整するように構成された調整機構と、
前記アノードが使用されている間の当該アノードにおける電解量に基づいて前記調整機構を制御するコントローラと、
を備えるめっき装置。
【請求項2】
前記コントローラは、前記アノードが使用されている間の当該アノードにおける電解量と前記アノードマスクの開口寸法との予め定めた関係に、前記電解量を適用することにより前記開口寸法を設定して前記調整機構を制御する、請求項１に記載のめっき装置。
【請求項3】
前記コントローラは、前記アノードが使用されている間の当該アノードにおける電解量が大きいほど前記アノードマスクの開口寸法を小さくするように前記調整機構を制御する、請求項１又は２に記載のめっき装置。
【請求項4】
前記アノードマスクと前記基板ホルダとの間に設けられ、前記アノードと前記基板との間に流れる電流が通過する開口を有するレギュレーションプレートを更に備え、前記調整機構は、前記アノードマスクの開口寸法と前記レギュレーションプレートの開口寸法とを調整するように構成され、
前記コントローラは、前記アノードが使用されている間の当該アノードにおける電解量に基づいて前記調整機構を制御する、
請求項１から３の何れか１項に記載のめっき装置。
【請求項5】
前記基板ホルダは、前記めっき槽内において、被めっき面を下方に向けた状態で前記基板を保持するように構成される、請求項１から４の何れか１項に記載のめっき装置。
【請求項6】
前記基板ホルダは、前記めっき槽内において、被めっき面を側方に向けた状態で前記基板を保持するように構成される、請求項１から４の何れか１項に記載のめっき装置。
【請求項7】
めっき装置におけるめっき方法であって、前記めっき装置は、
めっき槽と、
基板を保持するための基板ホルダと、
前記基板ホルダに保持された基板と対向するように前記めっき槽内に配置され、溶解性のアノードを保持するように構成されたアノードホルダと、
前記アノードホルダに取り付けられ、前記アノードと前記基板との間に流れる電流が通過する開口を有するアノードマスクと、
を備え、
前記めっき方法は、
前記アノードが使用されている間の当該アノードにおける電解量を算出することと、
前記算出した電解量に基づいて前記アノードマスクの開口寸法を調整することと、
を含む、めっき方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、めっき装置、及びめっき方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体ウェハ等の基板の表面に設けられた微細な配線用溝、ホール、又はレジスト開口部に配線を形成したり、基板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）を形成したりすることが行われている。この配線及びバンプを形成する方法として、例えば、電解めっき法、蒸着法、印刷法、ボールバンプ法等が知られている。近年では、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】
電解めっき法で配線又はバンプを形成する場合、基板上の配線用溝、ホール、又はレジスト開口部に設けられるバリアメタルの表面に電気抵抗の低いシード層（給電層）が形成される。このシード層の表面において、めっき膜が成長する。近年、配線及びバンプの微細化に伴って、より薄い膜厚のシード層が用いられている。シード層の膜厚が薄くなると、シード層の電気抵抗（シート抵抗）が増加する。
【0004】
一般的に、めっきされる対象物である基板は、その周縁部に電気接点を有する。このため、基板の中央部には、めっき液の電気抵抗値と基板の中央部から電気接点までのシード層の電気抵抗値との合成抵抗に対応する電流が流れる。一方で、基板の周縁部（電気接点近傍）には、ほぼ、めっき液の電気抵抗値に対応する電流が流れる。即ち、基板の中央部には、基板の中央部から電気接点までのシード層の電気抵抗値の分だけ、電流が流れにくい。この、基板の周縁部に電流が集中する現象はターミナルエフェクトと呼ばれる。
【0005】
比較的薄い膜厚のシード層を有する基板は、基板の中央部から電気接点までのシード層の電気抵抗値が比較的大きい。このため、比較的薄い膜厚のシード層を有する基板にめっきを行う場合、ターミナルエフェクトが顕著になる。その結果、基板の中央部におけるめっき速度が低下し、基板の中央部におけるめっき膜の膜厚が基板の周縁部におけるめっき膜よりも薄くなり、膜厚の面内均一性が低下する。
【0006】
ターミナルエフェクトによる膜厚の面内均一性の低下を抑制するために、基板に加わる電界を調整することが行われている。たとえば、アノード表面における電位分布を調整するためのアノードマスクを有するめっき装置が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２０１７－１３７５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ところで、アノードとしては、めっき電流により溶解する溶解性のアノードが広く使用されている。本発明者らの研究により、溶解性のアノードを使用して電解めっきを行う場合、アノードの溶解に伴って、めっき膜厚の面内均一性が変化することが分かった。つまり、めっきの進行と共に溶解性のアノードが溶解し、基板とアノードとの距離が変化する。そして、基板とアノードとの距離が変化することにより、めっき液を介した電気抵抗値が変化し、膜厚の面内均一性が変化することが分かっている。
【0009】
以上の実情に鑑みて、本願は、基板に形成されるめっき膜の均一性を向上させることができるめっき装置等を提案することを目的の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
一実施形態によれば、めっき装置が提案され、かかるめっき装置は、めっき槽と、基板を保持するための基板ホルダと、前記基板ホルダに保持された基板と対向するように前記めっき槽内に配置され、溶解性のアノードを保持するように構成されたアノードホルダと、前記アノードホルダに取り付けられ、前記アノードと前記基板との間に流れる電流が通過する開口を有するアノードマスクと、前記アノードマスクの開口寸法を調整するように構成された調整機構と、前記アノードが使用されている間の当該アノードにおける電解量に基づいて前記調整機構を制御するコントローラと、を備える。
【0011】
別の一実施形態によれば、めっき装置におけるめっき方法が提案される。前記めっき装置は、めっき槽と、基板を保持するための基板ホルダと、前記基板ホルダに保持された基板と対向するように前記めっき槽内に配置され、溶解性のアノードを保持するように構成されたアノードホルダと、前記アノードホルダに取り付けられ、前記アノードと前記基板との間に流れる電流が通過する開口を有するアノードマスクと、を備える。そして、前記めっき方法は、前記アノードが使用されている間の当該アノードにおける電解量を取得または推定することと、前記取得または推定した電解量に基づいて前記アノードマスクの開口寸法を調整することと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第１実施形態におけるめっき装置の全体配置図である。
【図3】アノードマスクの概略正面図であり、第１の開口の寸法が比較的大きいときのアノードマスクを示す。
【図4】アノードマスクの概略正面図であり、第１の開口の寸法が比較的小さいときのアノードマスクを示す。
【図5A】第２の開口の径が比較的大きい状態のレギュレーションプレートの部分側断面図である。
【図5B】第２の開口の径が比較的大きい状態のレギュレーションプレートの平面図である。
【図6A】第２の開口の径が比較的小さい状態のレギュレーションプレートの部分側断面図である。
【図6B】第２の開口の径が比較的小さい状態のレギュレーションプレートの平面図である。
【図7】アノード総電解量と、アノードマスクの第１の開口の径との関係の一例を示す図である。
【図8】第２実施形態のめっきモジュールの構成を概略的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する図面において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【0014】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態におけるめっき装置の全体配置図である。本実施形態におけるめっき対象物は、半導体ウェハ等の基板である。基板は、四角形または六角形といった角形基板、及び円形基板を含む。図１に示すように、このめっき装置は、基板ホルダ１１に基板をロードし、又は基板ホルダ１１から基板をアンロードするロードポート１７０Ａと、基板を処理する処理部１７０Ｂとに大きく分けられる。
図１は、第１実施形態におけるめっき装置の全体配置図である。本実施形態におけるめっき対象物は、半導体ウェハ等の基板である。基板は、四角形または六角形といった角形基板、及び円形基板を含む。図１に示すように、このめっき装置は、基板ホルダ１１に基板をロードし、又は基板ホルダ１１から基板をアンロードするロードポート１７０Ａと、基板を処理する処理部１７０Ｂとに大きく分けられる。
【0015】
ロードポート１７０Ａは、２台のカセットテーブル１０２と、アライナ１０４と、スピンリンスドライヤ１０６とを有する。カセットテーブル１０２には、半導体ウェハ等の基板を収納したカセット１００が搭載される。アライナ１０４は、基板のオリフラ（オリエンテーションフラット）及びノッチなどの位置を所定の方向に合わせるために設けられている。スピンリンスドライヤ１０６は、めっき処理後の基板を高速回転させて乾燥させるために設けられている。スピンリンスドライヤ１０６の近くには、基板ホルダ１１を載置して基板の着脱を行う基板着脱機構１２０が設けられている。これらのユニット１００，１０４，１０６，１２０の中央には、これらのユニット間で基板を搬送する搬送用ロボットからなる基板搬送装置１２２が配置されている。
【0016】
基板着脱機構１２０は、レール１５０に沿って横方向にスライド自在な平板状の載置プレート１５２を備えている。２個の基板ホルダ１１は、この載置プレート１５２に水平状態で並列に載置されている。そして、一方の基板ホルダ１１と基板搬送装置１２２との間で基板の受渡しが行われた後、載置プレート１５２が横方向にスライドされ、他方の基板ホルダ１１と基板搬送装置１２２との間で基板の受渡しが行われる。
【0017】
めっき装置の処理部１７０Ｂは、ストッカ１２４と、プリウェット槽１２６と、プリソーク槽１２８と、第１洗浄槽１３０ａと、ブロー槽１３２と、第２洗浄槽１３０ｂと、めっきモジュール１０におけるめっき槽５０と、を有する。ストッカ１２４では、基板ホルダ１１の保管及び一時仮置きが行われる。プリウェット槽１２６では、基板が純水に浸漬される。プリソーク槽１２８では、基板の表面に形成したシード層等の導電層の表面の酸化膜がエッチング除去される。第１洗浄槽１３０ａでは、プリソーク後の基板が基板ホルダ１１と共に洗浄液（純水等）で洗浄される。ブロー槽１３２では、洗浄後の基板の液切りが行われる。第２洗浄槽１３０ｂでは、めっき後の基板が基板ホルダ１１と共に洗浄液で洗浄される。ストッカ１２４、プリウェット槽１２６、プリソーク槽１２８、第１洗浄槽１３０ａ、ブロー槽１３２、第２洗浄槽１３０ｂ、及びめっき槽５０は、一例として、この順に配置されている。
【0018】
めっきモジュール１０は、例えば、オーバーフロー槽５４を備えた複数のめっき槽５０を有する。各めっき槽５０は、内部に一つの基板を収納し、内部に保持しためっき液中に基板を浸漬させて基板表面に銅めっき等のめっきを行う。
【0019】
めっき装置は、これらの各機器の側方に位置して、これらの各機器の間で基板ホルダ１１を基板とともに搬送する、例えばリニアモータ方式を採用した基板ホルダ搬送装置１４０を有する。この基板ホルダ搬送装置１４０は、第１トランスポータ１４２と、第２トランスポータ１４４を有している。第１トランスポータ１４２は、基板着脱機構１２０、ストッカ１２４、プリウェット槽１２６、プリソーク槽１２８、第１洗浄槽１３０ａ、及びブロー槽１３２との間で基板を搬送するように構成される。第２トランスポータ１４４は、第１洗浄槽１３０ａ、第２洗浄槽１３０ｂ、ブロー槽１３２、及びめっき槽５０との間で基板を搬送するように構成される。他の実施形態では、めっき装置は、第１トランスポータ１４２及び第２トランスポータ１４４のいずれか一方のみを備えるようにしてもよい。
【0020】
オーバーフロー槽５４の両側には、各めっき槽５０の内部に位置してめっき槽５０内のめっき液を攪拌する掻き混ぜ棒としてのパドル１８（図２参照）を駆動するためのパドル駆動装置１９が配置されている。
【0021】
めっき装置は、上述した各部を制御するように構成されたコントローラ１７５を有する。コントローラ１７５は、所定のプログラムを格納したメモリ１７５Ｂと、メモリ１７５Ｂのプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１７５Ａと、ＣＰＵ１７５Ａがプログラムを実行することで実現される制御部１７５Ｃとを有する。制御部１７５Ｃは、例えば、基板搬送装置１２２の搬送制御、基板ホルダ搬送装置１４０の搬送制御、めっきモジュール１０におけるめっき電流及びめっき時間の制御、並びに後述するアノードマスク２５の開口径及びレギュレーションプレート３０の開口径の制御等を行うことができる。また、コントローラ１７５は、一例として、めっき装置及びその他の関連装置を統括制御する図示しない上位コントローラと通信可能に構成され、上位コントローラが有するデータベースとデータのやり取りをすることができる。
【0022】
図２は、図１に示しためっきモジュール１０の概略側断面図である。図示のように、めっきモジュール１０は、めっき液Ｑが貯留されるめっき槽５０と、基板Ｗｆを保持するように構成された基板ホルダ１１と、アノード２１を保持するように構成されたアノードホルダ２０と、を有する。
【0023】
めっき槽５０は、添加剤を含むめっき液Ｑが貯留されるめっき処理槽５２と、めっき処理槽５２からオーバーフローしためっき液Ｑを受けて排出するオーバーフロー槽５４と、めっき処理槽５２とオーバーフロー槽５４とを仕切る仕切り壁５５と、を有する。
【0024】
アノードホルダ２０は、基板ホルダ１１に保持された基板Ｗｆと対向するようにめっき槽５０内に配置されている。アノードホルダ２０には、基板Ｗｆとほぼ同じ板面寸法を有するアノード２１が保持される。本実施形態では、アノード２１として、溶解性のアノードが使用される。アノード２１を保持したアノードホルダ２０と基板Ｗｆを保持した基板ホルダ１１とは、めっき処理槽５２内のめっき液Ｑに浸漬され、アノード２１と基板Ｗｆの被めっき面Ｗ１が略平行になるように対向して設けられる。アノード２１と基板Ｗｆとは、めっき処理槽５２のめっき液Ｑに浸漬された状態で、めっき電源９０により電圧が印加される。これにより、金属イオンが基板Ｗｆの被めっき面Ｗ１において還元され、被めっき面Ｗ１に膜が形成される。なお、このめっき電源９０は、図１に示したコントローラ１７５により制御される。めっき電源９０には、めっき電源９０から流れる電流値を計測するための電流センサ９２が設けられていてもよい。本実施形態では、コントローラ１７５に、電流センサ９２による検出値が入力される。
【0025】
めっき処理槽５２は、槽内部にめっき液Ｑを供給するためのめっき液供給口５６を有する。オーバーフロー槽５４は、めっき処理槽５２からオーバーフローしためっき液Ｑを排出するためのめっき液排出口５７を有する。めっき液供給口５６はめっき処理槽５２の底部に配置され、めっき液排出口５７はオーバーフロー槽５４の底部に配置される。
【0026】
めっき液Ｑがめっき液供給口５６からめっき処理槽５２に供給されると、めっき液Ｑはめっき処理槽５２から溢れ、仕切り壁５５を越えてオーバーフロー槽５４に流入する。オーバーフロー槽５４に流入しためっき液Ｑはめっき液排出口５７から排出され、めっき液循環装置５８が有するフィルタ等で不純物が除去される。不純物が除去されためっき液Ｑは、めっき液循環装置５８によりめっき液供給口５６を介してめっき処理槽５２に供給される。
【0027】
アノードホルダ２０は、アノード２１と基板Ｗｆとの間の電界を調整するためのアノードマスク２５を有する。アノードマスク２５は、例えば誘電体材料からなる略板状の部材であり、アノードホルダ２０の前面に設けられる。ここで、アノードホルダ２０の前面とは、基板ホルダ１１に対向する側の面をいう。すなわち、アノードマスク２５は、アノード２１と基板ホルダ１１の間に配置される。アノードマスク２５は、アノード２１と基板Ｗｆとの間に流れる電流が通過する第１の開口２５ａを略中央部に有する。第１の開口２５ａは、アノード２１の板面形状に対応した開口形状であることが好ましい。また、第１の開口２５ａの寸法は、アノード２１の寸法よりも小さいことが好ましい。後述するように、第１の開口２５ａの寸法は調整機構２８により調整可能に構成される。なお、本実施形態において、「寸法」は、基板Ｗｆまたは開口が円形である場合には、直径または半径を意味する。また、本実施形態において、「寸法」は、基板Ｗｆまたは開口が角形である場合には、一辺の長さ、または中心を通る開口幅において最小となる開口幅を意味する。あるいは、第１の開口２５ａの寸法は、開口面積と等価な面積を有する円の直径で定義することもできる。
【0028】
めっきモジュール１０は、さらに、アノード２１と基板Ｗｆとの間の電界を調整するためのレギュレーションプレート３０を有する。レギュレーションプレート３０は、例えば誘電体材料からなる略板状の部材であり、アノードマスク２５と基板ホルダ１１（基板Ｗｆ）との間に配置される。レギュレーションプレート３０は、アノード２１と基板Ｗｆとの間に流れる電流が通過する第２の開口３０ａを有する。第２の開口３０ａの寸法は、基板Ｗｆの寸法より小さいことが好ましい。後述するように、第２の開口３０ａの径は調整可能に構成される。
【0029】
レギュレーションプレート３０は、アノードホルダ２０と基板ホルダ１１との中間位置よりも基板ホルダ１１に近い位置であることが好ましい。レギュレーションプレート３０が基板ホルダ１１に近い位置に配置されるほど、レギュレーションプレート３０の第２の開口３０ａの径を調整することにより、基板Ｗｆの周縁部の膜厚をより正確に制御することができる。
【0030】
レギュレーションプレート３０と基板ホルダ１１との間には、基板Ｗｆの被めっき面Ｗ１近傍のめっき液Ｑを撹拌するためのパドル１８が設けられる。パドル１８は、略棒状の部材であり、鉛直方向を向くようにめっき処理槽５２内に設けられる。パドル１８の一端は、パドル駆動装置１９に固定される。パドル１８は、一例としてパドル駆動装置１９により基板Ｗｆの被めっき面Ｗ１に沿って水平移動され、これによりめっき液Ｑが撹拌される。
【0031】
次に、図２に示したアノードマスク２５について詳細に説明する。図３及び図４はアノードマスク２５の概略正面図である。図３は、第１の開口２５ａの寸法が比較的大きいときのアノードマスク２５を示す。図４は、第１の開口２５ａの寸法が比較的小さいときのアノードマスク２５を示す。ここで、アノードマスク２５の第１の開口２５ａが小さいほど、アノード２１から基板Ｗｆへ流れる電流が基板Ｗｆの被めっき面Ｗ１の中央部に集中する。したがって、第１の開口２５ａを小さくすると、基板Ｗｆの被めっき面Ｗ１の中央部の膜厚が増大し、第１の開口２５ａを大きくすると、基板Ｗｆの被めっき面Ｗ１の中央部の膜厚が減少する傾向がある。
【0032】
図３に示すように、アノードマスク２５は、略環状の縁部２６を有する。図３に示すアノードマスク２５の第１の開口２５ａの寸法の大きさは最大となっている。この場合の第１の開口２５ａの寸法は、縁部２６の内側寸法と一致する。
【0033】
図４に示すように、アノードマスク２５は、第１の開口２５ａの寸法を調整可能な複数の絞り羽根２７（調整機構２８の一例に相当する）を有する。絞り羽根２７は、協働して第１の開口２５ａを画定する。絞り羽根２７の各々は、カメラの絞り機構と同様の構造により、第１の開口２５ａの寸法を拡大又は縮小させる（即ち、第１の開口２５ａの寸法を調整する）。図５に示すアノードマスク２５の第１の開口２５ａは、絞り羽根２７によって非円形状（例えば多角形状）に形成される。
【0034】
絞り羽根２７の各々は、図２に示したコントローラ１７５によって駆動制御され、第１の開口２５ａの径を拡大又は縮小させる。例えば、絞り羽根２７の各々は、エア圧力又は電気的な駆動力を利用して駆動するように構成されてもよい。絞り羽根２７を用いた第１調整機構は、比較的広範囲に第１の開口２５ａを可変とすることができる特徴がある。また、基板が円形である場合には、アノードマスク２５の第１の開口２５ａは円形であることが望ましい。しかし、第１の開口２５ａの最小径から最大径に至る全ての範囲で完全な円形を維持することは機構的な困難を伴う。一般的に、アノード２１と基板Ｗｆとの間を流れる電流が通過する開口が完全な円形でない場合、電場が方位角的に不均等になり、基板Ｗｆの周縁部に形成されるめっき膜厚分布に開口の形状が転写される可能性がある。しかしながら、アノードマスク２５はアノードホルダ２０に一体的に取り付けられているため、基板との距離を十分に取ることができ、開口が完全な円形でない場合でも、めっき膜厚分布に与える影響を最大限に抑えることができる。
【0035】
次に、図２に示したレギュレーションプレート３０について詳細に説明する。図５Ａは、第２の開口３０ａの径が比較的大きい状態のレギュレーションプレート３０の部分側断面図であり、図５Ｂは第２の開口３０ａの径が比較的大きい状態のレギュレーションプレート３０の平面図である。図６Ａは第２の開口３０ａの径が比較的小さい状態のレギュレーションプレート３０の部分側断面図であり、図６Ｂは第２の開口３０ａの径が比較的小さい状態のレギュレーションプレート３０の平面図である。ここで、レギュレーションプレート３０は、アノードマスク２５よりも基板Ｗｆに近い位置に設けられる。このため、レギュレーションプレート３０の第２の開口３０ａを通過しためっき電流は、基板Ｗｆの周縁部へ拡散し難くなる。したがって、レギュレーションプレート３０の第２の開口３０ａの径を小さくすると基板Ｗｆの周縁部の膜厚を薄くすることができ、第２の開口３０ａの径を大きくすると基板Ｗｆの周縁部の膜厚を厚くすることができる。
【0036】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、レギュレーションプレート３０は、略環状の縁部３３と、第２の開口３０ａに沿った溝３１を有する。また、レギュレーションプレート３０は、第２の開口３０ａの径を調整可能に構成される弾性チューブ３２（調整機構２８の一例に相当する）を有する。具体的には、弾性チューブ３２は、第２の開口３０ａに沿って設けられ、その外周部が溝３１に固定されることにより、溝３１内に配置される。弾性チューブ３２は、例えば樹脂等の弾性部材から形成され、略環状の形状を有する。弾性チューブ３２は、内部に空洞を有し、内部に流体（空気や窒素等の気体、又は水等の流体）を保持可能に構成される。弾性チューブ３２は、流体を内部に注入するための図示しない注入口と、内部の流体を排出するための図示しない排出口を有する。この流体の注入及び排出は、コントローラ１７５が図示しない流体供給装置を制御することによって行われる。
【0037】
図５Ａ及び図５Ｂに示すレギュレーションプレート３０においては、弾性チューブ３２の内部には比較的少量の流体が含まれ、弾性チューブ３２は収縮した状態にある。このため、図５Ｂに示すように、レギュレーションプレート３０の第２の開口３０ａの径は、縁部３３の内径と一致する。
【0038】
弾性チューブ３２の外周が溝３１に接触しているので、弾性チューブ３２の内部に流体を注入すると、図６Ａ及び図６Ｂに示すように弾性チューブ３２は径方向内側に膨張する。弾性チューブ３２が径方向内側に膨張することにより、図６Ｂに示すように、弾性チューブ３２の内径が第２の開口３０ａの径となる。
【0039】
一方で、図６Ａ及び図６Ｂに示す弾性チューブ３２が膨張した状態において、弾性チューブ３２の内部の流体を排出することで、図５Ａ及び図５Ｂに示すように弾性チューブ３２が収縮する。したがって、弾性チューブ３２は、弾性チューブ３２の内部に流体を注入し、又は弾性チューブ３２の内部から流体を排出することにより、第２の開口３０ａの径を調整する。この弾性チューブ３２によれば、機械的な構造を用いることなく、簡易な構成で第２の開口３０ａの径を調整することができる。
【0040】
調整機構２８として、弾性体の内部の圧力を調整する構成を採用する場合、絞り羽根２７を用いた構成に比べると、開口の形状を円形に保ったまま開口の径を変化させることができる。これにより、アノードマスク２５とレギュレーションプレート３０の間で方位角的に不均等な電場が形成されても、アノードマスク２５と基板の間にレギュレーションプレート３０を設けることにより、基板の周縁部に均一なめっき膜を形成することができる。
【0041】
なお、本実施形態では、調整機構２８として、アノードマスク２５に絞り羽根２７が採用され、レギュレーションプレート３０に弾性体が採用されている。しかしながら、こうした例に限定されず、アノードマスク２５に弾性体が採用され、レギュレーションプレート３０に絞り羽根２７が採用されてもよい。また、調整機構２８としては、アノードマスク２５の開口寸法またはレギュレーションプレート３０の開口寸法を調整できるものであればよく、他の機構が採用されてもよい。
【0042】
次に、図２に示しためっきモジュール１０で、基板Ｗｆにめっき処理するプロセスについて説明する。上述したように、ターミナルエフェクトの影響は、基板Ｗｆの特徴及び基板Ｗｆを処理する条件等によって異なる。このため、単一のめっき槽５０においてターミナルエフェクトの影響が異なる複数の基板Ｗｆにめっきをする場合、ターミナルエフェクトによる膜厚の面内均一性の低下を抑制するためには、それぞれの基板Ｗｆの特徴及び基板Ｗｆを処理する条件等に合わせて基板Ｗｆに加わる電界を調整する必要がある。
【0043】
めっきモジュール１０では、基板Ｗｆの特徴又は基板Ｗｆを処理する条件に応じて、アノードマスク２５の第１の開口２５ａの径及びレギュレーションプレート３０の第２の開口３０ａの径の少なくとも一つを調整することで、基板Ｗｆのめっき膜の面内均一性を向上させることができる。そして、特に本実施形態では、めっきモジュール１０は、アノード２１が使用されている間の当該アノード２１における電解量（以下、「アノード総電解量」ともいう）に基づいて、アノードマスク２５の第１の開口２５ａの径を変更する。ここで、「アノード２１が使用されている間」は、「アノード２１が新たに設けられて又は交換されてから現在まで」と言い換えることができる。また、アノード２１における電解量は、主にアノード２１とカソードとしての基板Ｗｆとに流れる電流によって生じるものである。
【0044】
アノード総電解量は、一例として、めっき処理中にリアルタイムに計測または算出されてもよいし、１枚または所定枚数の基板Ｗｆのめっき処理が終了するごとに計測または算出されてもよい。アノード２１における電解量は、公知の種々の方法によって計測または算出することができる。一例として、めっき処理のレシピ（例えば、めっき電流値、めっき時間、基板の種類、めっき液の種類）に応じて、実験またはシミュレーション等によってアノード２１の電解量が予め定められるものとし、めっき処理ごとの電解量が積算されることにより、アノード総電解量が算出されるものとしてもよい。また、別の一例として、電流センサ９２により計測される、めっき電源９０からアノード２１を通じて流れる電流値に基づいてアノード２１における電解量が算出され、算出された電解量を積算することによりアノード総電解量が算出されるものとしてもよい。
【0045】
めっきモジュール１０は、算出されたアノード総電解量に基づいて、アノードマスク２５の第１の開口２５ａの径を変更する。これは、アノード総電解量が大きいほど、アノード２１が溶解してアノード２１とカソードとしての基板Ｗｆとの極間距離が離れてしまうことに基づく。本実施形態では、アノード総電解量と、アノードマスク２５の第１の開口２５ａの径との関係が予め定められてコントローラ１７５のメモリ１７５Ｂに予め記憶されている。ここで、アノード総電解量とアノードマスク２５の第１の開口２５ａの径との関係は、一例として、マップ、テーブル、または関係式としてメモリ１７５Ｂに記憶され得る。そして、コントローラ１７５は、アノード総電解量と、メモリ１７５Ｂに記憶された関係とに基づいてアノードマスク２５の第１の開口２５ａの径を導出し、調整機構２８に駆動指令を出力する。
【0046】
図７は、アノード総電解量と、アノードマスク２５の第１の開口２５ａの径との関係の一例を示す図である。図７に示すように、アノードマスク２５の第１の開口２５ａの径は、アノード総電解量が大きいほど小さくなるように定められる。本発明者らの研究により、アノード２１と基板Ｗｆとの距離が適正距離より近くなると、基板Ｗｆの中心近くのめっき膜厚が相対的に大きくなることが分かっている。反対に、アノード２１と基板Ｗｆとの距離が適正距離より離れると、基板Ｗｆの周縁部のめっき膜厚が相対的に大きくなることが分かっている。また、アノードマスク２５の開口径を大きくすると、基板Ｗｆの中心部のめっき膜厚が相対的に小さくなって基板Ｗｆの周縁部のめっき膜厚が相対的に大きくなることが分かっている。反対に、アノードマスク２５の開口径を小さくすると、基板Ｗｆの中心部のめっき膜厚が相対的に大きくなって基板Ｗｆの周縁部のめっき膜厚が相対的に小さくなることが分かっている。これらから、本実施形態では、アノード総電解量が大きいほどアノード２１と基板Ｗｆとの距離が離れると推定し、アノードマスク２５の開口径を小さくしてめっき膜厚の均一化を図るものとしている。ただし、めっき処理のレシピによっては、アノード総電解量とアノードマスクの開口径との関係は必ずしもこうした例が最適であるとは限らないため、実験またはシミュレーション等によって、アノード総電解量とアノードマスクの開口径との関係が適宜定められるとよい。なお、図７に示す例では、アノードマスク２５の第１の開口２５ａの径は、アノード総電解量が大きいほど小さくなる傾向に滑らかに変化するものとしている。しかし、こうした例に限らず、第１の開口２５ａの径は、アノード総電解量に応じて、２段階以上で段階的に変化するものとしてもよい。
【0047】
コントローラ１７５は、アノード総電解量が予め定められたメンテナンス閾値以上に至った場合には、アノード２１のメンテナンス又は交換を促すように図示しない表示器等を通じて外部に報知を行ってもよい。これにより、アノード２１のメンテナンス又は交換が適切なタイミングで行われるようにすることができる。なお、コントローラ１７５は、アノード２１が交換された場合には、アノード総電解量を値０へとリセットすればよい。一例として、めっき装置の使用者またはメンテナンス作業員は、アノード２１を交換したときには、そのことを示す入力をコントローラ１７５に行うものとしてもよい。
【0048】
以上説明したように、本実施形態のめっき装置及びめっき方法では、アノード２１が使用されている間の当該アノードにおける電解量が算出され、算出された電解量に基づいてアノードマスク２５の開口径が調整される。これにより、アノード２１の使用に伴って基板Ｗｆに形成されるめっき膜の均一性にバラつきが生じることを抑制して、めっき膜の均一性の向上を図ることができる。
【0049】
＜第２実施形態＞
図８は、第２実施形態のめっきモジュール４００の構成を概略的に示す縦断面図である。図８に示すように、第２実施形態では、基板Ｗｆの被めっき面が鉛直下方方向を向くように基板Ｗｆが保持される。第２実施形態では、基板Ｗｆとして円形基板を例に説明するが、第１実施形態と同様に、基板Ｗｆは、角形基板であってもよい。
図８は、第２実施形態のめっきモジュール４００の構成を概略的に示す縦断面図である。図８に示すように、第２実施形態では、基板Ｗｆの被めっき面が鉛直下方方向を向くように基板Ｗｆが保持される。第２実施形態では、基板Ｗｆとして円形基板を例に説明するが、第１実施形態と同様に、基板Ｗｆは、角形基板であってもよい。
【0050】
第２実施形態のめっきモジュール４００は、めっき液を収容するためのめっき槽４１０を備える。めっき槽４１０は、上面が開口した円筒形の内槽４１２と、内槽４１２の上縁からオーバーフローしためっき液を溜められるように内槽４１２の周囲に設けられた図示しない外槽と、を含んで構成される。また、第２実施形態のめっきモジュール４００は、第１実施形態のめっきモジュール１０と同様に、コントローラ１７５によって制御される。
【0051】
めっきモジュール４００は、被めっき面を下方に向けた状態で基板Ｗｆを保持するための基板ホルダ４４０を備える。また、基板ホルダ４４０は、図示していない電源から基板Ｗｆに給電するための給電接点を備える。めっきモジュール４００は、基板ホルダ４４０を昇降させるための昇降機構４４２を備える。また、一実施形態では、めっきモジュール４００は、基板ホルダ４４０を鉛直軸まわりに回転させる回転機構４４８を備える。昇降機構４４２および回転機構４４８は、例えばモータなどの公知の機構によって実現することができる
【0052】
めっきモジュール４００は、内槽４１２の内部を上下方向に隔てるメンブレン４２０を備える。内槽４１２の内部はメンブレン４２０によってカソード領域４２２とアノード領域４２４に仕切られる。カソード領域４２２とアノード領域４２４にはそれぞれめっき液が充填される。なお、本実施形態ではメンブレン４２０が設けられる一例を示したが、メンブレン４２０は設けられなくてもよい。
【0053】
アノード領域４２４の内槽４１２の底面にはアノード４３０が設けられる。また、アノード領域４２４には、アノード４３０と基板Ｗｆとの間の電解を調整するためのアノードマスク４２６が配置される。アノードマスク４２６は、例えば誘電体材料からなる略板状の部材であり、アノード４３０の前面(上方)に設けられる。アノードマスク４２６は、第１実施形態のアノードマスク２５と同様に、調整機構４２８により、その開口寸法を変更可能に構成される。ただし、第２実施形態のめっきモジュール４００は、調整機構４２８を有さず、アノードマスク２５の開口寸法が変更されないものとしてもよい。
【0054】
カソード領域４２２にはメンブレン４２０に対向する抵抗体４５０が配置される。抵抗体４５０は、基板Ｗｆの被めっき面におけるめっき処理の均一化を図るための部材である。ただし、こうした例に限定されず、モジュール４００は、抵抗体４５０を有しなくてもよい。
【0055】
第２実施形態のめっきモジュール４００では、昇降機構４４２を用いて基板Ｗｆをカソード領域４２２のめっき液に浸漬させることにより、基板Ｗｆがめっき液に暴露される。めっきモジュール４００は、この状態でアノード４３０と基板Ｗｆとの間に電圧を印加することによって、基板Ｗｆの被めっき面にめっき処理を施すことができる。また、一実施形態では、回転機構４４８を用いて基板ホルダ４４０を回転させながらめっき処理が行われる。めっき処理により、基板の被めっき面に導電膜（めっき膜）が析出する。
【0056】
第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、コントローラ１７５は、アノード４３０が使用されている間の当該アノード４３０における電解量（アノード総電解量）を算出し、算出した電解量に基づいてアノードマスク４２６の開口径を調整するとよい。これにより、第１実施形態と同様に、アノード４３０の使用に伴って基板Ｗｆに形成されるめっき膜の均一性にバラつきが生じることを抑制して、めっき膜の均一性の向上を図ることができる。
【0057】
また、第２実施形態のめっきモジュール４００では、コントローラ１７５は、アノード総電解量を算出し、算出した電解量に基づいて昇降機構４４２を駆動することにより基板Ｗｆの保持位置（基板ホルダ４４０の停止位置）を調整するものとしてもよい。一例として、アノード総電解量と、基板Ｗｆの保持位置との関係が予め定められてコントローラ１７５のメモリ１７５Ｂに予め記憶される。ここで、アノード総電解量と基板Ｗｆの保持位置との関係は、一例として、マップ、テーブル、又は関係式としてメモリ１７５Ｂに記憶され得る。そして、コントローラ１７５は、アノード総電解量と、メモリ１７５Ｂに記憶された関係とに基づいて基板Ｗｆの保持位置（基板ホルダ４４０の停止位置）を導出し、昇降機構４４２に駆動指令を出力する。なお、アノード総電解量と基板Ｗｆの保持位置との関係は、実験またはシミュレーション等によって適宜定められるとよい。一例として、アノード総電解量が大きいほど、基板Ｗｆの保持位置を下方（アノード２１に近づく方向）に移動させるものとしてもよい。また、こうした場合には、基板Ｗｆの保持位置は、アノード総電解量が大きいほど低くなる傾向（アノード２１に近づく方向）に滑らかに変化するものとしてもよいし、２段階以上で段階的に変化するものとしてもよい。こうした制御によっても、アノード４３０の使用に伴って基板Ｗｆに形成されるめっき膜の均一性にバラつきが生じることを抑制することができる。
【0058】
＜変形例＞
上記した実施形態では、アノード総電解量に基づいてアノードマスク２５の開口寸法を調整するものとした。しかしながら、コントローラ１７５は、アノードマスク２５の開口寸法の調整に代えて、または加えて、アノード総電解量に基づいてレギュレーションプレート３０の第２の開口３０ａの径を調整するものとしてもよい。この場合には、一例として、アノード総電解量とレギュレーションプレート３０の第２の開口３０ａの径との関係を予め定めてメモリ１７５Ｂに記憶しておき、当該関係とアノード総電解量とに基づいてレギュレーションプレート３０の第２の開口３０ａの径を導出して、調整機構２８を駆動するものとしてもよい。こうした例においても、上記した実施形態と同様に、アノード２１の使用に伴って基板Ｗｆに形成されるめっき膜の均一性にバラつきが生じることを抑制することができると考えられる。
上記した実施形態では、アノード総電解量に基づいてアノードマスク２５の開口寸法を調整するものとした。しかしながら、コントローラ１７５は、アノードマスク２５の開口寸法の調整に代えて、または加えて、アノード総電解量に基づいてレギュレーションプレート３０の第２の開口３０ａの径を調整するものとしてもよい。この場合には、一例として、アノード総電解量とレギュレーションプレート３０の第２の開口３０ａの径との関係を予め定めてメモリ１７５Ｂに記憶しておき、当該関係とアノード総電解量とに基づいてレギュレーションプレート３０の第２の開口３０ａの径を導出して、調整機構２８を駆動するものとしてもよい。こうした例においても、上記した実施形態と同様に、アノード２１の使用に伴って基板Ｗｆに形成されるめっき膜の均一性にバラつきが生じることを抑制することができると考えられる。
【0059】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲及び明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、又は省略が可能である。さらにまた、被めっき対象物の基板として、半導体ウェハだけでなく、ガラス基板、プリント配線基板を用いることもできる。
【0060】
本発明は、以下の形態としても記載することができる。
［形態１］形態１によれば、めっき装置が提案され、前記めっき装置は、めっき槽と、基板を保持するための基板ホルダと、前記基板ホルダに保持された基板と対向するように前記めっき槽内に配置され、溶解性のアノードを保持するように構成されたアノードホルダと、前記アノードホルダに取り付けられ、前記アノードと前記基板との間に流れる電流が通過する開口を有するアノードマスクと、前記アノードマスクの開口寸法を調整するように構成された調整機構と、前記アノードが使用されている間の当該アノードにおける電解量に基づいて前記調整機構を制御するコントローラと、を備える。
形態１によれば、基板に形成されるめっき膜の均一性の向上を図ることができる。
［形態１］形態１によれば、めっき装置が提案され、前記めっき装置は、めっき槽と、基板を保持するための基板ホルダと、前記基板ホルダに保持された基板と対向するように前記めっき槽内に配置され、溶解性のアノードを保持するように構成されたアノードホルダと、前記アノードホルダに取り付けられ、前記アノードと前記基板との間に流れる電流が通過する開口を有するアノードマスクと、前記アノードマスクの開口寸法を調整するように構成された調整機構と、前記アノードが使用されている間の当該アノードにおける電解量に基づいて前記調整機構を制御するコントローラと、を備える。
形態１によれば、基板に形成されるめっき膜の均一性の向上を図ることができる。
【0061】
［形態２］形態２によれば、形態１において、前記コントローラは、前記アノードが使用されている間の当該アノードにおける電解量と前記アノードマスクの開口寸法との予め定めた関係に、前記電解量を適用することにより前記開口寸法を設定して前記調整機構を制御する。
【0062】
［形態３］形態３によれば、形態１又は２において、前記コントローラは、前記アノードが使用されている間の当該アノードにおける電解量が大きいほど前記アノードマスクの開口寸法を小さくするように前記調整機構を制御する。これは、アノードが使用されている間の当該アノードにおける電解量が大きいほど、アノードの溶解量が大きくなることに基づく。
【0063】
［形態４］形態４によれば、形態１から３において、前記アノードマスクと前記基板ホルダとの間に設けられ、前記アノードと前記基板との間流れる電流が通過する開口を有するレギュレーションプレートを更に備え、前記調整機構は、前記アノードの開口寸法と前記レギュレーションプレートの開口寸法とを調整するように構成され、前記コントローラは、前記アノードが使用されている間の当該アノードにおける電解量に基づいて前記調整機構を制御する。形態４によれば、基板に形成されるめっき膜の均一性の向上をより図ることができる。
【0064】
［形態５］形態５によれば、形態１から４において、前記基板ホルダは、前記めっき槽内において、被めっき面を下方に向けた状態で前記基板を保持するように構成される。
【0065】
［形態６］形態６によれば、形態１から４において、前記基板ホルダは、前記めっき槽内において、前記被めっき面を側方に向けた状態で前記基板を保持するように構成される。
【0066】
［形態７］形態７によれば、めっき装置におけるめっき方法が提案され、前記めっき装置は、めっき槽と、基板を保持するための基板ホルダと、前記基板ホルダに保持された基板と対向するように前記めっき槽内に配置され、溶解性のアノードを保持するように構成されたアノードホルダと、前記アノードホルダに取り付けられ、前記アノードと前記基板との間に流れる電流が通過する開口を有するアノードマスクと、を備え、前記めっき方法は、前記アノードが使用されている間の当該アノードにおける電解量を算出することと、前記算出した電解量に基づいて前記アノードマスクの開口寸法を調整することと、を含む。
形態７によれば、形態１と同様に、基板に形成されるめっき膜の均一性の向上を図ることができる。
形態７によれば、形態１と同様に、基板に形成されるめっき膜の均一性の向上を図ることができる。
【0067】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、実施形態および変形例の任意の組み合わせが可能であり、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
【符号の説明】
【0068】
めっき１０…モジュール
１１…基板ホルダ
２０…アノードホルダ
２１…アノード
２５…アノードマスク
２５ａ…第１の開口
２８…調整機構
３０…レギュレーションプレート
３０ａ…第２の開口
５０…めっき槽
５２…めっき処理槽
９０…めっき電源
９２…電流センサ
１７５…コントローラ
１７５Ａ…ＣＰＵ
１７５Ｂ…メモリ
１７５Ｃ…制御部
４００…モジュール
４１０…めっき槽
４２０…メンブレン
４２６…アノードマスク
４２８…調整機構
４３０…アノード
４４０…基板ホルダ
４４２…昇降機構
４４８…回転機構
４５０…抵抗体
１１…基板ホルダ
２０…アノードホルダ
２１…アノード
２５…アノードマスク
２５ａ…第１の開口
２８…調整機構
３０…レギュレーションプレート
３０ａ…第２の開口
５０…めっき槽
５２…めっき処理槽
９０…めっき電源
９２…電流センサ
１７５…コントローラ
１７５Ａ…ＣＰＵ
１７５Ｂ…メモリ
１７５Ｃ…制御部
４００…モジュール
４１０…めっき槽
４２０…メンブレン
４２６…アノードマスク
４２８…調整機構
４３０…アノード
４４０…基板ホルダ
４４２…昇降機構
４４８…回転機構
４５０…抵抗体
【要約】
基板に形成されるめっき膜の均一性を向上させることができるめっき装置等を提案する。
めっき装置は、めっき槽と、基板を保持するための基板ホルダと、前記基板ホルダに保持された基板と対向するように前記めっき槽内に配置され、溶解性のアノードを保持するように構成されたアノードホルダと、前記アノードホルダに取り付けられ、前記アノードと前記基板との間に流れる電流が通過する開口を有するアノードマスクと、前記アノードマスクの開口寸法を調整するように構成された調整機構と、前記アノードが使用されている間の当該アノードにおける電解量に基づいて前記調整機構を制御するコントローラと、を備える。
めっき装置は、めっき槽と、基板を保持するための基板ホルダと、前記基板ホルダに保持された基板と対向するように前記めっき槽内に配置され、溶解性のアノードを保持するように構成されたアノードホルダと、前記アノードホルダに取り付けられ、前記アノードと前記基板との間に流れる電流が通過する開口を有するアノードマスクと、前記アノードマスクの開口寸法を調整するように構成された調整機構と、前記アノードが使用されている間の当該アノードにおける電解量に基づいて前記調整機構を制御するコントローラと、を備える。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
