JP2004083932A

JP2004083932A - 電解処理装置

Info

Publication number: JP2004083932A
Application number: JP2002242726A
Authority: JP
Inventors: Koji Mishima; 三島　浩二; Hiroyuki Kanda; 神田　裕之
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】基板サイズが拡大し、また給電層の膜厚が薄くなっても、基板の全面に面内均一性を高めたより均一な電解処理を行えるようにする。
【解決手段】基板ホルダ１０で保持し給電用接点１８に接触させて陽極または陰極の一方の電極となるようにした基板Ｗと、該基板Ｗに対峙する位置に配置した対極２２との間に電解液Ｑを満たして基板Ｗの電解処理を行う電解処理装置において、基板ホルダ１０で保持した基板Ｗと対極２２との間に配置され、基板Ｗの有効面積とほぼ同じ大きさの有効領域を有する電場補正体３２と、基板ホルダ１０と対極２２とを相対的に平行移動させる移動機構を有する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の表面にめっきやエッチング等の電解処理を施す電解処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電解処理、特に電解めっきは、金属膜の形成方法として広く利用されている。近年、例えば、銅の多層配線用の電解銅めっきや、バンプ形成用の電解金めっきなど、半導体産業などでもその有効性（安価、孔埋め特性など）が注目され利用されつつある。
【０００３】
図１６は、いわゆるフェイスダウン方式を採用して半導体ウエハ等の基板の表面に電解めっきを施すめっき装置の従来の一般的な構成を示す。このめっき装置は、上方に開口し内部にめっき液１００を保持する円筒状のめっき槽１０２と、基板Ｗを着脱自在に下向きに保持して該基板Ｗをめっき槽１０２の上端開口部を塞ぐ位置に配置する基板ホルダ１０４とを有している。
【０００４】
めっき槽１０２の内部には、めっき液１００中に浸漬されてアノードとなる平板状の陽極板１０６が水平に配置されている。一方、基板Ｗの下面（被めっき面）には給電層Ｓが形成され、この給電層Ｓは、その周縁部に陰極電極との接点を有している。めっき槽１０２の底部中央には、上方に向けためっき液の噴流を形成するめっき液噴射管１０８が接続され、めっき槽１０２の上部外側には、めっき液受け１１０が配置されている。
【０００５】
これにより、めっき槽１０２の上部に基板Ｗを基板ホルダ１０４で下向きに保持して配置し、めっき液１００をめっき槽１０２の底部から上方に噴出させて、基板Ｗの下面（被めっき面）にめっき液１００の噴流を当てつつ、陽極板（カソード）１０６と基板Ｗの給電層（アノード）Ｓの間にめっき電源１１２から所定の電圧を印加することで、基板Ｗの下面にめっき膜を形成するようにしている。この時、めっき槽１０２をオーバフローしためっき液１００は、めっき液受け１１０から回収される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ＬＳＩ用のウエハや液晶は、年々大面積となり、また微細配線化に伴って、基板の表面に形成されるシード層（給電層）の膜厚も徐々に薄くなる傾向にあり、これに伴って、基板の表面に形成されるめっき膜の膜厚のバラツキが問題となってきている。つまり、電解めっきによって基板の表面に形成されるめっき膜は、基板と陽極電極との間に形成される電場に影響され、基板の全面に均一な膜厚のめっき膜を形成するためには、基板の全面に亘る電場の均一性が求められる。しかし、基板に予め形成した給電層の周縁部に電極との接点を設けて基板に陰極電位を与えているため、基板の面積が大きく、しかも給電層の膜厚が薄くなると、特に基板の中央部と周辺部における電場のバラツキが大きくなって、基板の全面に亘って電場を均一にすることが困難となり、めっき膜の膜厚のバラツキに繋がってしまう。
【０００７】
以上のように、基板の周辺部に接点を設け、基板表面の給電層を用いて電解めっきを行う工程においては、基板のサイズが大きく、かつ給電層の膜厚が薄くなると、めっき膜厚が基板の面内で大きく異なってしまうという問題が発生し、被処理基板面内での膜厚及びプロセスの均一化が重要な半導体工業においては、特にこの問題が大きな制約となっている。
【０００８】
なお、基板が陽極になる電解エッチングにおいても、電流方向が反対となるだけで同様の問題が生じる。例えば、大口径ウエハの製造プロセスでは、一般にウエハの中央部のエッチング速度が周縁部に比して遅くなる。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、基板サイズが拡大し、また給電層の膜厚が薄くなっても、基板の全面に面内均一性を高めたより均一な電解処理を行えるようにした電解処理装置を提供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、基板ホルダで保持し給電用接点に接触させて陽極または陰極の一方の電極となるようにした基板と、該基板に対峙する位置に配置した対極との間に電解液を満たして基板の電解処理を行う電解処理装置において、前記基板ホルダで保持した基板と前記対極との間に配置され、基板の有効面積とほぼ同じ大きさの有効領域を有する電場補正体と、前記基板ホルダと前記対極とを相対的に平行移動させる移動機構を有することを特徴とする電解処理装置である。
【００１１】
このように、電場補正体による電場補正効果が基板の有効面積のほぼ全面、すなわち基板の有効面積と同一乃至多少広いか狭い面積に作用するように電場補正体の有効領域を設定し、しかも、基板ホルダで保持した基板と対極とを相対的に平行移動させることで、基板の全面に亘って電場をより均一にして、電解処理による基板の面内均一性を高めながら、基板の周縁部までを均一に電解処理することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記電場補正体は、非導電性材料からなる中空円筒体、連続気孔構造を有するポーラス材料からなる構造体、非導電性材料に通孔をあけた遮蔽板、またはこれらの組合せからなることを特徴とする請求項１記載の電解処理装置である。
非導電性材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン、ポリ塩化ビニル、テフロン（登録商標）などの汎用プラスチックが挙げられる。また、連続気孔構造を有するポーラス材料としては、例えば、ポーラスセラミックス、ポリプロピレン等の焼結体などが挙げられる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記給電用接点は、該基板ホルダで保持した基板のベベル部乃至端面で該基板と接触するように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電解処理装置である。これにより、基板がその表面周縁部で給電用接点と接触することをなくし、基板の表面周縁部を均一に電解処理することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記基板ホルダで保持した基板のベベル部乃至端面に圧接しシールして前記給電用接点を電解液から隔離するシール材を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電解処理装置である。これにより、シール材が基板の表面周縁部で基板の被処理面から突出することをなくし、基板の表面周縁部を均一に電解処理することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記基板ホルダは、該基板ホルダで保持した基板のそりを矯正するそり矯正機構を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電解処理装置である。これにより、例えばクランプ方式を採用して基板を基板ホルダで保持する時に、基板がそってしまうことを防止して、給電用接点やシール材等を基板のベベル部乃至端面に安定して接触させることができる。
【００１６】
【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乃至図４は、電解めっき装置に適用した本発明の実施の形態の電解処理装置を示す。この電解めっき装置（電解処理装置）は、給電層（シード層）Ｓを形成した表面（被処理面）を上向き（フェイスアップ）にして、半導体ウエハ等の基板Ｗを保持する上下動及び回転自在な基板ホルダ１０を有している。この基板ホルダ１０は、この例では、静電チャックによって基板Ｗを保持するようになっているが、真空チャックやクランプ等、任意の保持手段を使用してよいことは勿論である。
【００１７】
この基板ホルダ１０の上方に位置して、該基板ホルダ１０で保持した基板Ｗの周囲を囲繞するリング状の堰部材１２が配置され、この堰部材１２の下面に、図３に示す、中空円板状のシール材保持体１４が内方に突出して連接され、このシール材保持体１４の内周面に、例えば絶縁ゴムからなるリング状のシール材１６が取付けられている。更に、このシール材１６の下方に位置して、複数の給電用接点１８が配置されている。
【００１８】
これによって、基板Ｗを保持した基板ホルダ１０を上昇させ、この基板Ｗの外周端部にシール材１６を圧接させてシールすることで、堰部材１２で囲まれ、シール材保持体１４、シール材１６及び基板Ｗの表面を底面としためっき槽２０が形成され、更に、このシール材１６でシールされてめっき液Ｑと隔離された領域で、給電用接点１８が基板ホルダ１０で保持された基板Ｗの給電層Ｓと接触するようになっている。
【００１９】
ここで、シール材１６は、例えば、バイトンなどのフッ化ゴム、シリコンまたはカロレッツなど弾性を有する材料で構成され、基板ホルダ１０で保持した基板Ｗのベベル部乃至端面で該基板Ｗと圧接してここをシールするように構成されている。また、給電用接点１８は、例えばベリリウム銅、ステンレスまたはチタンの上に白金などの貴金属をコーティングしたばね性を有する材料で構成され、一定の荷重で基板Ｗへ押付けることで、基板ホルダ１０で保持した基板Ｗのベベル部乃至端面で該基板Ｗと接触して給電層Ｓに給電するように構成されている。
【００２０】
このように、シール材１６及び給電用接点１８が基板ホルダ１０で保持した基板Ｗのベベル部乃至端面で該基板Ｗと接触乃至圧接するようにすることで、このシール材１６及び給電用接点１８が基板Ｗの表面周縁部を均一にめっき処理（電解処理）する際の妨げとなることを防止することができる。
【００２１】
基板ホルダ１０の上方に位置して、下方に開口し、陰極となる基板Ｗとの対極となる陽極板２２を内部に収容した有底円筒状の対極保持具２４が配置されている。この対極保持具２４は、上下動、揺動及び前後動自在な対極アーム２６の自由端に回転自在に支承され、更に、モータ２８に直結されて、該モータ２８の駆動に伴って回転するように構成されている。陽極板（対極）２２は、例えば燐を０．００４重量パーセント含む銅から構成され、基板Ｗの有効面積とほぼ同じ面積を有する大きさに設定されて、基板ホルダ１０で保持した基板Ｗと対峙する位置に配置される。
【００２２】
対極保持具２４の開口端部には、この例では、図４に示すように、連続した気孔３０ａを有するポーラス材料３０からなる円板状の電場補正体３２が、陽極板２２と所定間隔離間して取付けられている。つまり、このポーラス材料３０は、その内部に多数の複雑に入り組んだ気孔３０ａを有しており、この気孔３０ａ内にめっき液Ｑを保持することで、めっき液Ｑの流路長さ（めっき液Ｑがポーラス材料３０の内部を通過する経路）を実質的に拡大して、基板Ｗと陽極板２２との間の電場が、基板Ｗの面内において、より均一となるように電場を補正することができる。
なお、この例では、陽極板２２と電場補正体３２とを所定間隔、例えば２ｍｍ程度離間させて対極保持具２４で保持した例を示しているが、陽極板２２と電場補正体３２とを互いに接触させるようにしてもよい。
【００２３】
ここで、ポーラス材料３０からなる電場補正体３２は、この電場補正体３２の電場補正効果が基板Ｗの有効面積の全面に作用するように、基板Ｗの有効面積と同じ大きさに設定されている。このように、電場補正体３２の電場補正効果が基板Ｗの有効面積の全面に作用するように電場補正体３２の有効領域を設定し、しかも、対極保持具２４で保持した陽極板２２を、基板ホルダ１０で保持した基板Ｗに対して相対的に平行移動させることで、基板Ｗの全面に亘って電場をより均一にして、電解処理による基板Ｗの面内均一性を高めながら、基板Ｗの周縁部までを均一にめっき膜付け（電解処理）することができる。
このように、電場補正体３２は、この電場補正体３２の電場補正効果が基板Ｗの有効面積の全面に作用するように、基板Ｗの有効面積と同じ大きさに設定することが好ましいが、電場補正効果が基板Ｗの有効面積のほぼ全面、すなわち有効面積と同一乃至多少広いか狭い面積に作用するように、基板Ｗの有効面積より多少広いか狭い大きさに設定しても、ほぼ同様な効果を得ることができる。
【００２４】
連続気孔構造を有するポーラス材料としては、例えば、ポーラスセラミックス、ポリプロピレン等の焼結体などが挙げられる。しかし、これらに限定されないことは勿論である。
【００２５】
次に、この電解めっき装置によるめっき処理を説明する。
先ず、基板ホルダ１０を下降させた状態で基板Ｗを保持し、この基板Ｗを保持した基板ホルダ１０を上昇させ、この基板Ｗのベベル部乃至端面にシール材１６を圧接させてここをシールしてめっき槽２０を形成し、同時に給電用接点１８を基板Ｗのベベル部乃至端面に接触させる。この状態で、基板ホルダ１０の直上方に位置する対極保持具２４を、基板ホルダ１０で保持した基板Ｗの上面と電場補正体３２の下面との距離が、例えば１．５ｍｍ程度となるように下降させる。
【００２６】
この状態で、陽極板２２と基板Ｗとの間にめっき液Ｑを導入する。つまり陽極板２２と電場補正体３２との間の空間をめっき液Ｑで満たし、電場補正体３２の内部にめっき液Ｑを保持させ、更にめっき槽２０内にもめっき液Ｑを供給する。このめっき液Ｑの導入方法としては、例えば、陽極板２２に設けた貫通孔を介して電場補正体３２の裏側（上部）に加圧しためっき液Ｑを導入するなどの方法が採られる。
【００２７】
次に、基板Ｗの給電層（カソード）Ｓと陽極板（アノード）２２との間にめっき電源から所定のめっき電圧を印加する。同時に、基板ホルダ１０を介して基板Ｗを回転させるとともに、モータ２８を介して対極保持具２４を回転させ、更に対極アーム２６を揺動及び前後動させて、対極保持具２４で保持した陽極板２２を、基板Ｗに対して、縦及び横方向に平行移動させ、これによって、基板Ｗの上面にめっき膜を形成する。
【００２８】
めっき終了後、基板ホルダ１０の回転、対極保持具２４の回転及び移動を停止し、めっき電圧の印加を解く。そして、めっき槽２０内に残っためっき液Ｑを吸引等により除去した後、基板ホルダ１０を下降させ、めっき後の基板Ｗに洗浄及びリンス等の必要な処理を施した後、基板Ｗを次工程に搬出する。
【００２９】
図５は、基板ホルダのそれぞれ異なる他の例を示す。つまり、図５（ａ）は、真空吸着により基板Ｗを保持するようにした基板ホルダ１０ａを示している。この基板ホルダ１０ａは、吸引板４０で区画された吸引室４２を有しており、この吸引室４２は、真空源から延び、ドレンを有する気水分離器４４を途中に介装した真空配管４６に接続されている。そして、真空配管４６を通して吸引室４２内を真空引きすることで、多数の貫通孔を介して吸引板４０の上面に基板Ｗを吸着保持するようになっている。更に、この例では、水洗ノズルから供給された洗浄水を吸引室４２内に導入して、吸引室４２の内部を洗浄する洗浄水配管４８が備えられている。
【００３０】
図５（ｂ）は、クランプ方式を採用して基板Ｗを保持するようにした基板ホルダ１０ｂを示す。この基板ホルダ１０ｂは、中空円板状の基板保持台５０と、保持リング５２を有し、この保持リング５２の円周方向に沿った所定箇所に開閉自在に設けた複数のクランプ５４を介して基板Ｗを着脱自在に保持するようになっている。ここで、基板保持台５０は、十分な面積を有して基板Ｗのそりを防止する機能を有するようになっている。つまり、クランプ５４を介して基板Ｗを保持した時、このクランプ５４によって基板Ｗに力が作用しても、基板保持台５０を介して基板Ｗが常に水平な状態を維持するようになっている。このように、基板Ｗにそりが発生することを防止することで、給電用接点やシール材等を基板Ｗのベベル部乃至端面に安定して接触させることができる。
【００３１】
図６は、シール材及び給電用接点のそれぞれ異なる他の例を示す。つまり、図６（ａ）に示す例では、絶縁Ｏリングによってシール材１６ａを構成し、更に給電用接点１８ａとして、コイルばね６０を介して内方に付勢させたものを使用している。このように、コイルばね６０を介して内方に付勢させた給電用接点１８ａを使用することで、給電用接点１８ａを一定の押し付け力で基板Ｗの端面に確実に接触させることができる。
【００３２】
図６（ｂ）に示す例では、例えばチタン製の心材６２の周囲を絶縁ゴム６４で被覆してシール材１６ｂを構成している。このように構成することで、シール材１６ｂの基板Ｗへの押圧力を制御することができる。図６（ｃ）に示す例では、加圧することで導通する導電ゴムで給電用接点１８ｃを構成し、シール材保持体１４ｃの内周面に給電用接点１８ｃとシール材１６ｃを取付け、更にシール材保持体１４ｃの内部を挿通させた導通ケーブル６６に給電用接点１８ｃを接続させている。
【００３３】
図７は、電場補正体のそれぞれ異なる例を示す。つまり、図７（ａ）に示す例では、非導電性材料からなる中空円筒体７０で電場補正体３２ａを構成している。この電場補正体３２ａは、中空円筒体７０の内部の電場がより均一となるように電場を補正するようにしたもので、電場補正効果が基板Ｗの有効面積のほぼ全面に作用するように、中空円筒体７０の内径は基板Ｗの外径とほぼ等しく設定されている。この非導電性材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン、ポリ塩化ビニル、テフロン（登録商標）などの汎用プラスチックが挙げられる。
【００３４】
図７（ｂ）に示す例では、前述と同様な非導電性材料からなる中空円筒体７０と、この中空円筒体７０の内部に該中空円筒体７０を仕切るように配置した、連続気孔構造を有するポーラス材料からなる円板状体７２で電場補正体３２ｂを構成している。更に、図７（ｃ）に示す例では、前述と同様な非導電性材料からなる中空円筒体７０と、この中空円筒体７０の内部に該中空円筒体７０を仕切るように配置した、同じく非導電性材料からなり、多数の通孔７４ａを有する遮蔽板７４で電場補正体３２ｃを構成している。
【００３５】
このように、非導電性材料からなる中空円筒体、連続気孔構造を有するポーラス材料、非導電性材料からなり多数の通孔を有する遮蔽板の任意の組合せで電場補正体を構成し、所望の電場補正効果を得るようにすることができる。
【００３６】
図８は、電解めっき装置に適用した本発明の他の実施の形態の電解処理装置を示す。この電解めっき装置（電解処理装置）は、給電層（シード層）Ｓを形成した表面（被処理面）を下向き（フェイスダウン）にして、半導体ウエハ等の基板Ｗを保持する基板ホルダ８０を有している。この基板ホルダ８０は、この例では、静電チャックによって基板Ｗを保持するようになっているが、真空チャックやクランプ等、任意の保持手段を使用してよい。そして、図示しないが、この基板ホルダ８０で基板Ｗを保持すると、前述とほぼ同様に、シール材が基板Ｗのベベル部乃至端面に圧接してここをシールし、このシール材でめっき液Ｑと隔離された領域で給電用接点８２が基板Ｗのベベル部乃至端面に接触するようになっている。
【００３７】
この基板ホルダ８０は、上下動、揺動及び前後動自在な基板アーム８４の自由端に回転自在に支承され、更に、モータ８６に直結されて、該モータ８６の駆動に伴って回転するように構成されている。
【００３８】
この基板ホルダ８０の下方に位置して、めっき液Ｑを保持する上方に開口したカップ状のめっき槽８８が備えられ、このめっき槽８８の底部に陽極板２２が設置されている。更に、このめっき槽８８の陽極板２２の上方には、前述の図７（ａ）に示す、非導電性材料からなる中空円筒体７０で構成された電場補正体３２ａが配置されている。電場補正体３２ａの外周面とめっき槽８８の内周面との間には、仕切り板９０が配置されて、めっき槽８８が上下に仕切られ、更に電場補正体３２ａの内部には、パンチプレート９２が配置されている。これによって、下方から供給されるめっき液Ｑは、電場補正体３２ａの内部のみを流れて上方に達し、めっき槽８８の上部からオーバフローするようになっている。
なお、めっき槽８８の仕切り板９０を挟んだ位置には、仕切り板９０で仕切られた上方の室内のめっき液Ｑを排出するための連通管９４が設けられている。
【００３９】
この電解めっき装置によれば、基板ホルダ８０を上昇させた状態で基板Ｗを基板ホルダ８０で保持し、一方、めっき槽８８にあっては、この内部に下方からめっき液Ｑを導入してオーバフローさせておく。この状態で、モータ８６を介して基板ホルダ８０を回転させながら下降させて基板Ｗをめっき槽８８内のめっき液Ｑに接液させる。そして、基板Ｗの給電層（カソード）Ｓと陽極板（アノード）２２との間にめっき電源から所定のめっき電圧を印加し、同時に、基板アーム８４を揺動及び前後動させて、基板Ｗを陽極板２２に対して縦及び横方向に平行移動させ、これによって、基板Ｗの上面にめっき膜を形成する。
【００４０】
めっき終了後、めっき電圧の印加を解き、基板アーム８４の揺動及び前後動を停止させて、基板ホルダ８０を上昇させ、基板ホルダ８０の回転を停止させる。そして、めっき後の基板Ｗに洗浄及びリンス等の必要な処理を施した後、基板Ｗを次工程に搬出する。
【００４１】
なお、上記各例では、基板Ｗと陽極板（対極）２２とを相対的に平行移動させる手段として、揺動及び前後動自在なアームを使用しているが、基板Ｗ及び／または陽極板（対極）２２を相手方に対して偏心させた状態で回転させるようにしてもよい。
【００４２】
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９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。
【００４３】
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。
【００４４】
図１０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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
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。
【００４７】
なお、前述の例では、電解めっき装置に適用した例を示しているが、電解エッチング装置に適用することもできる。このように、電解エッチング装置に適用する場合を、図８を参照して説明する。つまり、電解エッチング装置に適用する場合には、図８における、上方に開口しためっき槽８８を、内部にエッチング液を保持するエッチング槽として使用し、基板ホルダ８０で保持した基板Ｗの表面の被エッチング面がアノードとなり、図８における陽極板２２がカソードとなるようにする。その他は、電解めっき装置の場合と同様である。
【００４８】
これにより、基板Ｗを基板ホルダ８０で下向きに保持して基板Ｗの下面（被エッチング面）をエッチング槽（図８におけるめっき槽８８に相当）内に保持したエッチング液（同じく、めっき液Ｑ）に接触させた状態で、基板Ｗを基板ホルダ８０と一体に回転させ、同時に、カソード（同じく、陽極板２２）と基板Ｗの被めっき面（同じく、給電層Ｓ）の間に基板Ｗの被めっき面をアノードとした所定の電圧を印加して、カソードと基板Ｗの被エッチング面の間にめっき電流を流すことで、基板Ｗに形成されためっき膜等の被エッチング面を電解エッチングする。
【００４９】
次に、前述のようにして構成した電解めっき装置（電解処理装置）と電解エッチング装置（電解処理装置）を備えた配線形成装置の平面配置図を図１１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（電解エッチング装置）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。
【００５０】
この配線形成装置における配線形成処理を、図１２及び図１３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）。
【００５１】
次に、このめっき処理部２１６でめっき処理を行って、図１３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。
【００５２】
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１３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ｔ_１より、大穴部における銅層７の膜厚ｔ_２の方が厚くなる。これによって、薄いめっき膜厚ｔ_１で大穴を埋めることが可能になる。
【００５３】
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）。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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）。
【００５７】
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。
【００５８】
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（陽極板またはカソード）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と陽極板２２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、陽極板２２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。
【００５９】
次に、前述の電解めっき装置を使用した半導体装置の製造装置の全体構成を図１４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。
【００６０】
この半導体製造装置による半導体装置の製造工程を、図１５を更に参照して説明する。先ず、図１５（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ＳｉＯ_２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。
【００６１】
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１５（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、銅膜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。
【００６２】
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。
【００６３】
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１５（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。
【００６４】
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１５（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。
【００６５】
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。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電場補正体による電場補正効果が基板の有効面積のほぼ全面に作用するように電場補正体の有効領域を設定し、しかも、基板ホルダで保持した基板と対極とを相対的に平行移動させることで、基板の全面に亘って電場をより均一にして、電解処理による基板の面内均一性を高めながら、基板の周縁部までを均一に電解処理することができる。
【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に適用した電解処理装置の要部概要図である。
【図２】同じく、平面図である。
【図３】同じく、基板、シール材及び給電用接点の関係を示す要部拡大図である。
【図４】同じく、電場補正体を構成する連続気孔構造を有するポーラス材料の一部拡大断面図である。
【図５】基板ホルダのそれぞれ異なる例を示す縦断正面図である。
【図６】基板、シール材及び給電用接点の関係のそれぞれ異なる他の例を示す要部拡大図である。
【図７】電場補正体のそれぞれ異なる他の例を示す縦断正面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態の電解めっき装置に適用した電解処理装置の要部概要図である。
【図９】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１０】図９に示す基板処理装置の気流の流れを示す図である。
【図１１】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１２】図１１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１３】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１４】電解めっき装置を備えた配線形成装置の平面配置図である。
【図１５】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。
【図１６】従来のめっき装置の概要図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ，１０ｂ，８０　基板ホルダ
１２　堰部材
１４，１４ｃ　シール材保持体
１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ　シール材
１８，１８ａ，１８ｃ，８２　給電用接点
２０，８８　めっき槽
２２　陽極板（対極）
２４　対極保持具
２６　対極アーム
３０　ポーラス材料
３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ　電場補正体
４４　気水分離器
４６　真空配管
４８　洗浄水配管
５０　基板保持台
５２　保持リング
５４　クランプ
７０　中空円筒体
７２　円板状体
７４　遮蔽板

Claims

基板ホルダで保持し給電用接点に接触させて陽極または陰極の一方の電極となるようにした基板と、該基板に対峙する位置に配置した対極との間に電解液を満たして基板の電解処理を行う電解処理装置において、
前記基板ホルダで保持した基板と前記対極との間に配置され、基板の有効面積とほぼ同じ大きさの有効領域を有する電場補正体と、
前記基板ホルダと前記対極とを相対的に平行移動させる移動機構を有することを特徴とする電解処理装置。
前記電場補正体は、非導電性材料からなる中空円筒体、連続気孔構造を有するポーラス材料からなる構造体、非導電性材料に通孔をあけた遮蔽板、またはこれらの組合せからなることを特徴とする請求項１記載の電解処理装置。
前記給電用接点は、該基板ホルダで保持した基板のベベル部乃至端面で該基板と接触するように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電解処理装置。
前記基板ホルダで保持した基板のベベル部乃至端面に圧接しシールして前記給電用接点を電解液から隔離するシール材を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電解処理装置。
前記基板ホルダは、該基板ホルダで保持した基板のそりを矯正するそり矯正機構を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電解処理装置。