JP2004197220A - Electrolytic treatment device, and method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解処理装置及びその方法に係り、特に半導体基板に形成された微細配線パターン(窪み)に銅(Cu)等の金属を埋込んで配線を形成するのに使用される電解処理装置及びその方法に関する。 The present invention relates to an electrolytic processing apparatus and a method thereof, and more particularly to an electrolytic processing apparatus used for forming a wiring by embedding a metal such as copper (Cu) in a fine wiring pattern (dent) formed on a semiconductor substrate. And its method.
近年、半導体基板上に配線回路を形成するための金属材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅(Cu)を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、CVD、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜し、化学的機械的研磨(CMP)により不要の銅を除去するようにしている。 In recent years, as a metal material for forming a wiring circuit on a semiconductor substrate, a trend of using copper (Cu) having low electric resistivity and high electromigration resistance in place of aluminum or an aluminum alloy has become remarkable. This type of copper wiring is generally formed by embedding copper in a fine recess provided on the surface of a substrate. As a method of forming the copper wiring, there are methods such as CVD, sputtering and plating. In any case, copper is formed on almost the entire surface of the substrate, and unnecessary copper is formed by chemical mechanical polishing (CMP). Is to be removed.
図22は、この種の銅配線基板Wの製造例を工程順に示すもので、先ず、図22(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SiO2からなる酸化膜2を堆積し、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と配線溝4を形成し、その上に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シード層7を形成する。
FIG. 22 shows a manufacturing example of this type of copper wiring board W in the order of steps. First, as shown in FIG. 22 (a), on a
そして、図22(b)に示すように、基板Wの表面に銅めっきを施すことで、半導体基材1のコンタクトホール3及び配線溝4内に銅を充填するとともに、酸化膜2上に銅膜6を堆積する。その後、化学的機械的研磨(CMP)により、酸化膜2上の銅膜6及びバリア層5を除去して、コンタクトホール3及び配線溝4に充填させた銅膜6の表面と酸化膜2の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図22(c)に示すように銅膜6からなる配線が形成される。
Then, as shown in FIG. 22B, copper is applied to the surface of the substrate W to fill the contact holes 3 and the wiring grooves 4 of the
ところで、図23に示すように、例えば、幅d1が0.1μm以下の微細溝8と、幅d2が100μm程度の大溝9とが混在する基板Wの表面に銅めっきを施して銅膜6を形成すると、めっき液や該めっき液に含有される添加剤の働きを最適化したとしても、微細溝8の上ではめっきの成長が促進されて銅膜6が盛り上がる傾向がある。一方、大溝9の内部ではレベリング性を高めためっきの成長を行うことができないため、結果として、基板W上に堆積した銅膜6には、微細溝8上の盛り上がり高さaと、大溝9上の凹み深さbとをプラスした段差a+bが残る。このため、微細溝8及び大溝9の内部に銅を埋込んだ状態で、基板Wの表面を平坦化させるには、銅膜6の膜厚を十分に厚くし、しかもCMPで前記段差a+b分余分に研磨する必要があった。
By the way, as shown in FIG. 23, for example, copper plating is performed on the surface of the substrate W in which the fine groove 8 having a width d 1 of 0.1 μm or less and the large groove 9 having a width d 2 of about 100 μm are mixed. When 6 is formed, even if the function of the plating solution and the additives contained in the plating solution is optimized, the growth of plating tends to be promoted on the fine grooves 8 and the
しかし、めっき膜のCMP工程を考えた時、めっき膜厚を厚くして研磨量を多くすればする程、CMPの加工時間が延びてしまい、これをカバーするためにCMPレートを上げれば、CMP加工時に大溝でのディッシングが生じるといった問題があった。 However, when considering the CMP process of the plating film, the longer the polishing thickness and the greater the polishing amount, the longer the processing time of the CMP. If the CMP rate is increased to cover this, There is a problem that dishing occurs in a large groove during processing.
つまり、これらを解決するには、めっき膜厚を極力薄くし、基板表面に微細溝と大溝が混在しても、めっき膜の盛り上がりや凹みを無くして、平坦性を上げる必要があるが、例えば電解硫酸銅浴でめっき処理を行った場合、めっき液や添加剤の作用だけで盛り上がりを減らすことと、凹みを減らすことを両立することができないのが現状であった。また、積層中のめっき電源を一時逆電圧としたり、PRパルス電源としたりすることで盛り上がりを少なくすることは可能であるが、凹部の解消にはならず、加えて表面の膜質を劣とすることになっていた。 In other words, in order to solve these problems, it is necessary to reduce the plating film thickness as much as possible, and to eliminate the swelling and dents of the plating film and improve the flatness even if the fine grooves and the large grooves coexist on the substrate surface. At present, when plating treatment is performed in an electrolytic copper sulfate bath, it is impossible at the present time to reduce both swelling and dents only by the action of a plating solution or an additive. In addition, it is possible to reduce the swelling by temporarily setting the plating power supply during the lamination to a reverse voltage or using a PR pulse power supply, but it does not eliminate the concave portion and additionally deteriorates the surface film quality. Was supposed to.
さらに、化学的、機械的、電気的ポリッシングのように、めっきをしながらCMPで削るというプロセスも発表されているが、めっき成長面に機械加工が付加されることで、めっきの異常成長を促すことにもなり、膜質に問題を起こしていた。 In addition, there has been announced a process of polishing by CMP while plating, such as chemical, mechanical, and electrical polishing. However, the addition of machining to the plating growth surface promotes abnormal growth of plating. As a result, there was a problem with the film quality.
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、基板表面に微細溝と大溝が混在しても、めっき膜の平坦性を向上させて、その後のCMP加工を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ようにした電解処理装置及びその方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances. Even if fine grooves and large grooves are present on the substrate surface, the flatness of the plating film is improved, and the subsequent CMP processing is performed while preventing the occurrence of dishing. An object of the present invention is to provide an electrolytic treatment apparatus and a method thereof that can be performed in a short time.
請求項1に記載の発明は、基板を保持する基板保持部と、基板と接触して該基板の被処理面に通電させる第1の電極と、前記基板保持部に対向して順に配置された第2の電極及び高抵抗構造体と、前記基板保持部で保持した基板の被処理面に対峙する位置に配置された研磨面とを有する電極ヘッドと、前記基板保持部で保持した基板の被処理面と前記第2の電極との間に電解液を注入する電解液注入手段と、前記基板保持部と前記電極ヘッドとを相対移動させる相対移動機構と、前記電極ヘッドの研磨面を前記基板保持部で保持した基板に向けて押付ける押圧機構と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に電流の方向を選択的に切換えて電圧を印加する電源を有することを特徴とする電解処理装置である。 According to the first aspect of the present invention, a substrate holding unit that holds a substrate, a first electrode that is in contact with the substrate and energizes a surface to be processed of the substrate, and is sequentially arranged facing the substrate holding unit. An electrode head having a second electrode, a high-resistance structure, and a polished surface disposed at a position facing the surface to be processed of the substrate held by the substrate holding unit; An electrolyte injection means for injecting an electrolyte between the processing surface and the second electrode, a relative movement mechanism for relatively moving the substrate holding unit and the electrode head, and a polishing surface of the electrode head for the substrate A pressing mechanism for pressing the substrate against the substrate held by the holding unit; and a power supply for selectively switching a current direction between the first electrode and the second electrode to apply a voltage. This is an electrolytic processing apparatus.
これにより、第1の電極をカソード、第2の電極をアノードとして電解めっきを行い、電源を介して電流の方向を逆にして、つまり第1の電極をアノード、第2の電極をカソードとして電解エッチングを行うことができる。この電解エッチングを、研磨面を基板の被処理面(めっき面)に押付けながら、研磨面と基板とを相対的に移動させて行うことで、例えば微細溝の上部に形成されるめっき膜の盛り上がった部分の最上層の薄膜をこすり取り、露出しためっき膜を選択的にエッチング除去して、めっき膜の平坦性を向上させることができる。 Thus, electrolytic plating is performed using the first electrode as a cathode and the second electrode as an anode, and the direction of current is reversed via a power supply, that is, the first electrode is used as an anode and the second electrode is used as a cathode. Etching can be performed. The electrolytic etching is performed by relatively moving the polished surface and the substrate while pressing the polished surface against the surface to be processed (plating surface) of the substrate, so that, for example, the swelling of the plating film formed above the fine grooves The uppermost thin film in the portion that has been rubbed is scraped off, and the exposed plating film is selectively removed by etching, so that the flatness of the plating film can be improved.
請求項2に記載の発明は、前記研磨面は、前記高抵抗構造体の基板対向面に取付けた研磨パッドの露出表面に設けられてい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。
請求項3に記載の発明は、前記研磨面は、サポートで支持された研磨パッドの露出表面に設けられてい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。
これにより、材質や形状が問われないサポートを介して研磨パッドを保持することで、研磨パッドを容易に保持して所定の位置に配置することができる。
The invention according to
The invention according to claim 3 is the electrolytic processing apparatus according to
This allows the polishing pad to be easily held and arranged at a predetermined position by holding the polishing pad via a support of any material and shape.
請求項4に記載の発明は、前記研磨パッドは、柔軟性を有し、耐久性のある織布、不織布、樹脂または樹脂発泡体からなることを特徴とする請求項2または3記載の電解処理装置である。
この織布または不織布としては、重力に対しパッド内で液保持ができ、且つ電解液が通り抜けて電気を通す微細な連続気孔(連続気泡)を有するものが望ましいが、連続気孔を有していない場合は、上下に連通する細孔を設けることで、これに対処することができる。
The invention according to claim 4 is characterized in that the polishing pad is made of a flexible and durable woven cloth, nonwoven cloth, resin or resin foam. Device.
The woven or non-woven fabric is preferably one that can hold liquid in the pad against gravity and has fine continuous pores (open cells) through which the electrolyte passes and conducts electricity, but does not have continuous pores. In such a case, this can be dealt with by providing pores communicating vertically.
請求項5に記載の発明は、前記研磨面は、前記高抵抗構造体の一部または全部を改質または表面処理を施すことによって、前記高抵抗構造体の下面に設けられてい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。
この改質または表面処理としては、例えば、高抵抗構造体の一部及び全部に対するコーティング、焼成または封孔処理等が挙げられる。
The invention according to claim 5 is characterized in that the polishing surface is provided on the lower surface of the high-resistance structure by modifying or surface-treating a part or the whole of the high-resistance structure. The electrolytic treatment apparatus according to
The modification or surface treatment includes, for example, coating, baking, or sealing treatment on a part or the whole of the high-resistance structure.
請求項6に記載の発明は、前記押圧機構は、ばね要素の付勢力を介して、基板の被処理面に対する押圧力を調整できるように構成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の電解処理装置である。
このばね要素としては、コイルばね等の固体弾性体の他に、圧縮空気を使用した流体弾性体が挙げられる。つまり、コイルばね及びサーボモータで押圧機構を構成してもよく、これらに代わり、空気圧を調整するアクチュエータを使用して押圧機構を構成しても良い。
The invention according to
Examples of the spring element include a fluid elastic body using compressed air in addition to a solid elastic body such as a coil spring. That is, the pressing mechanism may be configured by a coil spring and a servomotor, and instead of this, the pressing mechanism may be configured by using an actuator that adjusts air pressure.
請求項7に記載の発明は、前記電解液は、めっき液、またはめっき液中に酸性液を含む溶液からなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の電解処理装置である。
これにより、電解液を変えることなく、例えば硫酸銅めっき液等のめっき液を用いためっき、このめっき液をエッチング液とした電解エッチングを行うことができる。
The invention according to claim 7 is the electrolytic processing apparatus according to any one of
This makes it possible to perform plating using a plating solution such as a copper sulfate plating solution and electrolytic etching using the plating solution as an etching solution without changing the electrolytic solution.
請求項8に記載の発明は、被処理面を上方に向けて基板を保持する基板保持部と、基板と接触して基板の被処理面に通電させる第1の電極と、前記基板保持部の上方に上下に配置された第2の電極及び高抵抗構造体と、前記基板保持部で保持した基板の被処理面に対峙する位置に配置された研磨面とを有する電極ヘッドと、前記基板保持部で保持した基板の被処理面と前記第2の電極との間に電解液を注入する電解液注入手段と、前記基板保持部と前記電極ヘッドとを相対移動させる相対移動機構と、前記電極ヘッドの研磨面を前記基板保持部で保持した基板に向けて押付ける押圧機構と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に電流の方向を選択的に切換えて電圧を印加する電源を有することを特徴とする電解処理装置である。 The invention according to claim 8 is a substrate holding unit that holds the substrate with the surface to be processed facing upward, a first electrode that contacts the substrate and energizes the surface of the substrate to be processed, An electrode head having a second electrode and a high-resistance structure disposed vertically above and below, and a polishing surface disposed at a position facing a surface to be processed of the substrate held by the substrate holding unit; Electrolyte injection means for injecting an electrolyte between the processing target surface of the substrate held by the unit and the second electrode; a relative movement mechanism for relatively moving the substrate holding unit and the electrode head; A pressing mechanism for pressing the polished surface of the head toward the substrate held by the substrate holding unit, and applying a voltage by selectively switching a current direction between the first electrode and the second electrode; An electrolytic processing apparatus having a power supply.
請求項9に記載の発明は、基板を保持する基板保持部と、基板と接触して基板の被処理面に通電させる第1の電極と、前記基板保持部の上方に上下に配置された第2の電極と高抵抗構造体とをそれぞれ有する第1及び第2の電極ヘッドと、性質の異なる第1及び第2の電解液を個別に保持する電解液トレーを有し、前記基板保持部で保持した基板の被処理面に、前記第1の電解液と前記第1の電極ヘッドを使用した第1の電解処理と、前記第2の電解液と前記第2の電極ヘッドを使用した第2の電解処理を行うことを特徴とする電解処理装置である。
これにより、基板を搬送することなく、基板保持部で基板を保持した状態のままで、第1の電解液を使用した第1の電解処理と、第2の電解液を使用した第2の電解処理を連続して行うことができる。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a substrate holding portion for holding a substrate, a first electrode for contacting the substrate and supplying a current to a surface to be processed of the substrate, and a first electrode disposed vertically above the substrate holding portion. First and second electrode heads each having a second electrode and a high-resistance structure, and an electrolyte tray for individually holding first and second electrolytes having different properties. A first electrolytic process using the first electrolytic solution and the first electrode head, and a second electrolytic process using the second electrolytic solution and the second electrode head are performed on the surface to be processed of the held substrate. An electrolytic treatment apparatus characterized in that the electrolytic treatment is performed.
Thus, the first electrolytic treatment using the first electrolytic solution and the second electrolytic treatment using the second electrolytic solution are performed without transporting the substrate and holding the substrate in the substrate holding unit. Processing can be performed continuously.
請求項10に記載の発明は、前記第1の電極ヘッド及び前記第2の電極ヘッドの少なくとも一方は、前記基板保持部で保持した基板の被処理面に対峙する位置に配置された研磨面と、前記研磨面を前記基板保持部で保持した基板に向けて押付ける押圧機構とを更に有することを特徴とする請求項9記載の電解処理装置である。
The invention according to
請求項11に記載の発明は、前記第1の電極ヘッドと前記第2の電極ヘッドは、単一の共通した電極ヘッドで構成されていることを特徴とする請求項9記載の電解処理装置である。
このように、第1の電極ヘッドと第2の電極ヘッドを共通化することで、構造の簡素化を図ることができる。
The invention according to claim 11 is the electrolytic processing apparatus according to claim 9, wherein the first electrode head and the second electrode head are constituted by a single common electrode head. is there.
In this way, the structure can be simplified by sharing the first electrode head and the second electrode head.
請求項12に記載の発明は、前記第1及び第2の電解液は、組成の異なるめっき液であることを特徴とする請求項9乃至11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、第1の電解液として、埋込み性に優れた、硫酸銅濃度が高く硫酸濃度が低いめっき液を使用し、第2の電解液として、めっき膜の平坦性に優れた、硫酸銅濃度が低く硫酸濃度が高いめっき液を使用することで、特性の異なる2種類のめっき液を用いためっきを、基板保持部で基板を保持したまま連続して行うことができる。
The invention according to
Thus, for example, a plating solution having a high copper sulfate concentration and a low sulfuric acid concentration, which is excellent in embedding properties, is used as the first electrolytic solution, and a sulfuric acid, which has excellent flatness of the plating film, is used as the second electrolytic solution. By using a plating solution having a low copper concentration and a high sulfuric acid concentration, plating using two types of plating solutions having different characteristics can be continuously performed while holding the substrate in the substrate holding portion.
請求項13に記載の発明は、前記第1及び第2の電解液の少なくとも一方は、エッチング液であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の電解処理装置である。
これにより、めっき処理とエッチング処理、または異なる電解液(エッチング液)を使用したエッチング処理を、基板保持部で基板を保持したまま連続して行うことができる。
The invention according to claim 13 is the electrolytic processing apparatus according to any one of
Thus, the plating process and the etching process, or the etching process using a different electrolytic solution (etching solution) can be performed continuously while the substrate is held by the substrate holding unit.
請求項14に記載の発明は、被処理面を第1の電極に接触させて基板を保持し、この基板に対向して高抵抗構造体と第2の電極とを順に配置し、前記第1の電極と前記第2の電極との間に電解液を満たしつつ電圧を印加して電解処理を行うに際し、前記第1の電極をカソード、第2の電極をアノードとし、基板の被処理面の上方あるいは下方に隙間を設けて電解めっきを行い、前記第1の電極をアノード、第2の電極をカソードとし、基板の被処理面を研磨面で擦り付けながら電解エッチングを行うことを特徴とする電解処理方法である。
請求項15に記載の発明は、基板と研磨面を相対移動させつつ電解処理を行うことを特徴とする請求項14記載の電解処理方法である。
According to a fourteenth aspect of the present invention, the substrate is held by bringing the surface to be processed into contact with the first electrode, and the high-resistance structure and the second electrode are sequentially arranged facing the substrate, and When performing an electrolytic treatment by applying a voltage while filling the electrolyte between the first electrode and the second electrode, the first electrode is used as a cathode, the second electrode is used as an anode, and the surface to be processed of the substrate is Electrolytic plating is performed by providing a gap above or below, and the first electrode is used as an anode, the second electrode is used as a cathode, and electrolytic etching is performed while rubbing the surface to be processed of the substrate with a polishing surface. Processing method.
The invention according to claim 15 is the electrolytic treatment method according to claim 14, wherein the electrolytic treatment is performed while the substrate and the polishing surface are relatively moved.
請求項16に記載の発明は、被処理面を第1の電極に接触させて基板を保持し、この基板に対向して高抵抗構造体と第2の電極とを順に配置し、前記第1の電極と前記第2の電極との間に電解液を満たしつつ電圧を印加して電解処理を行うに際し、前記第1の電極をカソード、第2の電極をアノードとし、基板の被処理面に研磨面を接触させつつ電解めっきを行い、前記第1の電極をアノード、第2の電極をカソードとし、基板の被処理面を研磨面で擦り付けながら電解エッチングを行うことを特徴とする電解処理方法である。 According to a sixteenth aspect of the present invention, the substrate is held by bringing the surface to be processed into contact with the first electrode, and the high-resistance structure and the second electrode are arranged in this order in opposition to the substrate. When performing an electrolytic treatment by applying a voltage between the first electrode and the second electrode while filling the cell with an electrolytic solution, the first electrode is used as a cathode, the second electrode is used as an anode, and An electrolytic processing method comprising: performing electrolytic plating while bringing a polished surface into contact with each other; using the first electrode as an anode and the second electrode as a cathode; and performing electrolytic etching while rubbing a substrate to be processed with a polished surface. It is.
請求項17に記載の発明は、被処理面に第1の電極を接触させて基板を保持し、前記基板に対向して高抵抗構造体と第2の電極とを順に配置し、前記第1の電極と前記第2の電極との間に第1の電解液を満たしつつ電圧を印加して第1の電解処理を行い、前記基板に対向して高抵抗構造体と第2の電極とを順に配置し、前記第1の電極と前記第2の電極との間に第2の電解液を満たしつつ電圧を印加して第2の電解処理を行うことを特徴とする電解処理方法である。 The invention according to claim 17, wherein the first electrode is brought into contact with the surface to be processed, the substrate is held, and the high-resistance structure and the second electrode are sequentially arranged facing the substrate, and A first electrolytic treatment is performed by applying a voltage between the first electrode and the second electrode while filling the first electrolyte with the high-resistance structure and the second electrode facing the substrate. An electrolytic treatment method characterized by sequentially arranging and performing a second electrolytic treatment by applying a voltage while filling a second electrolytic solution between the first electrode and the second electrode.
請求項18に記載の発明は、前記第1の電解処理及び第2の電解処理は、電解液として異なる組成のめっき液を使用しためっき処理であることを特徴とする請求項17記載の電解処理方法である。
請求項19に記載の発明は、前記第1の電解処理及び第2の電解処理の少なくとも一方は、電解液としてエッチング液を使用したエッチング処理であることを特徴とする請求項17記載の電解処理方法である。
The invention according to
The invention according to claim 19, wherein at least one of the first electrolytic treatment and the second electrolytic treatment is an etching treatment using an etching solution as an electrolytic solution. Is the way.
本発明によれば、第1の電極をカソード、第2の電極をアノードとして電解めっきを行い、電源を介して電流の方向を逆して、つまり第1の電極をアノード、第2の電極をカソードとして電解エッチングを行うことができ、この電解エッチングを、研磨面を基板の被処理面(めっき面)に押付けながら、研磨面と基板と相対的に移動させて行うことで、例えば微細溝の上部に形成されるめっき膜の盛り上がった部分を選択的にエッチング除去して、めっき膜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加工を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。 According to the present invention, electrolytic plating is performed using a first electrode as a cathode and a second electrode as an anode, and the direction of current is reversed via a power supply, that is, the first electrode is an anode, and the second electrode is Electrolytic etching can be performed as a cathode, and the electrolytic etching is performed by relatively moving the polished surface and the substrate while pressing the polished surface against the surface to be processed (plated surface) of the substrate, for example, to form fine grooves. The raised portion of the plating film formed on the upper portion can be selectively removed by etching to improve the flatness of the plating film. As a result, the subsequent CMP processing can be performed in a short time while preventing the occurrence of dishing.
以下、本発明の実施の形態について説明する。この実施の形態は、半導体基板の表面に電解銅めっきと電解エッチングを任意に施して、基板表面に設けた配線用の微細窪みに銅を埋込んで銅層からなる配線を形成するようにした基板処理装置に適用した例を示しているが、他の基板処理装置にも適用できることは勿論である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In this embodiment, the surface of a semiconductor substrate is arbitrarily subjected to electrolytic copper plating and electrolytic etching, and copper is buried in a fine recess for wiring provided on the substrate surface to form a wiring made of a copper layer. Although an example in which the present invention is applied to a substrate processing apparatus is shown, it is needless to say that the present invention can be applied to other substrate processing apparatuses.
図1は、本発明の実施の形態の電解処理装置を備えた基板処理装置の全体を示す平面図で、図1に示すように、この基板処理装置には、同一設備内に位置して、内部に複数の基板Wを収納する2基のロード・アンロード部10と、電解処理及びその付帯処理を行う2基の電解処理装置12と、ロード・アンロード部10と電解処理装置12との間で基板Wの受渡しを行う搬送ロボット14と、電解液タンク16を有する電解液供給設備18が備えられている。
FIG. 1 is a plan view showing an entire substrate processing apparatus including an electrolytic processing apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus is located in the same facility, The two load / unload
前記電解処理装置12には、図2に示すように、電解処理及びその付帯処理を行う基板処理部20が備えられ、この基板処理部20に隣接して、電解液を溜める電解液トレー22が配置されている。また、回転軸24を中心に揺動する揺動アーム26の先端に保持されて基板処理部20と電解液トレー22との間を揺動する電極ヘッド28を有する電極アーム部30が備えられている。更に、基板処理部20の側方に位置して、プレコート・回収アーム32と、純水やイオン水等の薬液、更には気体等を基板に向けて噴射する固定ノズル34が配置されている。この実施の形態にあっては、3個の固定ノズル34が備えられ、その内の1個を純水の供給用に用いている。
As shown in FIG. 2, the
基板処理部20には、図3に示すように、基板の表面(被処理面)を上向きにして基板Wを保持する基板保持部36と、この基板保持部36の上方に該基板保持部36の周縁部を囲繞するように配置された電極部38が備えられている。更に、基板保持部36の周囲を囲繞して処理中に用いる各種薬液の飛散を防止する有底略円筒状のカップ40が、エアシリンダ(図示せず)を介して上下動自在に配置されている。
As shown in FIG. 3, the
ここで、基板保持部36は、エアシリンダ44によって、下方の基板受渡し位置Aと、上方の電解処理位置Bと、これらの中間の前処理・洗浄位置Cとの間を昇降し、図示しない回転モータ及びベルトを介して、任意の加速度及び速度で第1の電極部38と一体に回転するように構成されている。この基板受渡し位置Aに対向して、電解処理装置12のフレーム側面の搬送ロボット14側には、基板搬出入口(図示せず)が設けられ、また基板保持部36が電解処理位置Bまで上昇した時に、基板保持部36で保持された基板Wの周縁部に下記の電極部38のシール材90と第1の電極88が当接するようになっている。一方、カップ40は、その上端が基板搬出入口下方に位置し、図3に仮想線で示すように、上昇した時に基板搬出入口を塞いで電極部38の上方に達するようになっている。
Here, the
電解液トレー22は、電解処理を実施していない時に、電極アーム部30の下記の高抵抗構造体110及び第2の電極98を電解液で湿潤させるためのもので、この高抵抗構造体110が収容できる大きさに設定され、図示しない電解液供給口と電解液排水口を有している。また、フォトセンサが電解液トレー22に取付けられており、電解液トレー22内の電解液の満水、即ちオーバーフローと排水の検出が可能になっている。
The
電極アーム部30は、下記のように本実施例では、サーボモータからなる上下動モータ132とボールねじ134を介して上下動し、旋回モータを介して、電解液トレー22と基板処理部20との間を旋回(揺動)するようになっているが、空気圧アクチュエータを使用しても良い。
In the present embodiment, the
また、プレコート・回収アーム32は、図4に示すように、上下方向に延びる支持軸58の上端に連結されて、ロータリアクチュエータ60を介して旋回(揺動)し、エアシリンダ(図示せず)を介して上下動するよう構成されている。このプレコート・回収アーム32には、その自由端側にプレコート液吐出用のプレコートノズル64が、基端側に電解液回収用の電解液回収ノズル66がそれぞれ保持されている。そして、プレコートノズル64は、例えばエアシリンダによって駆動するシリンジに接続されて、プレコート液がプレコートノズル64から間欠的に吐出され、また、電解液回収ノズル66は、例えばシリンダポンプまたはアスピレータに接続されて、基板上の電解液が電解液回収ノズル66から吸引されるようになっている。
As shown in FIG. 4, the precoat /
前記基板保持部36は、図5乃至図7に示すように、円板状のステージ68を備え、このステージ68の周縁部の円周方向に沿った6カ所に、上面に基板Wを水平に載置して保持する支持腕70が立設されている。この支持腕70の1つの上端には、基板Wの端面に当接して位置決めする位置決め板72が固着され、この位置決め板72を固着した支持腕70に対向する支持腕70の上端には、基板Wの端面に当接し回動して基板Wを位置決め板72側に押付ける押付け片74が回動自在に支承されている。また、他の4個の支持腕70の上端には、回動して基板Wをこの上方から下方に押付けるチャック爪76が回動自在に支承されている。
As shown in FIGS. 5 to 7, the
ここで、押付け片74及びチャック爪76の下端は、コイルばね78を介して下方に付勢した押圧棒80の上端に連結されて、この押圧棒80の下動に伴って押付け片74及びチャック爪76が内方に回動して閉じるようになっており、ステージ68の下方には、押圧棒80に下面に当接してこれを上方に押上げる支持板82が配置されている。
Here, the lower end of the
これにより、基板保持部36が図3に示す基板受渡し位置Aに位置する時、押圧棒80は支持板82に当接し上方に押上げられて、押付け片74及びチャック爪76が外方に回動して開き、ステージ68を上昇させると、押圧棒80がコイルばね78の弾性力で下降して、押付け片74及びチャック爪76が内方に回転して閉じるようになっている。
Thus, when the
前記電極部38は、図8及び図9に示すように、支持板82(図7等参照)の周縁部に立設した支柱84の上端に固着した環状の枠体86と、この枠体86の下面に内方に突出させて取付けた、この例では6分割された第1の電極88と、この第1の電極88の上方を覆うように枠体86の上面に取付けた環状のシール材90とを有している。この第1の電極88は、電解めっきを行うときにはカソードとなり、電解エッチングを行うときにはアノードとなる。シール材90は、その内周縁部が内方に向け下方に傾斜し、かつ徐々に薄肉となって、内周端部が下方に垂下するように構成されている。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
これにより、図3に示すように、基板保持部36が電解処理位置Bまで上昇した時に、この基板保持部36で保持した基板Wの周縁部に第1の電極88が押付けられて通電し、同時にシール材90の内周端部が基板Wの周縁部上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板の上面(被処理面)に供給された電解液が基板Wの端部から染み出すのを防止するとともに、電解液が第1の電極88を汚染することを防止するようになっている。
なお、この実施の形態において、電極部38は、上下動不能で基板保持部36と一体に回転するようになっているが、上下動自在で、下降した時にシール材90が基板Wの被処理面に圧接するように構成しても良い。
As a result, as shown in FIG. 3, when the
In this embodiment, the
前記電極アーム部30の電極ヘッド28は、図10乃至図12に示すように、揺動アーム26の自由端にボールベアリング92を介して連結したハウジング94と、このハウジング94の下端開口部を塞ぐように配置された高抵抗構造体110とを有している。すなわち、このハウジング94の下部には、内方に突出した内方突出部94aが、高抵抗構造体110の上部にはフランジ部110aがそれぞれ設けられ、このフランジ部110aを内方突出部94aに引っ掛け、更にスペーサ96を介装することで、ハウジング94に高抵抗構造体110が保持されている。これによって、ハウジング94の内部に中空の電解液室100が区画形成されている。
As shown in FIGS. 10 to 12, the
この高抵抗構造体110は、アルミナ,SiC,ムライト,ジルコニア,チタニア,コージライト等の多孔質セラミックスまたはポリプロピレンやポリエチレンの焼結体等の硬質多孔質体、あるいはこれらの複合体、更には織布や不織布で構成される。例えば、アルミナ系セラミックスにあっては、ポア径30〜200μm、SiCにあっては、ポア径30μm以下、気孔率20〜95%、厚み1〜20mm、好ましくは5〜20mm、更に好ましくは8〜15mm程度のものが使用される。この例では、例えば気孔率30%、平均ポア径100μmでアルミナ製の多孔質セラミックス板から構成されている。そして、この内部に電解液を含有させることで、つまり多孔質セラミックス板自体は絶縁体であるが、この内部に電解液を複雑に入り込ませ、厚さ方向にかなり長い経路を辿らせることで、電解液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有するように構成されている。
The high-
このように高抵抗構造体110を電解液室100内に配置し、この高抵抗構造体110によって大きな抵抗を発生させることで、シード層7(図22参照)の抵抗の影響を無視できる程度となし、基板Wの表面の電気抵抗による電流密度の面内差を小さくして、めっき膜の面内均一性を向上させることができる。
By arranging the high-
前記電解液室100内には、電解めっきのときはアノードとなり、電解エッチングのときはカソードとなる第2の電極98が、この上方に配置した電解液導入管104の下面に取付けられて配置されている。そして、この電解液導入管104には、電解液導入口104aが設けられ、この電解液導入口104aに電解液供給設備18(図1参照)から延びる電解液供給管102が接続され、更に、ハウジング94の上面に設けられた電解液排出口94bに電解液室100に連通する電解液排出管106が接続されている。
In the
電解液導入管104は、基板の被処理面に均一に電解液を供給できるように、マニホールド構造が採用されている。即ち、その長手方向に沿った所定の位置に、この内部に連通する多数の細管112を連結している。そして、第2の電極98及び高抵抗構造体110のこの細管112に対応する位置には細孔が設けられ、細管112は、これらの細孔内を下方に延びて、高抵抗構造体110の下面乃至該下面付近に達するように構成されている。
The
これにより、電解液供給管102から電解液導入管104に導入された電解液は、細管112を通過して高抵抗構造体110の下方に達し、この高抵抗構造体110の内部を通過して電解液室100内を満たして第2の電極98を電解液中に浸漬させ、電解液排出管106を吸引することで、電解液排出管106から排出されるようになっている。
As a result, the electrolytic solution introduced from the electrolytic
ここで、第2の電極98は、スライムの生成を抑制するため、含有量が0.03〜0.05%のリンを含む銅(含リン銅)で構成されているが、不溶解のものを使用してもよい。
また、第1の電極88は電源114の一方の電極に、第2の電極98は電源114の他方の電極にそれぞれ電気的に接続されており、この電源114は、流れる電流の向きを任意に変更できるようになっている。
Here, the
Further, the
高抵抗構造体110の下面には、下面を研磨面120aとした研磨パッド120が、貼着等により取付けられている。この研磨パッド120は、電解エッチングの際に、この研磨面120aを基板の被処理面(めっき面)に向けて押圧しつつ擦り付けるためのもので、柔軟性を有し、耐久性のある織布、不織布、樹脂または樹脂発泡体からなり、電解液が通り抜ける連続気孔(連続気泡)を有するものが望ましい。この研磨パッド120としては、例えばCMPなどで広く使用されるロデール社製のポリテックス(Politex)等の不織布やIC1000のような発泡ウレタン等や、さらに柔軟性を持ったPVAやスポンジ等が用いられる。なお、連続気孔を有していない場合には、例えば0.5〜1mm間隔で、上下に連通する多数の細孔を設けることで、電解液が研磨パッド120の内部を通り抜け、電流が流れるようにすることができる。
A
更に、ボールベアリング92と揺動アーム26との間には、研磨パッド120の研磨面120aを基板Wの被処理面に向けて押付ける押圧機構122が設けられている。つまり、この押圧機構122は、互いに離間した位置に配置される一対の板体124,126間に配置される圧縮コイルばね128と、一端を一方の板体124に固着し、他端に設けた頭部130aを他方の板体126に当接させて、一対の板体124,126間の間隔が拡がることを規制するストッパ130とを有している。一方、揺動アーム26は、サーボモータからなる上下動モータ132とボールねじ134を介して上下動するように構成されている。この上下機構は空気圧アクチュエータであってもよい。
Further, a
これにより、研磨パッド120の研磨面120aが基板Wの表面に当接しない間は、圧縮コイルばね128の弾性力を介して、電極ヘッド28は、揺動アーム26と一体に上下動(及び揺動)し、研磨パッド120の研磨面120aが基板Wの表面に当接した後、揺動アーム26を更に下降させると、この下降に伴って、圧縮コイルばね128が更に縮み、この圧縮コイルばね128の弾性力を研磨パッド120に作用させて、研磨面120aを基板の表面に押付け、しかも圧縮コイルばね128の縮み量(変位量)を制御することで、この押圧力を調整できるようになっている。この押圧力は、一般的には200g/cm2以下、特に70g/cm2程度が好ましい。この変位とばねの力は、空気圧アクチュエータを使用して上下動させるようにしたものから得るようにしても良い。なお、上記の例では、研磨パッド120を上下動させるようにしているが、基板保持部36側、または双方を上下動させるようにしても良い。
Thus, while the polishing
そして、電解めっきを行うときには、電源114を介して、第1の電極88をカソード、第2の電極98をアノードとなし、図11に示すように、基板保持部36が電解処理位置B(図3参照)にある時に、基板保持部36で保持した基板Wと研磨パッド120との隙間が、例えば0.1〜3mm程度となるまで電極ヘッド28を下降させ、この状態で、電解液供給管102から電解液(めっき液)を供給して、高抵抗構造体110に電解液を含ませながら、基板Wの上面(被処理面)から電解液室100の内部を電解液で満たす。これによって、基板Wの被処理面にめっきを施す。
Then, when performing the electrolytic plating, the
一方、電解エッチングを行うときには、電源114を介して、第1の電極88をアノード、第2の電極98をカソードとなし、図12に示すように、基板保持部36が電解処理位置B(図3参照)にある時に、研磨パッド120の研磨面120aが基板保持部36で保持した基板Wを所定の圧力で押圧するまで電極ヘッド28を下降させ、この状態で、電解液供給管102から電解液を供給して、高抵抗構造体110に電解液を含ませながら、基板Wの上面(被処理面)から電解液室100の内部を電解液で満たして、更に、基板保持部36を回転させて、研磨面120aを基板Wの被処理面(めっき面)に擦り付けながら、基板Wの被処理面(めっき面)にエッチングを施す。
On the other hand, when performing the electrolytic etching, the
次に、前記実施の形態の電解処理装置を備えた基板処理装置の操作について、図13及び図14を更に参照して説明する。なお、この例では、同じ電解液、例えば硫酸銅めっき液等の酸性めっき液や、添加剤を含んだめっき液に硫酸や硝酸などの酸性液を入れた溶液を使って電解めっきと電解エッチングを行うようにした例を示す。なお、電解めっきと電解エッチングとを電解液を変えて行うようにしても良いことは勿論である。その際は、液交換手段、液排出機構などが必要となる。 Next, the operation of the substrate processing apparatus including the electrolytic processing apparatus according to the above embodiment will be described with reference to FIGS. In this example, electrolytic plating and electrolytic etching were performed using the same electrolytic solution, for example, an acidic plating solution such as a copper sulfate plating solution, or a solution containing an acidic solution such as sulfuric acid or nitric acid in a plating solution containing additives. Here is an example of such a case. Of course, the electrolytic plating and the electrolytic etching may be performed by changing the electrolytic solution. In that case, a liquid exchange means, a liquid discharge mechanism and the like are required.
先ず、ロード・アンロード部10からめっき処理前の基板Wを搬送ロボット14で取出し、被処理面を上向きにした状態で、フレームの側面に設けられた基板搬出入口から一方の電解処理装置12の内部に搬送する。この時、基板保持部36は、下方の基板受渡し位置Aにあり、搬送ロボット14は、そのハンドがステージ68の真上に到達した後に、ハンドを下降させることで、基板Wを支持腕70上に載置する。そして、搬送ロボット14のハンドを、前記基板搬出入口を通って退去させる。
First, the substrate W before plating is taken out of the loading /
搬送ロボット14のハンドの退去が完了した後、カップ40を上昇させ、同時に基板受渡し位置Aにあった基板保持部36を前処理・洗浄位置Cに上昇させる。この時、この上昇に伴って、支持腕70上に載置された基板は、位置決め板72と押付け片74で位置決めされ、チャック爪76で確実に把持される。
After the transfer of the hand of the transfer robot 14 is completed, the
一方、電極アーム部30の電極ヘッド28は、この時点では電解液トレー22上の通常位置にあって、高抵抗構造体110あるいは第2の電極98が電解液トレー22内に位置しており、この状態でカップ40の上昇と同時に、電解液トレー22及び電極ヘッド28に電解液の供給を開始する。そして、基板のめっき工程に移るまで、新しい電解液を供給し、併せて電解液排出管106を通じた吸引を行って、高抵抗構造体110に含まれる電解液の交換と泡抜きを行う。なお、カップ40の上昇が完了すると、フレーム側面の基板搬出入口はカップ40で塞がれて閉じ、フレーム内外の雰囲気が遮断状態となる。
On the other hand, the
カップ40が上昇するとプレコート処理に移る。即ち、基板Wを受取った基板保持部36を回転させ、待避位置にあったプレコート・回収アーム32を基板と対峙する位置へ移動させる。そして、基板保持部36の回転速度が設定値に到達したところで、プレコート・回収アーム32の先端に設けられたプレコートノズル64から、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板の被処理面(被めっき面)に間欠的に吐出する。この時、基板保持部36が回転しているため、プレコート液は基板Wの被処理面の全面に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム32を待避位置へ戻し、基板保持部36の回転速度を増して、遠心力により基板Wの被処理面のプレコート液を振り切って乾燥させる。
When the
プレコート完了後にめっき処理に移る。先ず、基板保持部36を、この回転を停止、若しくは回転速度をめっき時速度まで低下させた状態で、めっきを施す電解処理位置Bまで上昇させる。すると、基板Wの周縁部は、第1の電極88に接触して通電可能な状態となり、同時に基板Wの周縁部上面にシール材90が圧接して、基板Wの周縁部が水密的にシールされる。
After the completion of precoating, the process proceeds to plating. First, the
一方、搬入された基板Wのプレコート処理が完了したという信号に基づいて、電極アーム部30を電解液トレー22上方から電解処理を施す位置の上方に電極ヘッド28が位置するように水平方向に旋回させ、この位置に到達した後に、電極ヘッド28を電極部38に向かって下降させる。この時、研磨パッド120を基板Wの被処理面(被めっき面)に接触することなく、0.1mm〜3mm程度に近接した位置とする。電極ヘッド28の下降が完了した時点で、第1の電極88をカソード、第2の電極98をアノードとしためっき電流を投入し、電解液供給管102から電解液を電極ヘッド28の内部に供給して、高抵抗構造体110に電解液を含ませながら、基板Wの上面(被処理面)から電解液室100の内部を電解液で満たし、これによって、基板Wの被処理面にめっきを施す。
On the other hand, based on the signal indicating that the pre-coating process of the loaded substrate W has been completed, the
この時、例えば図13及び図14に示すように、液張りまで(t0〜t1)は、めっき電圧を一定(CV制御)にしておき、その後、電流を一定(CC制御)にして、電流を段階的に増加させながら第1段階のめっき(t1〜t2)、第2段階のめっき(t2〜t3)、第3段階のめっき(t3〜t4)を行う。この時、必要に応じて、基板保持部36を低速で回転させる。
At this time, for example, as shown in FIGS. 13 and 14, the plating voltage is kept constant (CV control) until the liquid is filled (t 0 to t 1 ), and then the current is kept constant (CC control). current first stage of plating while gradually increasing the (t 1 ~t 2), the plating of the
次に、第1の電極88がアノード、第2の電極98がカソードとなるように電流(電圧)を切換え、更に、研磨パッド120の研磨面120aを基板保持部36で保持した基板Wに向けて所定の圧力で押圧しながら、基板保持部36を回転させて、研磨パッド120の研磨面120aを基板の被処理面(めっき面)に擦り付けながら第1段階の電解エッチングを行う(t4〜t5)。
Next, the current (voltage) is switched so that the
そして、第1の電極88がカソード、第2の電極98がアノードとなるように電流(電圧)を切換え、研磨パッド120を基板Wの被処理面に接触することのない位置に戻し、更に前述の第3段階のめっきに比べてより増加させた一定電流を流しながら第4段階のめっきを行う(t5〜t6)。
Then, the current (voltage) is switched so that the
次に、前述と同様に電流(電圧)を切換え、前述の第1段階のエッチングに比べて、より増加させた一定電流を流しながら、押圧力を高めた状態で第2段階の電解エッチングを行う(t6〜t7)。
更に、前述同様に電流(電圧)を切換え、研磨パッド120を基板Wの被処理面に接触することのない位置に戻し、更に前述の第4段階のめっきに比べてより増加させた一定電流を流しながら第5段階のめっきを行う(t7〜t8)。
Next, the current (voltage) is switched in the same manner as described above, and the second-stage electrolytic etching is performed in a state where the pressing force is increased while flowing a constant current which is larger than that in the first-stage etching. (t 6 ~t 7).
Further, the current (voltage) is switched in the same manner as described above to return the
そして、前述と同様に電流(電圧)を切換え、前述の第2段階のエッチングに比べて、より減少させた一定電流を流しながら、押圧力を高めた状態で第3段階の電解エッチングを行い(t8〜t9)、これにより電解処理を完了する。
このように、めっき処理の合間に電解エッチングを行い、しかもこの電解エッチングを、研磨面120aを基板の被処理面(めっき面)に押付けながら、研磨面120aと基板Wと相対的に移動させて行うことで、例えば微細溝の上部に形成されるめっき膜の盛り上がった部分を選択的にエッチング除去して、めっき膜の平坦性を向上させることができる。
Then, the current (voltage) is switched in the same manner as described above, and the third-stage electrolytic etching is performed in a state where the pressing force is increased while flowing a constant current which is smaller than that in the above-described second-stage etching ( t 8 ~t 9), thus completing the electrolytic process.
As described above, electrolytic etching is performed between the plating processes, and the electrolytic etching is relatively moved between the polishing
電解処理が完了すると、電極アーム部30を上昇させ旋回させて電解液トレー22上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、プレコート・回収アーム32を待避位置から基板Wに対峙する位置へ移動させて下降させ、電解液回収ノズル66から基板W上の電解液の残液を回収する。この残液の回収が終了した後、プレコート・回収アーム32を待避位置へ戻し、基板のめっき面のリンスのために、純水用の固定ノズル34から基板Wの中央部に純水を吐出し、同時に基板保持部36をスピードを増して回転させて基板Wの表面の電解液を純水に置換する。このように、基板Wのリンスを行うことで、基板保持部36を電解処理位置Bから下降させる際に、電解液が跳ねて、電極部38の第1の電極88が汚染されることが防止される。
When the electrolytic treatment is completed, the
リンス終了後に水洗工程に入る。即ち、基板保持部36を電解処理位置Bから前処理・洗浄位置Cへ下降させ、純水用の固定ノズル34から純水を供給しつつ基板保持部36及び電極部38を回転させて水洗を実施する。この時、電極部38に直接供給した純水、又は基板Wの面から飛散した純水によってシール材90及び第1の電極88も基板と同時に洗浄することができる。
After the rinsing, the washing process starts. That is, the
水洗完了後にドライ工程に入る。即ち、固定ノズル34からの純水の供給を停止し、更に基板保持部36及び電極部38の回転スピードを増して、遠心力により基板表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シール材90及び第1の電極88も乾燥される。ドライ工程が完了すると基板保持部36及び電極部38の回転を停止させ、基板保持部36を基板受渡し位置Aまで下降させる。すると、チャック爪76による基板Wの把持が解かれ、基板Wは、支持腕70の上面に載置された状態となる。これと同時に、カップ40も下降させる。
After completion of washing, the drying process starts. That is, the supply of pure water from the fixed
以上でめっき処理及びそれに付帯する前処理や洗浄・乾燥工程の全て工程を終了し、搬送ロボット14は、そのハンドを基板搬出入口から基板Wの下方に挿入し、そのまま上昇させることで、基板保持部36から処理後の基板Wを受取る。そして、搬送ロボット14は、この基板保持部36から受取った処理後の基板Wをロード・アンロード部10に戻す。
As described above, the plating process and all the pretreatment and cleaning / drying processes accompanying the plating process are completed, and the transfer robot 14 inserts the hand from the substrate loading / unloading port below the substrate W and raises the hand as it is to hold the substrate. The processed substrate W is received from the
なお、上記の例では、研磨パッド120の研磨面120aを基板Wの被処理面(被めっき面)に接触させることなく、両者の間に0.1mm〜3mm程度の隙間を設けた状態で、液張り及び各段階のめっきを行うようにした例を示しているが、図15に示すように、研磨パッド120の研磨面120aを基板Wの被処理面(被めっき面)に低圧力で接触させた状態で、液張り及び各段階のめっきを行うようにしてもよい。つまり、この例では、研磨パッド120の研磨面120aと基板Wの被処理面(被めっき面)とを低圧で互いに接触させた状態で、液張り(t0〜t1)、第1段階から第3段階のめっき(t1〜t4)、第4段階のめっき(t5〜t6)及び第5段階のめっき(t7〜t8)を行い、更に、第3段階の電解エッチング(t8〜t9)を終了した後、研磨パッド120の研磨面120aと基板Wの被処理面との間の圧力を低圧に戻し(t9〜t10)、しかる後、研磨パッド120を基板Wから離すようにしている。
In the above example, the polishing
このように、研磨パッド120の研磨面120aを基板Wの被処理面(被めっき面)に低圧力で接触させた状態で、液張り及び各段階のめっきを行うことで、めっきによって形成されるめっき膜の表面に生じる盛り上がりをより小さくすることができる。
In this manner, by performing liquid filling and plating at each stage in a state where the polishing
図16は、本発明の他の実施の形態の電解処理装置の要部を示す。この例の、前記例と異なる点は、高抵抗構造体110をその周縁部をハウジング94で保持して、電解液室100の内部を横方向に跨るように配置し、更にフランジ140aを有するサポート140を備え、このサポート140をそのフランジ140aをハウジング94の内方突出部94aに引っ掛けて保持し、このサポート140の下面に、下面を研磨面120aとした研磨パッド120を取付けた点にある。なお、細管112は、サポート140の内部を貫通して延びており、更にサポート140には、多数の貫通孔が設けられている。
FIG. 16 shows a main part of an electrolytic processing apparatus according to another embodiment of the present invention. This example is different from the example described above in that the high-
このように、材質や形状に影響されないサポート140を介して研磨パッド120を保持することで、この研磨パッド120を容易に保持して所定の位置に配置することができる。
なお、前記の各例では、下面を研磨面120aとした研磨パッド120を備えた例を示しているが、高抵抗構造体の一部に、例えばコーティング、焼成または封孔処理等の表面処理を施して、高抵抗構造体の下面を研磨面とするようにしてもよい。
As described above, by holding the
In each of the above-described examples, an example is shown in which the
図17乃至図20は、本発明の更に他の実施の形態の電解加工装置を示す。この例の電解加工装置は、前述とほぼ同様な構成の、基板Wを着脱自在に保持する基板保持部36と、第1の電極88及びシール材90を備えた電極部38とを有する基板処理部20を備えている。そして、この基板処理部20を挟んだ両側に、例えばめっき液からなる第1の電解液(以下、めっき液と総称という)200を保持する第1の電解液トレー(同じく、めっき液トレー)202と、エッチング液からなる第2の電解液(同じく、エッチング液)204を保持する第2の電解液トレー(同じく、エッチング液トレー)206とが配置されている。
17 to 20 show an electrolytic processing apparatus according to still another embodiment of the present invention. The electrolytic processing apparatus of this example includes a substrate processing unit having a
更に、上下動及び揺動自在な揺動アーム208の先端に保持されて、基板処理部20とめっき液トレー202との間を揺動する第1の電極ヘッド210と、同じく、上下動及び揺動自在な揺動アーム212の先端に保持されて、基板処理部20とエッチング液トレー206との間を揺動する第2の電極ヘッド214が備えられている。
Further, the
この第1の電極ヘッド210は、前述とほぼ同様に、ハウジング216と、該ハウジング216の下方開口端を閉塞して電解液室(めっき液室)218を区画形成する高抵抗構造体220を有しており、この電解液室218の内部に第2の電極222が収容され、めっき液200を第2の電極222を浸漬させた状態で保持するようになっている。一方、第2の電極ヘッド214も前述とほぼ同様に、ハウジング224と、該ハウジング224の下方開口端を閉塞して電解液室(エッチング液室)226を区画形成する高抵抗構造体228を有しており、この電解液室226の内部に第2の電極230が収容され、エッチング液204を第2の電極230を浸漬させた状態で保持するようになっている。更に、この第2の電極ヘッド214の高抵抗構造体228の下面には、下面を研磨面232aとした研磨パッド232が貼着され、更に、図示しないが、第2の電極ヘッド214には、高抵抗構造体228を下方に押圧する押圧機構が備えられている。
The
この例では、第1の電極ヘッド210として、基板の被処理面(被めっき面)に電解めっきを行うのに使用するため、電解エッチングを行うようにした第2の電極ヘッド214とは異なり、研磨パッド等を有さないものを使用しているが、第2の電極ヘッド214と同様な構成のものを使用して、例えば電解エッチングを行うのに使用したり、研磨面を基板の被処理面に接触させて電解めっき行うのに使用したりしてもよい。第2の電極ヘッド214にあっても同様に、第1の電極ヘッド210と同様な構成のものを使用して、例えば電解めっきを行うにの使用してもよい。
In this example, since the
また、電解液が互いに混じるのを防止するため、第1の電極ヘッド210と第2の電極ヘッド214を備えた例を示しているが、例えば第2の電極ヘッド214と同様な構成の電極ヘッドを単一の共通したものとして使用してもよく、これにより、構造の簡素化を図ることができる。なお、3個以上の電解液トレーと、この各電解液トレーに対応した数の電極ヘッドを有するようにしてもよいことは勿論である。
Further, an example is shown in which the
次に、この電解処理装置による電解処理について、図21を更に参照して説明する。
先ず、前述と同様にして、基板処理部20の基板保持部36で、被処理面を上向きにして基板Wを保持し、必要に応じて、めっき前処理を施した後、基板Wの周縁部に第1の電極88に接触させて通電可能な状態となし、同時に基板Wの周縁部上面にシール材90を圧接させて、基板Wの周縁部を水密的にシールする。
Next, the electrolytic processing by this electrolytic processing apparatus will be described with further reference to FIG.
First, in the same manner as described above, the substrate W is held by the
この時、図18に示すように、第1の電極ヘッド210は、めっき液トレー202内の通常の位置にあり、高抵抗構造体220がめっき液トレー202内のめっき液200に接触し、電解液室218の内部を吸引することで、高抵抗構造体220及び電解液室218の内部にめっき液200が保持される。第2の電極ヘッド214にあってもほぼ同様に、エッチング液トレー206内の通常に位置にあり、高抵抗構造体228がエッチング液トレー206内のエッチング液204に接触し、電解液室226の内部を吸引することで、高抵抗構造体228及び電解液室226の内部にエッチング液が保持される。
At this time, as shown in FIG. 18, the
そして、基板Wが所定に位置にセットされたという信号に基づいて、内部にめっき液200を保持した第1の電極ヘッド210を一端上昇させ、更に揺動させて、基板保持部36の直上方に位置させる。次に、第1の電極ヘッド210を基板保持部36に向かって下降させ、この高抵抗構造体220が基板Wの被処理面(被めっき面)に接触することなく、0.1mm〜3mm程度に近接した位置に達した時に、第1の電極ヘッド210の下降を停止させる。この下降が完了した時点で、図19に示すように、高抵抗構造体220と基板Wとの間にめっき液200を満たし、同時に、電源234を介して、第1の電極88をカソード、第2の電極222をアノードとしためっき電流を投入し、必要に応じて、基板Wを低速で回転させて、基板Wの被処理面(被めっき面)に電解めっきを施す。
Then, based on a signal that the substrate W has been set at a predetermined position, the
このめっき終了後、第1の電極ヘッド210を上昇させ旋回させて、めっき液トレー202の上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、前述と同様に、電解液回収ノズルから基板W上のめっき液の残液を回収し、しかる後、基板Wのめっき面に純水を供給してめっき面をリンス(洗浄)してめっき液を純水に置換し、更に、基板Wのめっき面に純水を供給しつつ基板Wを回転させて水洗した後、純水の供給を停止し、基板Wの回転スピードを増し、遠心力により基板表面の純水を振り切って基板Wを乾燥させる。
After the completion of the plating, the
次に、内部にエッチング液204を保持した第2の電極ヘッド214を一端上昇させ、更に揺動させて、基板保持部36の直上方に位置させる。次に、第2の電極ヘッド214を基板保持部36に向かって下降させ、この研磨パッド232の下面の研磨面232aを基板Wの被処理面(めっき面)に接触させ、所定の押圧力で押圧した時に第2の電極ヘッド214の下降を停止させる。この下降が完了した時点で、図20に示すように、高抵抗構造体228と基板Wとの間にエッチング液204を満たし、同時に、電源234を介して、第1の電極88をアノード、第2の電極230をカソードとした電流を投入し、基板Wを回転させて、被処理面(めっき面)に電解エッチングを施す。
Next, the
このエッチング終了後、第2の電極ヘッド214を上昇させ旋回させて、エッチング液トレー206の上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、前述と同様に、電解液回収ノズルから基板W上のエッチング液の残液を回収し、しかる後、基板Wのめっき面に純水を供給してめっき面をリンス(洗浄)してエッチング液を純水に置換し、更に、基板Wのめっき面に純水を供給しつつ基板Wを回転させて水洗した後、純水の供給を停止し、基板Wの回転スピードを増し、遠心力により基板表面の純水を振り切って基板Wを乾燥させる。
前記の電解めっき及び電解エッチングを、必要に応じて繰返し、めっき膜が所定の膜厚に達した時に、基板を次工程に搬送する。
After the completion of this etching, the
The above-described electrolytic plating and electrolytic etching are repeated as necessary, and when the plating film reaches a predetermined thickness, the substrate is transported to the next step.
この例によれば、基板Wを搬送することなく、基板保持部36で基板Wを保持した状態のままで、第1の電解液を使用した第1の電解処理(例えば、めっき処理)と、第2の電解液を使用した第2の電解処理(例えば、エッチング処理)を、電解液が混じることなく、連続して行うことができる。
According to this example, a first electrolytic process (for example, a plating process) using the first electrolytic solution while the substrate W is held by the
なお、この例では、第1の電解液としてめっき液を、第2の電解液としてエッチング液をそれぞれ使用して、めっき処理とエッチング処理を連続して行うようにした例を示しているが、例えば、第1の電解液として、埋込み性に優れた、硫酸銅濃度が高く硫酸濃度が低いめっき液を使用し、第2の電解液として、めっき膜の平坦性に優れた、硫酸銅濃度が低く硫酸濃度が高いめっき液を使用するようにしてもよい。これにより、特性の異なる2種類のめっき液を用いためっきを、基板保持部で基板を保持したまま連続して行うことができる。 In this example, a plating solution is used as the first electrolytic solution, and an etching solution is used as the second electrolytic solution, and the plating process and the etching process are continuously performed. For example, as the first electrolytic solution, a plating solution having a high copper sulfate concentration and a low sulfuric acid concentration, which is excellent in the embedding property, is used. A plating solution having a low sulfuric acid concentration may be used. This makes it possible to continuously perform plating using two types of plating solutions having different characteristics while holding the substrate in the substrate holding unit.
10 ロード・アンロード部
12 電解処理装置
14 搬送ロボット
16 電解液タンク
18 電解液供給設備
20 基板処理部
22 電解液トレー
26 揺動アーム
28 電極ヘッド
30 電極アーム部
32 プレコート・回収アーム
34 固定ノズル
36 基板保持部
38 電極部
64 プレコートノズル
66 電解液回収ノズル
68 ステージ
70 支持腕
76 チャック爪
80 押圧棒
82 支持板
86 枠体
88 第1の電極
90 シール材
94 ハウジング
98 第2の電極
100 電解液室
102 電解液供給管
104 電解液導入管
106 電解液排出管
110 高抵抗構造体
112 細管
114 めっき電源
120 研磨パッド
120a 研磨面
122 押圧機構
130 ストッパ
132 上下動モータ
140 サポート
200 めっき液(第1の電解液)
202 めっき液トレー
204 エッチング液(第2の電解液)
206 エッチング液トレー
210 第1の電極ヘッド
214 第2の電極ヘッド
218,226 電解液室
220,228 高抵抗構造体
222,230 第2の電極
232 研磨パッド
232a 研磨面
234 電源
DESCRIPTION OF
202
206 Etching
Claims (19)
基板と接触して基板の被処理面に通電させる第1の電極と、
前記基板保持部に対向して順に配置された第2の電極及び高抵抗構造体と、前記基板保持部で保持した基板の被処理面に対峙する位置に配置された研磨面とを有する電極ヘッドと、
前記基板保持部で保持した基板の被処理面と前記第2の電極との間に電解液を注入する電解液注入手段と、
前記基板保持部と前記電極ヘッドとを相対移動させる相対移動機構と、
前記電極ヘッドの研磨面を前記基板保持部で保持した基板に向けて押付ける押圧機構と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に電流の方向を選択的に切換えて電圧を印加する電源を有することを特徴とする電解処理装置。 A substrate holding unit for holding the substrate,
A first electrode that contacts the substrate and energizes the surface to be processed of the substrate;
An electrode head having a second electrode and a high-resistance structure sequentially arranged facing the substrate holding unit, and a polished surface arranged at a position facing a surface to be processed of the substrate held by the substrate holding unit. When,
Electrolyte injection means for injecting an electrolyte between the processing target surface of the substrate held by the substrate holding unit and the second electrode;
A relative movement mechanism for relatively moving the substrate holding unit and the electrode head,
A pressing mechanism that presses the polishing surface of the electrode head toward the substrate held by the substrate holding unit,
An electrolytic processing apparatus comprising: a power supply for selectively switching a current direction between the first electrode and the second electrode to apply a voltage.
基板と接触して基板の被処理面に通電させる第1の電極と、
前記基板保持部の上方に上下に配置された第2の電極及び高抵抗構造体と、前記基板保持部で保持した基板の被処理面に対峙する位置に配置された研磨面とを有する電極ヘッドと、
前記基板保持部で保持した基板の被処理面と前記第2の電極との間に電解液を注入する電解液注入手段と、
前記基板保持部と前記電極ヘッドとを相対移動させる相対移動機構と、
前記電極ヘッドの研磨面を前記基板保持部で保持した基板に向けて押付ける押圧機構と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に電流の方向を選択的に切換えて電圧を印加する電源を有することを特徴とする電解処理装置。 A substrate holding unit that holds the substrate with the surface to be processed facing upward,
A first electrode that contacts the substrate and energizes the surface to be processed of the substrate;
An electrode head having a second electrode and a high-resistance structure disposed vertically above and below the substrate holding unit, and a polished surface disposed at a position facing a surface to be processed of the substrate held by the substrate holding unit; When,
Electrolyte injection means for injecting an electrolyte between the processing target surface of the substrate held by the substrate holding unit and the second electrode;
A relative movement mechanism for relatively moving the substrate holding unit and the electrode head,
A pressing mechanism that presses the polishing surface of the electrode head toward the substrate held by the substrate holding unit,
An electrolytic processing apparatus comprising: a power supply for selectively switching a current direction between the first electrode and the second electrode to apply a voltage.
基板と接触して基板の被処理面に通電させる第1の電極と、
前記基板保持部の上方に上下に配置された第2の電極と高抵抗構造体とをそれぞれ有する第1及び第2の電極ヘッドと、
性質の異なる第1及び第2の電解液を個別に保持する電解液トレーを有し、
前記基板保持部で保持した基板の被処理面に、前記第1の電解液と前記第1の電極ヘッドを使用した第1の電解処理と、前記第2の電解液と前記第2の電極ヘッドを使用した第2の電解処理を行うことを特徴とする電解処理装置。 A substrate holding unit for holding the substrate,
A first electrode that contacts the substrate and energizes the surface to be processed of the substrate;
First and second electrode heads each having a second electrode and a high-resistance structure disposed vertically above and below the substrate holding unit;
Having an electrolyte tray individually holding first and second electrolytes having different properties,
A first electrolytic process using the first electrolytic solution and the first electrode head, a second electrolytic solution and the second electrode head, on a surface to be processed of the substrate held by the substrate holding unit; An electrolytic treatment apparatus characterized in that a second electrolytic treatment is performed by using the method.
前記基板保持部で保持した基板の被処理面に対峙する位置に配置された研磨面と、
前記研磨面を前記基板保持部で保持した基板に向けて押付ける押圧機構とを更に有することを特徴とする請求項9記載の電解処理装置。 At least one of the first electrode head and the second electrode head,
A polished surface arranged at a position facing the surface to be processed of the substrate held by the substrate holding unit,
The electrolytic processing apparatus according to claim 9, further comprising: a pressing mechanism configured to press the polishing surface toward the substrate held by the substrate holding unit.
前記第1の電極をカソード、第2の電極をアノードとし、基板の被処理面の上方あるいは下方に隙間を設けて電解めっきを行い、
前記第1の電極をアノード、第2の電極をカソードとし、基板の被処理面を研磨面で擦り付けながら電解エッチングを行うことを特徴とする電解処理方法。 The substrate is held by bringing the surface to be processed into contact with the first electrode, and the high-resistance structure and the second electrode are arranged in this order in opposition to the substrate, and the first electrode, the second electrode, During the electrolytic treatment by applying a voltage while filling the electrolytic solution during,
The first electrode is a cathode, the second electrode is an anode, electrolytic plating is performed by providing a gap above or below a surface to be processed of a substrate,
An electrolytic processing method, wherein the first electrode is used as an anode and the second electrode is used as a cathode, and electrolytic etching is performed while rubbing the surface to be processed of the substrate with a polishing surface.
前記第1の電極をカソード、第2の電極をアノードとし、基板の被処理面に研磨面を接触させつつ電解めっきを行い、
前記第1の電極をアノード、第2の電極をカソードとし、基板の被処理面を研磨面で擦り付けながら電解エッチングを行うことを特徴とする電解処理方法。 The substrate is held by bringing the surface to be processed into contact with the first electrode, and the high-resistance structure and the second electrode are arranged in this order in opposition to the substrate, and the first electrode, the second electrode, During the electrolytic treatment by applying a voltage while filling the electrolytic solution during,
The first electrode is a cathode, the second electrode is an anode, and electrolytic plating is performed while the polishing surface is in contact with the surface to be processed of the substrate;
An electrolytic processing method, wherein the first electrode is used as an anode and the second electrode is used as a cathode, and electrolytic etching is performed while rubbing the surface to be processed of the substrate with a polishing surface.
前記基板に対向して高抵抗構造体と第2の電極とを順に配置し、前記第1の電極と前記第2の電極との間に第1の電解液を満たしつつ電圧を印加して第1の電解処理を行い、
前記基板に対向して高抵抗構造体と第2の電極とを順に配置し、前記第1の電極と前記第2の電極との間に第2の電解液を満たしつつ電圧を印加して第2の電解処理を行うことを特徴とする電解処理方法。 Holding the substrate by bringing the first electrode into contact with the surface to be processed;
A high-resistance structure and a second electrode are arranged in order in opposition to the substrate, and a voltage is applied between the first electrode and the second electrode while applying a first electrolytic solution to apply a voltage between the first electrode and the second electrode. Perform the electrolytic treatment of 1,
A high-resistance structure and a second electrode are arranged in order in opposition to the substrate, and a voltage is applied between the first electrode and the second electrode while filling a second electrolytic solution to apply a voltage. 2. An electrolytic treatment method comprising performing the electrolytic treatment of 2.
18. The electrolytic processing method according to claim 17, wherein at least one of the first electrolytic process and the second electrolytic process is an etching process using an etchant as an electrolytic solution.
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KR101805779B1 (en) * | 2010-12-28 | 2017-12-07 | 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 | Electroplating method |
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