JP2004260106A - Method and apparatus for treating substrate - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture semiconductor devices or the like at a high yield while maintaining reproducibility within a substrate such as a semiconductor wafer or the like and among the substrates. <P>SOLUTION: The method to be provided comprises a step of making a pretreatment for plating on the substrate prior to selectively forming a protective film on the bottom face and the side faces or on the exposed surface of an buried interconnect formed on the surface of the substrate, a step of selectively forming the protective film on the bottom face and the side faces, or on the exposed surface of the interconnect by carrying out electroless plating on the surface of the pretreated substrate, a step of making a post-treatment for enhancing the selectivity on the protective film as needed, and a step of drying the substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理方法及び基板処理装置に係り、特に半導体ウエハ等の基板の表面に設けた配線用の微細な凹部に、銅や銀等の導電体を埋込んで構成する埋込み配線の底面及び側面、または露出表面に、配線材料の層間絶縁膜中への熱的拡散を防止する機能あるいは配線と層間絶縁膜の密着性を向上させる機能を有する導電膜や、配線を覆う磁性膜等の保護膜を無電解めっきで形成するのに使用される基板処理方法及び基板処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の配線形成プロセスとして、配線溝及びコンタクトホールに金属(導電体)を埋込むようにしたプロセス(いわゆる、ダマシンプロセス)が使用されつつある。これは、層間絶縁膜に予め形成した配線溝やコンタクトホールに、アルミニウム、近年では銅や銀等の金属を埋込んだ後、余分な金属を化学機械的研磨(CMP)によって除去し平坦化するプロセス技術である。
【0003】
従来この種の配線、例えば配線材料として銅を使用した銅配線にあっては、信頼性向上のため、層間絶縁膜への配線(銅)の熱的拡散を防止しかつエレクトロマイグレーション耐性を向上させるためのバリア膜を配線の底面及び側面に形成したり、その後絶縁膜(酸化膜)を積層して多層配線構造の半導体装置を作る場合の酸化性雰囲気における配線(銅)の酸化を防止したりするため酸化防止膜を形成するなどの方法が採用されている。従来、この種のバリア膜としては、タンタル、チタンまたはタングステンなどの金属あるいはその窒化物が一般に採用されており、また酸化防止膜としては、シリコンの窒化物などが一般に採用されていた。
【0004】
これに変わるものとして、最近になってコバルト合金やニッケル合金等からなる配線保護膜で埋込み配線の底面及び側面、または露出表面を選択的に覆って、配線の熱拡散、エレクトロマイグレーション及び酸化を防止することが検討されている。また、不揮発磁気メモリにおいては、微細化に伴う書込み電流の増加を抑制するため、記録用配線の周囲をコバルト合金やニッケル合金等の磁性膜で覆うことが考えられている。このコバルト合金やニッケル合金等は、例えば無電解めっきによって得られる。
【0005】
ここで、例えば、図1に示すように、半導体ウエハ等の基板Wの表面に堆積したSiO等からなる絶縁膜2の内部に配線用の微細な凹部4を形成し、表面にTaN等からなるバリア層6を形成した後、例えば、銅めっきを施して、基板Wの表面に銅膜を成膜して凹部4の内部に埋込み、しかる後、基板Wの表面にCMP(化学機械的研磨)を施して平坦化することで、絶縁膜2の内部に銅膜からなる配線8を形成し、この配線(銅膜)8の表面に、例えば無電解めっきによって得られる、Co−W−P合金膜からなる配線保護膜(蓋材)9を選択的に形成して配線8を保護する場合を考える。
【0006】
一般的な無電解めっきによって、このようなCo−W−P合金膜からなる配線保護膜(蓋材)9を配線8の表面に選択的に形成する工程を説明すると、先ず、CMP処理を施した半導体ウエハ等の基板Wを、例えば常温の希硫酸中に1分程度浸漬させて、絶縁膜2の表面に残った銅等のCMP残さ等を除去する。そして、基板Wの表面を純水等の洗浄液で洗浄した後、例えば常温のPdCl/HCl混合溶液中に基板Wを1分間程度浸漬させ、これにより、配線8の表面に触媒としてのPdを付着させて配線8の露出表面を活性化させる。次に、基板Wの表面を純水等で洗浄(リンス)した後、例えば液温が80℃のCo−W−Pめっき液中に基板Wを120秒程度浸漬させて、活性化させた配線8の表面に選択的な無電解めっきを施し、しかる後、基板Wの表面を純水等の洗浄液で洗浄する。これによって、配線8の露出表面に、Co−W−P合金膜からなる配線保護膜9を選択的に形成して配線8を保護する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、無電解めっきによってCo−W−P合金膜からなる配線保護膜を形成する際には、前述のように、各種薬液による前処理、めっき処理ならびに後処理や、その間のリンスなどの処理が施され、これらの処理において、基板表面は様々な条件の液に触れることになる。また、基板表面自体も、酸化膜やバリア膜、配線材料さらには触媒など様々な材料が共存しており、前工程での処理条件も含めると実に多様な表面状態が想定される。
【0008】
このように液側の多様性と基板側の多様性が存在する中で、基板の表面に形成された配線の底面及び側面、または露出表面に保護膜(めっき膜)を選択的に、かつ膜厚の面内均一性を高めた状態で形成し、しかも配線の信頼性向上という所期の要件を満たさなければならない。
【0009】
このためには、それぞれの処理を最適化するだけでなく、前後工程との最適化を図り、しかもその条件の維持が確実にできるようにプロセスならびに装置を組み立てることが要求される。しかしながら従来は、単に信頼性向上のためめっき膜をつけること、あるいはそのためのめっき液の条件などは検討されていたが、工業的に配線の信頼性向上という所期の要件を実現するための一連の操作に関する提案はなされていないのが現状であった。
【0010】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、半導体ウエハ等の基板面内、基板間での再現性があり、高い歩留りで半導体装置等を製造できるようにした基板処理方法及び基板処理装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、基板の表面に形成した埋込み配線の底面及び側面、または露出表面に保護膜を選択的に形成するに際し、前記基板にめっき前処理を施し、前記前処理後の基板の表面に無電解めっきを施して前記配線の底面及び側面、または露出表面に前記保護膜を選択的に形成し、前記処理後の基板を乾燥状態とすることを特徴とする基板処理方法である。
【0012】
これにより、基板の表面に形成した埋込み配線の底面及び側面、または露出表面に、無電解めっきによって保護膜を形成する一連の処理を連続して行うことができ、しかも乾燥状態まで基板を仕上げるので、そのまま次工程に搬送することが可能となるばかりでなく、次工程にかかるまでの間での保護膜(めっき膜)の劣化を抑えることができる。
【0013】
請求項2に記載の発明は、めっき前処理を施す基板が乾燥状態で投入されることを特徴とする請求項1記載の基板処理方法である。
請求項3に記載の発明は、前記無電解めっき後の基板に、前記保護膜の選択性を向上させるための後処理を施し、しかる後、基板を乾燥状態にすることを特徴とする請求項1または2記載の基板処理方法である。これにより、保護膜(めっき膜)の選択性を向上させて歩留りを高めることができる。
【0014】
請求項4に記載の発明は、前記めっき前処理は、前記基板表面を清浄化する工程と、該清浄化後の基板上の被めっき下地表面に触媒を付与して該被めっき下地表面を活性化する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の基板処理方法である。
一般に無電解めっきは、下地の状態によって結果が大きく左右される。基板表面は、前工程の条件によって、配線膜上に酸化膜が形成されていたり、層間絶縁膜上に金属成分が残留していたり、あるいは防食剤が強く吸着していたりと実に様々である。このため、めっき前処理として、適正な清浄化処理と活性化処理を行うことで、基板表面全体を清浄化し、かつ被めっき下地表面を初期化し活性化させて、再現性のあるめっきを行うことができる。
【0015】
請求項5に記載の発明は、前記配線の露出表面に前記保護膜を選択的に形成するに際して、前記基板表面を清浄化する工程に先だって、酸化剤による配線金属の酸化と砥粒による機械的除去によって平坦化を行う化学機械的研磨、アノード酸化と特殊な電解液により平坦化を行う電気化学的研磨、またはアノード酸化と砥粒により平坦化を行う複合電気化学的研磨のいずれかにより配線の露出表面の平坦化を行うことを特徴とする請求項4記載の基板処理方法である。
【0016】
請求項6に記載の発明は、前記基板表面の清浄化処理を、減圧または常圧雰囲気下で基板にプラズマ処理を施して行うことを特徴とする請求項4または5記載の基板処理方法である。
プラズマ処理は物理的に表面を処理するものであるので、基板表面に存在する膜の種類に依らず清浄化することが可能である。
請求項7に記載の発明は、前記被めっき下地表面の活性化処理を光照射、CVD法またはPVD法により行うことを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載の基板処理方法である。
【0017】
請求項8に記載の発明は、前記基板表面の清浄化処理を、pHが2以下の無機酸、pHが5以下のキレート能力を有する酸、pHが5以下の酸にキレート剤を添加した液、配線の防食剤を除去できるアルカリ溶液、またはアミノ酸のアルカリ溶液からなる薬液に前記基板表面を接触させることにより行い、しかる後に、前記清浄化後の基板表面をリンス液でリンス処理することを特徴とする請求項4記載の基板処理方法である。
【0018】
pHが2以下の無機酸としては、ふっ酸、硫酸または塩酸等が挙げられる。pHが5以下のキレート能力を有する酸としては、蟻酸、酢酸、蓚酸、酒石酸、クエン酸、マレイン酸またはサリチル酸等が挙げられる。pHが5以下の酸に添加するキレート剤としては、ハロゲン化物、カルボン酸、ジカルボン酸、オキシカルボン酸、並びにその水溶性塩等が挙げられる。これらを使用した清浄化処理を施すことによって、絶縁膜上に残った銅等からなるCMP残さやめっき下地表面の酸化物を除去し、めっきの選択性や下地との密着性を向上させることができる。また、CMP工程に一般に使用される防食剤は、通常めっき膜の析出の阻害因子となるが、配線に付着した防食剤を除去する能力を有するアルカリ溶液、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)を使用することで、このような防食剤を有効に除去することができる。なお、前記酸類と同一の効果を、グリシン、システイン、メチオニン等のアミノ酸のアルカリ溶液でも実現することが可能である。
【0019】
請求項9に記載の発明は、前記リンス液が、純水、水素ガス溶解水、または電解カソード水のいずれかであることを特徴とする請求項8記載の基板処理方法である。
清浄化後に基板表面をリンス液でリンス処理することで、清浄化に使用した薬品が基板表面に残留していて、次の活性化工程の障害となることを防止することができる。このリンス液としては、一般には超純水を用いるが、被めっき下地表面の材料構成によっては、超純水を使ったとしても、配線材料が局部電池作用などにより腐食することがある。そのような場合には、リンス液として、超純水に水素ガスを溶解した水素ガス溶解水、あるいは超純水を隔膜式電気分解して得られる電解カソード水のような、不純物を含まずしかも還元力の高い水を使うことが望ましい。また清浄化に用いる薬品が配線材料等に対して何がしかの腐食性を有することがあるので、清浄化処理とリンス処理の間の時間はなるべく短くすることが望ましい。
【0020】
請求項10に記載の発明は、前記被めっき下地表面への触媒の付与を、パラジウムを含む薬液に被めっき下地表面を接触させることにより行い、しかる後に、前記触媒付与後の基板表面をリンス液でリンス処理することを特徴とする請求項4乃至9のいずれかに記載の基板処理方法である。
【0021】
被めっき下地表面へ触媒を付与することによって、無電解めっきの選択性を高めることができる。触媒金属としては、様々な物質があるが、反応速度その他の制御のし易さなどの点からパラジウムを使うことが好ましい。触媒付与の方法としては、基板全体を触媒液に浸漬する場合と、スプレーなどによって触媒液を基板表面に向けて噴射する場合があり、めっき膜の組成や必要膜厚などによって、そのいずれかを選択することができる。一般に薄膜形成に際しては、スプレー法による方が再現性などの点で優れている。なお、清浄化処理の場合と同様に、触媒液が基板表面に残留していると、配線材料等の腐食やめっき工程へ悪影響の可能性があるので、触媒付与処理とリンス処理の間の時間はなるべく短くすることが望ましい。
【0022】
請求項11に記載の発明は、前記リンス液が、純水、水素ガス溶解水、電解カソード水、または無電解めっきに使用するめっき液を構成する成分の水溶液であることを特徴とする請求項10記載の基板処理方法である。
リンス液としては、清浄化処理の場合と同様に、純水、水素ガス溶解水、電解カソード水のいずれかを用いることも可能であるが、次のめっき工程に先だって基板を馴染ませておくため、例えば還元剤等のような無電解めっき液を構成する成分の水溶液を用いることも可能である。
【0023】
請求項12に記載の発明は、前記被めっき下地表面への触媒の付与に際して、触媒付与後の該被めっき下地表面のパラジウム触媒濃度を1cmあたり0.4〜8μgとすることを特徴とする請求項4乃至11のいずれかに記載の基板処理方法である。
基板全体に均一かつ連続な無電解めっき膜を形成するためには、被めっき下地表面への触媒付与量がある程度以上なければならないが、触媒としてパラジウムを使う場合には、少なくとも下地表面1cmあたり0.4μg以上パラジウムが付与されていれば、この要求に応えられることが発明者らにより実験的に確認されている。また、パラジウムを一定以上付与すると下地の腐食が生じ、配線全体としての抵抗値が上昇する事が知られており、めっきをつける上で下地表面1cmあたり8μg以上パラジウムを付与するとこういった傾向が顕著になることも、発明者らにより実験的に確認されている。
【0024】
請求項13に記載の発明は、前記前処理に使用する薬液の液量を計測するとともに、前処理液中の組成を分析し、前処理液中の不足する成分を補給することを特徴とする請求項4乃至12のいずれかに記載の基板処理方法である。
パラジウム溶液等は比較的高価であるので、これらの前処理液を循環使用することが考えられるが、その場合には処理に伴って有効成分が減少するので、各成分の濃度を管理することが好ましい。
【0025】
請求項14に記載の発明は、前記無電解めっきによる前記保護膜の成膜速度を毎分10〜200Åとすることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の基板処理方法である。
めっき速度は生産性に直結するため、あまり遅くすることが出来ないが、一方であまり早過ぎると均一性及び再現性を確保できなくなる。配線を保護する保護膜は、一般に数10〜数100Å程度の膜厚が要求されることが多いが、その場合には、成膜速度を毎分10〜200Åとすることが望ましい。なお、めっき速度は、pHなどめっき液の組成条件と反応温度などの反応条件の両者で制御することができる。
【0026】
請求項15に記載の発明は、前記無電解めっきによる前記保護膜の成膜を、pHが7〜10であって、アルカリ金属を含み、かつアンモニアを含まないめっき液に前記基板を接触させて行うことを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の基板処理方法である。
【0027】
一般に、無電解めっきでは反応を制御するためにめっき液を加温するが、加温しためっき液中にアンモニウムイオンが含まれると、アンモニアは揮発し易いため、めっき液組成を安定に維持することが困難となる。このためめっき速度やめっき膜組成などの再現性を長期にわたって維持することが困難となる。めっき液の構成成分として、アンモニウム塩ではなくアルカリ金属塩を使用し、めっき液中にアンモニウムイオンが含まれなくすることで、このような弊害を防止することができる。
【0028】
請求項16に記載の発明は、前記めっき液中に、少なくとも1.5g/l以上の濃度のタングステンが含まれていることを特徴とする請求項15記載の基板処理方法である。
ニッケル合金ないしコバルト合金の中で、前述の保護作用を実現するものとしては、合金膜中に一定程度のタングステンを含むことが望まれる。このためには無電解めっき液中に一定程度以上のタングステンが含まれていなければならないが、その量を少なくとも1.5g/l以上とすることで、合金中のタングステン量を有効的に制御することができる。
【0029】
請求項17に記載の発明は、前記保護膜がコバルト、タングステン、リンの3元素を含む合金膜であることを特徴とする請求項1乃至16のいずれかに記載の基板処理方法である。
ニッケル合金ないしコバルト合金の中で、コバルト、タングステン、リンの3元素を含む合金膜は、成膜レートが比較的遅いので薄膜形成に有利であり、まためっき液が比較的安定で膜組成の制御が容易であるばかりでなく、その再現性を容易に確保することができる。
【0030】
請求項18に記載の発明は、前記合金膜の平均組成が、コバルト75〜90atm%、タングステン1〜10atm%、リン5〜25atm%の範囲にあることを特徴とする請求項17記載の基板処理方法である。
コバルト、タングステン、リンの3元素を含む合金膜の組成においては、タングステンとリンの含有率にトレードオフ関係があり、またタングステン量が増えるとめっき速度が極端に低下する。従って、保護作用を実現する最低限のタングステン組成として1atm%以上、めっき速度の観点から最大限の組成として10atm%以下となり、これに応じてリン組成が5〜25atm%、コバルト組成が75〜90atm%となる。
【0031】
請求項19に記載の発明は、前記めっき液の液量を計測するとともに、めっき液の組成を分析し、めっき液中の不足する成分を補給することを特徴とする請求項15乃至18のいずれかに記載の基板処理方法である。
成膜によってめっき液中の各成分は消費され、それとは別に還元剤は時間とともに分解する。また、めっき液は加温して用いるので、水分等の蒸発に伴う組成変化も起こる。さらには、処理に伴う若干の液の系外への持ち出しも起こる。このため、pHやめっき液中の各成分の組成を分析し、ある範囲に維持することで、膜組成の再現性を維持することができる。
【0032】
請求項20に記載の発明は、前記めっき液中の溶存酸素濃度を測定して、溶存酸素濃度を一定に制御することを特徴とする請求項15乃至19のいずれかに記載の基板処理方法である。
詳細な機構は判っていないが、発明者らの実験結果によると、めっき液中の溶存酸素がある一定範囲に入っていないとめっき反応の再現性が悪くなる。このため、めっき液中の溶存酸素濃度を測定し、管理することで、めっき反応の安定性を維持することができる。
【0033】
請求項21に記載の発明は、前記無電解めっき処理後、基板をめっき液から引き上げ、pHが6〜7.5の中性液からなる停止液を基板表面に接触させてめっき反応を停止させることを特徴とする請求項1乃至20のいずれかに記載の基板処理方法である。
これにより、基板をめっき液から引き上げた直後にめっき反応を迅速に停止させて、めっき膜にめっきむらが発生することを防止することができる。この処理時間は、例えば1〜5秒であることが好ましい。
【0034】
請求項22に記載の発明は、停止液が、純水、水素ガス溶解水、または電解カソード水であることを特徴とする請求項21記載の基板処理方法である。
前述と同様に、表面の材料構成によっては配線材料が局部電池作用などにより腐食することがあり、このような場合に、還元性を持たせた超純水でめっきを停止させることで、このような弊害を回避することができる。
【0035】
請求項23に記載の発明は、前記基板の後処理が、筒状の洗浄部材を軸まわりに回転させながら該洗浄部材の表面を前記基板の被処理面に擦り付けることを含むことを特徴とする請求項3乃至22のいずれかに記載の基板処理方法である。
これにより、層間絶縁膜上の金属微粒子などのめっき残留物を確実に除去し、無電解めっきの選択性を一層向上させることができる。
【0036】
請求項24に記載の発明は、前記基板の後処理が、化学機械的研磨、電気化学的研磨または複合電気化学的研磨のいずれかにより、被処理面を平坦化することを含むことを特徴とする請求項3乃至23のいずれかに記載の基板処理方法である。
これにより、層間絶縁膜上の金属微粒子などのめっき残留物を確実に除去し、無電解めっきの選択性を一層向上させることができる。また、被めっき処理面の平坦化もできるため、次工程での処理が容易になる。
【0037】
請求項25に記載の発明は、前記基板の後処理に、界面活性剤、有機アルカリ及びキレート剤のいずれか一種または二種以上を含む薬液を使用することを特徴とする請求項3乃至24のいずれかに記載の基板処理方法である。
これらの薬液を用いることで、無電解めっきの選択性を一層効率良く向上させることができる。なお、界面活性剤としては非イオン性のものが、有機アルカリとしては第4級アンモニウムないしアミン類が、またキレート剤としてはエチレンジアミン類やクエン酸等の有機酸が好ましい。
【0038】
請求項26に記載の発明は、前記基板の後処理の後に、純水、水素ガス溶解水、または電解カソード水でリンスし、しかる後、基板を乾燥することを特徴とする請求項3乃至25のいずれかに記載の基板処理方法である。
前述と同様に、表面の材料構成によっては配線材料が局部電池作用などにより腐食することがあるが、このような場合に、還元性を持たせた超純水でリンスすることで、このような弊害を回避することができる。
【0039】
請求項27に記載の発明は、前記基板を乾燥状態にする乾燥処理を行う際に、乾燥空気または乾燥不活性ガスを用いて基板の周囲における雰囲気の湿度を制御することを特徴とする請求項1乃至26のいずれかに記載の基板処理方法である。
通常の雰囲気下で乾燥を行うと、基板上の水分が雰囲気中に飛散して湿度が高まり、乾燥処理をしたとはいえ基板表面には多量の水分が吸着しており、このままでは、吸着水分によって配線部分が酸化されるなど新たな問題を引き起こす可能性がある。またスピンドライヤでのミストバックによる、ウォータ・マーク発生などの問題も想定される。このため、乾燥時の雰囲気湿度を乾燥空気または乾燥窒素を用いて制御することで、このような弊害を回避することができる。
【0040】
請求項28に記載の発明は、前記乾燥後の基板に、前記保護膜を改質する熱処理を施すことを特徴とする請求項1乃至27のいずれかに記載の基板処理方法である。
これにより、配線の露出表面に形成した保護膜(めっき膜)のバリア性及び配線との密着性等を向上させることができる。また、次工程の前に熱処理を加えることで、配線の露出表面に形成した保護膜(めっき膜)の熱変形等を最小に抑えることができる。
【0041】
請求項29に記載の発明は、前記熱処理の温度が120〜450℃であることを特徴とする請求項1乃至28記載の基板処理方法である。
保護膜の改質に必要な温度としては、処理時間の現実性も含めて考えると、少なくとも120℃以上であり、かつデバイスを構成する材料の耐熱性を考慮すると450℃を超えないことが望ましい。
【0042】
請求項30に記載の発明は、被めっき下地表面に形成された前記保護膜の膜厚を測定することを特徴とする請求項1乃至29のいずれかに記載の基板処理方法である。
これにより、配線の露出表面に形成した保護膜の膜厚を測定し、この膜厚の変動に応じて、例えば次の基板に対するめっき処理の処理時間を調整することで、配線の露出表面に形成される保護膜の膜厚を一定に制御することができる。
【0043】
請求項31に記載の発明は、基板の表面に形成した埋込み配線の底面及び側面、または露出表面に保護膜を選択的に形成する基板処理装置であって、前記基板表面にめっき前処理を施す前処理ユニットと、前記前処理後の基板の表面に無電解めっきを施して前記配線の底面及び側面、または露出表面に前記保護膜を選択的に形成する無電解めっきユニットと、前記無電解めっき処理後の基板を乾燥状態にする乾燥ユニットを有することを特徴とする基板処理装置である。
これにより、基板の表面に形成した埋込み配線の底面及び側面、または露出表面に、無電解めっきによって保護膜を形成する一連の処理を1つの装置内で連続して行うことができ、しかも乾燥状態まで基板を仕上げるのでそのまま次工程に搬送することが可能となる。
【0044】
請求項32に記載の発明は、無電解めっきユニットと乾燥ユニットの間に、基板表面に形成した前記保護膜の選択性を向上させるための後処理を施す後処理ユニットを有することを特徴とする請求項31記載の基板処理装置である。
これにより、それぞれの処理工程を別々の装置(処理部)で行う場合に比較して全体がコンパクトになり、広い設置スペースを必要とせず、装置のイニシャルコスト、ランニングコストを低くでき、且つ短い処理時間で、選択性を高めた保護膜(めっき膜)を形成できる。
【0045】
請求項33に記載の発明は、前処理ユニットは、基板表面を薬液で処理し、該薬液を基板表面から除去する第1前処理ユニットと、基板表面に触媒を付与し、該触媒付与に使用した薬液を基板表面から除去する第2前処理ユニットとを有することを特徴とする請求項31または32記載の基板処理装置である。
処理装置に投入される基板の表面状態は前工程によって左右されるが、第1前処理ユニットでの適正な薬液処理による表面清浄化及び初期化と、第2前処理ユニットでの触媒付与による活性化処理を行うことにより、前工程の如何に依らないめっき処理が可能となる。
【0046】
請求項34に記載の発明は、前記前処理ユニットは、薬液を基板に対してスプレーで噴射するように構成されていることを特徴とする請求項31乃至33のいずれかに記載の基板処理装置である。
触媒付与の方法としては浸漬法とスプレー法が考えられるが、信頼性などの点から見てスプレー法のほうが優れている。
【0047】
請求項35に記載の発明は、前記前処理ユニットが保有する前処理液の液量を計測するとともに、前処理液中の組成を分析し、前処理液中の不足する成分を補給する前処理液管理ユニットを有することを特徴とする請求項31乃至34のいずれかに記載の基板処理装置である。
前処理液の組成の分析方法としては、電極法、滴定法、電気化学的測定等があり、これらの分析結果を信号処理して前処理液中の不足する成分を補給槽から定量ポンプなどを使って前処理液貯槽へ補給し、これによって、前処理液の液量と組成を管理することで、薄膜めっきを再現性良く実現できる。
【0048】
請求項36に記載の発明は、前記無電解めっきユニットは、めっき槽、めっき液循環系及びめっき液貯槽とを備え、該めっき液循環系は、めっき待機時及びめっき処理時に個別に設定可能な流量でめっき液を前記めっき槽と前記めっき液貯槽の間を循環可能であり、かつめっき待機時のめっき液の循環流量が2〜20L/minで、めっき処理時のめっき液の循環流量が0〜10L/minであることを特徴とする請求項31乃至35のいずれかに記載の基板処理装置である。
これにより、めっき待機時にめっき液の大きな循環流量を確保して、セル内のめっき浴の液温を一定に維持し、めっき処理時には、めっき液の循環流量を小さくして、より均一な膜厚の保護膜(めっき膜)を成膜することができる。
【0049】
請求項37に記載の発明は、前記無電解めっきユニットが保有するめっき液の液量を計測するとともに、めっき液中の組成を分析し、めっき液中の不足する成分を補給するめっき液管理ユニットを有することを特徴とする請求項31乃至36のいずれかに記載の基板処理装置である。
めっき液の組成の分析方法としては、吸光光度法、滴定法、電気化学的測定、電気泳動法などがあり、これらの分析結果を信号処理してめっき液中の不足する成分を補給槽から定量ポンプなどを使ってめっき液貯槽へ補給し、これによって、めっき液の液量と組成を管理することで、薄膜めっきを再現性良く実現できる。
【0050】
請求項38に記載の発明は、前記めっき液管理ユニットは、前記無電解めっきユニットが保有するめっき液の溶存酸素を測定する溶存酸素濃度計を有し、該溶存酸素濃度計の指示によりめっき液の溶存酸素濃度を一定に管理することを特徴とする請求項37記載の基板処理装置である。
めっき液中の溶存酸素濃度の測定法としては電気化学的方法等があり、脱気、窒素吹き込みその他の方法でめっき液中の溶存酸素濃度を一定に管理することで、めっき反応を再現性良く実現することができる。
【0051】
請求項39に記載の発明は、前記後処理ユニットは、ロールスクラブ洗浄方式、ペンシル洗浄方式またはエッチング液によるエッチングバック方式のうちの少なくとも一種類を使用していることを特徴とする請求項31乃至38のいずれかに記載の基板処理装置である。
これにより、めっき処理後の基板表面に物理的な力を加えたり、エッチング力のある薬液を接触させたりすることで、層間絶縁膜上の残留物を完全に取り除いて、半導体装置等の歩留りを向上させることができる。
【0052】
請求項40に記載の発明は、前記後処理ユニットは、化学機械的研磨ユニット、電気化学的研磨ユニットまたは複合電気化学的研磨ユニットのうちの少なくとも一種類を使用していることを特徴とする請求項31乃至39のいずれかに記載の基板処理装置である。
これにより、めっき処理後の基板表面に物理的な力を加えることで、層間絶縁膜上の残留物を完全に取り除いて、半導体装置等の歩留りを向上させることができる。また、めっき処理後の基板表面の平坦化ができ、以後の基板処理が容易になる。
【0053】
請求項41に記載の発明は、前記乾燥ユニットは、スピンドライヤからなることを特徴とする請求項31乃至40のいずれかに記載の基板処理装置である。
これにより後処理後の基板を迅速に乾燥できるので、装置としての生産性を高めることができる。
【0054】
請求項42に記載の発明は、前記乾燥ユニットは、該乾燥ユニットに乾燥空気を供給するドライエアユニットないし乾燥不活性ガスを供給するドライ不活性ガスユニットを有することを特徴とする請求項31乃至41のいずれかに記載の基板処理装置である。
これにより後処理後の基板の乾燥を徹底させ、吸着水分による配線部分の酸化やミストバックによるウォータ・マーク発生などの問題を回避できる。
【0055】
請求項43に記載の発明は、前記乾燥ユニットで乾燥後の基板に、前記保護膜を改質する熱処理を施す熱処理ユニットを有することを特徴とする請求項31乃至42のいずれかに記載の基板処理装置である。
これにより、基板の表面上の被めっき下地表面配線に形成した保護膜のバリア性及び配線との密着性等の向上までの一連の工程を1台の装置で効率良く実現することができる。
【0056】
請求項44に記載の発明は、被めっき下地表面に形成された保護膜の膜厚を測定する膜厚測定ユニットを有することを特徴とする請求項31乃至43のいずれかに記載の基板処理装置である。
膜厚測定ユニットとしては、光学式のもの、AFM、EDXなどがあり、その信号を処理して、例えば次の基板に対するめっき処理の処理時間を調整することができ、これによって、基板の表面上の被めっき下地表面に形成される保護膜の膜厚を一定に制御することができる。
【0057】
請求項45に記載の発明は、前記各ユニットに水素ガス溶解水または電解カソード水を供給する、超純水に水素ガスを溶解する装置または超純水を電解する装置を有することを特徴とする請求項31乃至44のいずれかに記載の基板処理装置である。
【0058】
【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2は、本発明の実施の形態の基板処理装置の平面配置図を示す。同図に示すように、この基板処理装置には、表面に形成した配線用の凹部4内に銅等からなる配線8を形成した基板W(図1参照、以下同じ)を収容した基板カセット10を載置収容するロード・アンロードユニット12が備えられている。そして、排気系統を備えた矩形状ハウジング16の一方の長辺側に沿った位置に、基板Wのめっき前処理、すなわち基板Wの表面を清浄化する第1前処理ユニット18、同じく清浄化後の配線8の露出表面に触媒を付与して活性化させる第2前処理ユニット20、基板Wの表面(被処理面)に無電解めっき処理を行う無電解めっきユニット22及び無電解めっき処理によって配線8の表面に形成された保護膜9(図1参照、以下同じ)の選択性を向上させるための基板Wの後処理を行う後処理ユニット24が直列に配置されている。
【0059】
また、ハウジング16の他方の長辺側に沿った位置に、後処理後の基板Wを乾燥させる乾燥ユニット26、乾燥後の基板Wに熱処理(アニール)を施す熱処理ユニット28及び配線8の表面に形成された保護膜9の膜厚を測定する膜厚測定ユニット30が直列に配置されている。更に、ハウジング16の長辺と平行にレール32に沿って走行自在で、これらの各ユニット及びロード・アンロードユニット12に搭載された基板カセット10との間で基板の受渡しを行う搬送ロボット34が、直線状に配置された各ユニットに挟まれた位置に配置されている。
【0060】
次に、この基板処理装置による一連の無電解めっき処理について、図3を参照して説明する。なお、この例では、図1に示すように、Co−W−P合金膜からなる配線保護膜(蓋材)9を選択的に形成して配線8を保護する場合について説明する。
【0061】
先ず、表面に配線8を形成し乾燥させた基板Wを該基板Wの表面を上向き(フェースアップ)で収納してロード・アンロードユニット12に搭載した基板カセット10から、1枚の基板Wを搬送ロボット34で取り出して第1前処理ユニット18に搬送する。この第1前処理ユニット18では、基板Wをフェースダウンで保持して、この表面に、めっき前処理としての清浄化処理(薬液洗浄)を行う。つまり、例えば液温が25℃で、希釈HSO等の薬液を基板Wの表面に向けて噴射して、絶縁膜2(図1参照)の表面に残った銅等のCMP残さや配線膜上の酸化物等を除去し、しかる後、基板Wの表面に残った洗浄楽液を純水等のリンス液でリンス(洗浄)する。
【0062】
ここで使われる薬液としては、pHが2以下のふっ酸、硫酸、塩酸等の無機酸や、蟻酸、酢酸、蓚酸、酒石酸、クエン酸、マレイン酸、サリチル酸等のpH5以下のキレート能力を有する酸、pH5以下の酸であってハロゲン化物、カルボン酸、ジカルボン酸、オキシカルボン酸ならびにその水溶性塩等のキレート剤が添加されているもの等があげられる。これらの薬液を使用した清浄化処理を施すことによって、絶縁膜上に残った銅等からなるCMP残さやめっき下地表面の酸化物を除去し、めっきの選択性や下地との密着性を向上させることができる。また、CMP工程に一般に使用される防食剤は、通常めっき膜の析出の阻害因子となるが、配線に付着した防食剤を除去する能力を有するアルカリ薬液、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)を使用することで、このような防食剤を有効に除去することができる。なお、前記酸類と同一の効果を、グリシン、システイン、メチオニン等のアミノ酸のアルカリ溶液でも実現することが可能である。
【0063】
また、清浄化後に基板Wの表面をリンス液でリンス処理(洗浄)することで、清浄化に使用した薬品が基板Wの表面に残留していて、次の活性化工程の障害となることを防止することができる、このリンス液としては、一般には超純水を用いるが、被めっき下地表面の材料構成によっては、超純水を使ったとしても、配線材料が局部電池作用などにより腐食することがある。そのような場合には、リンス液として、超純水に水素ガスを溶解した水素ガス溶解水、あるいは超純水を隔膜式電気分解して得られる電解カソード水のような、不純物を含まずしかも還元力の高い水を使うことが望ましい。また清浄化処理に用いる薬品が配線材料等に対して何がしかの腐食性を有することがあるので、清浄化処理とリンス処理の間の時間はなるべく短いことが好ましい。
【0064】
なお、この例では、薬液を使用して配線8の表面の清浄化処理(めっき前処理)を行うようにした例を示しているが、配線8の表面の清浄化処理を、減圧または常圧雰囲気下で基板にプラズマ処理を施して行うようにしてもよい。
【0065】
次に、この清浄化処理及びリンス処理後の基板Wを搬送ロボット34で第2前処理ユニット20に搬送し、ここで基板Wをフェースダウンで保持して、この表面に触媒付与処理を行う。つまり、例えば、液温が25℃で、PdCl/HCl等の混合溶液を基板Wの表面に向けて噴射し、これにより、配線8の表面に触媒としてのPdを付着させ、つまり配線8の表面に触媒核(シード)としてのPd核を形成して、配線8の表面配線の露出表面を活性化させ、しかる後、基板Wの表面に残った触媒薬液を純水等のリンス液でリンス(洗浄)する。
【0066】
この薬液(触媒薬液)としては、Pdを含んだ無機または有機酸溶液を使用するが、触媒液中のPd含有量が薄すぎると、被めっき下地表面の触媒密度が少なくなりめっきできなくなり、濃過ぎると配線8上にピッチングなどの欠陥を引き起こす。
【0067】
基板全体に均一かつ連続な無電解めっき膜を形成するためには、被めっき下地表面への触媒付与量がある程度以上なければならないが、触媒としてパラジウムを使う場合には、少なくとも下地表面1cmあたり0.4μg以上パラジウムが付与されていれば、この要求に応えられることが実験的に確認されている。また、Pdを一定以上付与していくと、下地の浸食が進み、下地を合わせた抵抗値が上昇することが知られている。下地表面1cmあたり8μg以上パラジウムを付与するとこういった傾向が顕著になることも、実験的に確認されている。
【0068】
このように、基板Wの表面に触媒を付与することによって、無電解めっきの選択性を高めることができる。ここで、触媒金属としては、様々な物質があるが、反応速度その他の制御のし易さなどの点からPdを使うことが好ましい。触媒付与の方法としては、基板全体を触媒液に浸漬する場合と、スプレーなどによって触媒液を基板表面に向けて噴射する場合があり、めっき膜の組成や必要膜厚などによって、そのいずれかを選択することができる。一般に薄膜形成に際しては、スプレー法による方が再現性などの点で優れている。
【0069】
なお、パラジウム溶液等は比較的高価であるので、これらの前処理液を循環使用することも考えられるが、その場合には、処理に伴って有効成分が減少するとともに基板に付着することによる前処理液の持ち出しがあるので、各成分の濃度と量を管理することが好ましい。
このため、前処理液の組成を分析し、不足分を添加するための前処理液管理ユニット(図示せず)を併置することが好ましい。具体的には、清浄化に使われる薬液は、酸乃至アルカリが主体であるので、例えばpHを測定し、所定の値との差から減少分を補給するとともに、薬液貯槽に設けた液面計により減少量を補給することができる。また、触媒液については、たとえば酸性のパラジウム溶液の場合には、pHにより酸の量を、また滴定法ないし比濁法によりパラジウムの量を測定し、同様にして減少量を補給することができる。
【0070】
また、選択性を向上させるために、層間絶縁膜2および配線8上の残留Pdを除去する必要があり、一般的には、純水リンスが使用される。なお、清浄化処理の場合と同様に、触媒液が基板表面に残留していると、配線材料等の腐食やめっき工程へ悪影響の可能性があるので、触媒付与処理とリンス処理の間の時間はなるべく短くすることが望ましい。リンス液としては、清浄化処理の場合と同様に、純水、水素ガス溶解水、電解カソード水のいずれかを用いることも可能であるが、次のめっき工程に先だって基板を馴染ませておくため、無電解めっき液を構成する成分の水溶液を用いることも可能である。
【0071】
なお、この例は、配線8の表面のPd付着による活性化処理を薬液を使用して行うようにした例を示しているが、この活性化処理を光照射、CVD法またはPVD法により行うようにしてもよい。
【0072】
そして、この触媒を付与しリンス処理した基板Wを搬送ロボット34で無電解めっきユニット22に搬送し、ここで基板Wをフェースダウンで保持して、この表面に無電解めっき処理を施す。つまり、例えば、液温が80℃のCo−W−Pめっき液中に基板Wを、例えば120秒程度浸漬させて、活性化させた配線8の表面に選択的な無電解めっき(無電解Co−W−P蓋めっき)を施して、配線保護膜(蓋材)9を選択的に形成する。このめっき液の組成は、例えば以下の通りである。
【0073】
・CoSO・7HO:14g/L
・Na・2HO:70g/L
・HBO:40g/L
・NaWO・2HO:12g/L
・NaHPO・HO:21g/L
・pH:9.5
【0074】
ここで、めっき液として、pHが7〜10で、ナトリウム元素を含み、かつアンモニウムイオンを含まないものを使用することが好ましい。一般に、無電解めっきでは反応を制御するためにめっき液を加温するが、加温しためっき液中にアンモニウムイオンが含まれると、アンモニアは揮発し易いため、めっき液組成を安定に維持することが困難となる。このためめっき速度やめっき膜組成などの再現性を長期にわたって維持することが困難となる。めっき液の構成成分として、アンモニウム塩ではなく、例えばアルカリ金属塩を使用し、めっき液中にアンモニウムイオンが含まれなくすることで、このような弊害を防止することができる。
【0075】
ここで、無電解めっきによる保護膜9の成膜速度を毎分10〜200Åとすることが好ましい。めっき速度は生産性に直結するため、あまり遅くすることが出来ないが、一方であまり早過ぎると均一性及び再現性を確保できなくなる。保護膜9は、一般に数10〜数100Å程度の膜厚が要求されることが多いが、その場合には、成膜速度を毎分10〜200Åとすることが望ましい。なお、めっき速度は、pHなどめっき液の組成条件と反応温度などの反応条件の両者で制御することができる。
【0076】
めっき液として、その組成に、少なくとも1.5g/l以上の濃度のWが含まれているものを使用することが好ましい。Ni合金ないしCo合金の中で、保護膜9としての機能を実現するものとしては、合金膜中に一定程度のWを含むことが望まれる。このためには、めっき液中に一定程度以上のWが含まれていなければならないが、その量を少なくとも1.5g/l以上とすることで、合金中のW量を有効的に制御することができる。
【0077】
ここで、成膜によってめっき液中の各成分は消費され、めっき液中の還元剤は時間とともに分解する。また、めっき液は加温して用いるので、水分等の蒸発に伴う組成変化も起こる。このため、めっき液の液量を計測するとともに、めっき液のpHやめっき液中の各成分の組成を分析し、めっき液中の不足する成分を補給してある範囲に維持することが好ましく、これにより、膜組成の再現性を維持することができる。
【0078】
また、詳細な機構は判っていないが、実験の結果によると、めっき液中の溶存酸素がある一定範囲に入っていないとめっき反応の再現性が悪くなる。このため、前記めっき液中の溶存酸素濃度を測定し、溶存酸素濃度を一定に制御することが好ましく、これにより、めっき反応の安定性を維持することができる。
【0079】
以上のようなめっき液の管理に必要な分析機器ならびにめっき成分の補給機構を搭載しためっき液管理ユニット(図示せず)を併置することも出来る。
なお前処理液やめっき液を繰り返し利用すると、外部からの持ち込みやそれ自身の分解によってある特定成分が蓄積し、めっきの再現性や膜質の劣化につながることがある。このような特定成分を選択的に除去する機構を追加することにより、液寿命の延長と再現性の向上を図ることができる。
【0080】
なお、この例のように、保護膜9をCo,W及びPの3元素を含む合金膜で構成することが好ましい。これは、Ni合金ないしCo合金の中で、Co、W及びPの3元素を含む合金膜は、成膜レートが比較的遅いので薄膜形成に有利であるからであり、まためっき液が比較的安定で膜組成の制御が容易であるばかりでなく、その再現性を容易に確保することができる。
【0081】
このように、保護膜9をCo,W及びPの3元素を含む合金膜で構成する場合には、保護膜(合金膜)9の平均組成が、Co:75〜90atm%、W:1〜10atm%、P:5〜25atm%の範囲にあることが好ましい。Co、W及びPの3元素を含む合金膜の組成においては、WとPの含有率にトレードオフ関係があり、またW量が増えるとめっき速度が極端に低下する。従って、保護作用を実現する最低限のW組成として1atm%以上、めっき速度の観点から最大限の組成として10atm%以下となり、これに応じてP組成が5〜25atm%、Co組成が75〜90atm%となる。
【0082】
そして、基板Wをめっき液から引き上げた後、pHが6〜7.5の中性液からなる停止液を基板Wの表面に接触させて、無電解めっき処理を停止させる。これにより、基板Wをめっき液から引き上げた直後にめっき反応を迅速に停止させて、めっき膜にめっきむらが発生することを防止することができる。この処理時間は、例えば1〜5秒であることが好ましい。この停止液としては、純水、水素ガス溶解水、または電解カソード水が挙げられる。前述と同様に、表面の材料構成によっては配線材料が局部電池作用などにより腐食することがあり、このような場合に、還元性を持たせた超純水でめっきを停止させることで、このような弊害を回避することができる。
しかる後、基板の表面に残っためっき液を純水等のリンス液でリンス(洗浄)する。これによって、配線8の表面に、Co−W−P合金膜からなる配線保護膜9を選択的に形成して配線8を保護する。
【0083】
次に、この無電解めっき処理後の基板Wを搬送ロボット34で後処理ユニット24に搬送し、ここで、基板Wの表面に形成された保護膜(めっき膜)9の選択性を向上させて歩留りを高めるための基板後処理を施す。つまり、基板Wの表面に、例えばロールスクラブ洗浄やペンシル洗浄による物理的な力を加えつつ、界面活性剤、有機アルカリ及びキレート剤のいずれか一種または二種以上を含む薬液に基板Wの表面に供給し、これにより、層間絶縁膜2上の金属微粒子等のめっき残留物を完全に除去して、めっきの選択性を向上させる。これらの薬液を用いることで、無電解めっきの選択性を一層効率良く向上させることができる。なお、界面活性剤としては非イオン性のものが、有機アルカリとしては第4級アンモニウムないしアミン類が、またキレート剤としてはエチレンジアミン類やが好ましい。
【0084】
そして、このように薬液を使用した場合には、基板Wの表面に残った薬液を純水等のリンス液でリンス(洗浄)する。このリンス液としては、純水、水素ガス溶解水、または電解カソード水が挙げられる。前述と同様に、表面の材料構成によっては配線材料が局部電池作用などにより腐食することがあるが、このような場合に、還元性を持たせた超純水でリンスすることで、このような弊害を回避することができる。
【0085】
なお、前述の、例えばロールスクラブ洗浄やペンシル洗浄による物理的な力による洗浄の他に、錯化剤による洗浄、更にはエッチング液による均一エッチングバック等により、更にはこれらを任意に組み合わせて層間絶縁膜上の残留物を完全に取り除くようにしてもよい。
【0086】
そして、この後処理後の基板Wを搬送ロボット34で乾燥ユニット26に搬送し、ここで必要に応じてリンス処理を行う、しかる後、基板Wを高速で回転させてスピン乾燥させる。
【0087】
これにより、基板Wの表面に形成した埋込み配線8の露出表面に、無電解めっきによって保護膜9を形成する一連の処理を連続して行うことができ、しかも乾燥状態まで基板を仕上げるので、そのまま次工程に搬送することが可能となるばかりでなく、次工程にかかるまでの間での保護膜(めっき膜)9の劣化を抑えることができる。
【0088】
この基板Wを乾燥状態にする乾燥処理(スピン乾燥)を行う際に、乾燥空気または乾燥不活性ガスを用いて基板の周囲の雰囲気の湿度を制御することが好ましい。通常の雰囲気下で乾燥を行うと、基板上の水分が雰囲気中に飛散して湿度が高まり、乾燥処理をしたとはいえ基板表面には多量の水分が吸着ししており、このままでは、吸着水分によって配線部分が酸化されるなど新たな問題を引き起こす可能性がある。またスピンドライヤでのミストバックによる、ウォータ・マーク発生などの問題も想定される。このため、乾燥時の雰囲気湿度を乾燥空気または乾燥窒素を用いて制御することで、このような弊害を回避することができる。
【0089】
このスピン乾燥後の基板Wを搬送ロボット34で熱処理ユニット28に搬送し、ここで、後処理後の基板Wに保護膜9を改質する熱処理(アニール)を施す。保護膜9の改質に必要な温度としては、処理時間の現実性も含めて考えると、少なくとも120℃以上であり、かつデバイスを構成する材料の耐熱性を考慮すると450℃を超えないことが望ましい。このため、この熱処理(アニール)の温度は、例えば120〜450℃である。このように基板Wに熱処理を施すことで、配線の露出表面に形成した保護膜(めっき膜)のバリア性及び配線との密着性を向上させることができる。
【0090】
次に、熱処理後の基板Wを搬送ロボット34で、例えば光学式、AFM、EDX等の膜厚測定ユニット30に搬送し、この膜厚測定ユニット30で配線8の表面に形成された配線保護膜9の膜厚を測定し、この膜厚測定後の基板Wを搬送ロボット34でロード・アンロードユニット12に搭載された基板カセット10に戻す。
【0091】
そして、この配線8の露出表面に形成した保護膜9の膜厚をオフラインで測定した測定結果を無電解めっき処理の前にフィードバックし、これにより、この膜厚の変動に応じて、例えば次の基板に対するめっき処理の処理時間を調整する。このように、配線8の露出表面に形成した保護膜9の膜厚を測定し、この膜厚の変動に応じて、例えば次の基板に対するめっき処理の処理時間を調整することで、配線8の露出表面に形成される保護膜9の膜厚を一定に制御することができる。
【0092】
なお、配線8の露出表面に保護膜9を選択的に形成するに際して、配線8の露出表面を清浄化する工程に先だって、化学機械的研磨、電気化学的研磨または複合電気化学的研磨のいずれかにより配線8の露出表面の平坦化を行うことが好ましく、これによって、保護膜9のより平坦化を図ることができる。
【0093】
次に、図2に示す基板処理装置に備えられている各種ユニットの詳細を以下に説明する。
第1前処理ユニット18及び第2前処理ユニット20は、使用される処理液(薬液)が異なるのみで、同じ構成の、異なる液体の混合を防ぐ2液分離方式を採用したもので、フェースダウンで搬送された基板Wの処理面(表面)である下面の周縁部をシールし、裏面側を押圧して基板Wを固定するようにしている。
【0094】
この処理ユニット18,20は、図4乃至図7に示すように、フレーム50の上部に取付けた固定枠52と、この固定枠52に対して相対的に上下動する移動枠54を備えており、この移動枠54に、下方に開口した有底円筒状のハウジング部56と基板ホルダ58とを有する処理ヘッド60が懸架支持されている。つまり、移動枠54には、ヘッド回転用サーボモータ62が取付けられ、このサーボモータ62の下方に延びる出力軸(中空軸)64の下端に処理ヘッド60のハウジング部56が連結されている。
【0095】
この出力軸64の内部には、図7に示すように、スプライン66を介して該出力軸64と一体に回転する鉛直軸68が挿着され、この鉛直軸68の下端に、ボールジョイント70を介して処理ヘッド60の基板ホルダ58が連結されている。この基板ホルダ58は、ハウジング部56の内部に位置している。また鉛直軸68の上端は、軸受72及びブラケットを介して、移動枠54に固定した固定リング昇降用シリンダ74に連結されている。これにより、この昇降用シリンダ74の作動に伴って、鉛直軸68が出力軸64とは独立に上下動するようになっている。
【0096】
また、固定枠52には、上下方向に延びて移動枠54の昇降の案内となるリニアガイド76が取付けられ、ヘッド昇降用シリンダ(図示せず)の作動に伴って、移動枠54がリニアガイド76を案内として昇降するようになっている。
【0097】
処理ヘッド60のハウジング部56の周壁には、この内部に基板Wを挿入する基板挿入窓56aが設けられている。また、処理ヘッド60のハウジング部56の下部には、図8及び図9に示すように、例えばPEEK製のメインフレーム80と、例えばポリエチレン製のガイドフレーム82との間に周縁部を挟持されてシールリング84aが配置されている。このシールリング84aは、基板Wの下面の周縁部に当接し、ここをシールするためのものである。
【0098】
一方、基板ホルダ58の下面周縁部には、基板固定リング86が固着され、この基板ホルダ58の基板固定リング86の内部に配置したスプリング88の弾性力を介して、円柱状のプッシャ90が基板固定リング86の下面から下方に突出するようになっている。更に、基板ホルダ58の上面とハウジング部56の上壁部との間には、内部を気密的にシールする、例えばテフロン(登録商標)製で屈曲自在な円筒状の蛇腹板92が配置されている。
【0099】
これにより、基板ホルダ58を上昇させた状態で、基板Wを基板挿入窓56aからハウジング部56の内部に挿入する。すると、この基板Wは、ガイドフレーム82の内周面に設けたテーパ面82aに案内され、位置決めされてシールリング84aの上面の所定の位置に載置される。この状態で、基板ホルダ58を下降させ、この基板固定リング86のプッシャ90を基板Wの上面に接触させる。そして、基板ホルダ58を更に下降させることで、基板Wをスプリング88の弾性力で下方に押圧し、これによって基板Wの表面(下面)の周縁部にシールリング84aで圧接させて、ここをシールしつつ、基板Wをハウジング部56と基板ホルダ58との間で挟持して保持するようになっている。
【0100】
なお、このように、基板Wを基板ホルダ58で保持した状態で、ヘッド回転用サーボモータ62を駆動すると、この出力軸64と該出力軸64の内部に挿着した鉛直軸68がスプライン66を介して一体に回転し、これによって、ハウジング部56と基板ホルダ58も一体に回転する。
【0101】
処理ヘッド60の下方に位置して、該処理ヘッド60の外径よりもやや大きい内径を有する上方に開口した、外槽100aと内槽100bを有する処理槽100が備えられている。処理槽100の外周部には、蓋体102に取付けた一対の脚部104が回転自在に支承されている。更に、脚部104には、クランク106が一体に連結され、このクランク106の自由端は、蓋体移動用シリンダ108のロッド110に回転自在に連結されている。これにより、蓋体移動用シリンダ108の作動に伴って、蓋体102は、処理槽100の上端開口部を覆う処理位置と、側方の待避位置との間を移動するように構成されている。この蓋体102の表面(上面)には、下記のように、例えば還元力を有する電解イオン水を外方(上方)に向けて噴射する多数の噴射ノズル112aを有するノズル板112が備えられている。
【0102】
更に、図10に示すように、処理槽100の内槽100bの内部には、薬液タンク120から薬液ポンプ122の駆動に伴って供給された薬液を上方に向けて噴射する複数の噴射ノズル124aを有するノズル板124が、該噴射ノズル124aが内槽100bの横断面の全面に亘ってより均等に分布した状態で配置されている。この内槽100bの底面には、薬液(排液)を外部に排出する排水管126が接続されている。この排水管126の途中には、三方弁128が介装され、この三方弁128の一つの出口ポートに接続された戻り管130を介して、必要に応じて、この薬液(排液)を薬液タンク120に戻して再利用できるようになっている。更に、この例では、蓋体102の表面(上面)に設けられたノズル板112は、例えば純水等のリンス液を供給するリンス液供給源132に接続されている。また、外槽100aの底面にも、排水管127が接続されている。
【0103】
これにより、基板を保持した処理ヘッド60を下降させて、処理槽100の上端開口部を処理ヘッド60で塞ぐように覆い、この状態で、処理槽100の内槽100bの内部に配置したノズル板124の噴射ノズル124aから薬液を基板Wに向けて噴射することで、基板Wの下面(処理面)の全面に亘って薬液を均一に噴射し、しかも薬液の外部への飛散を防止しつつ薬液を排水管126から外部に排出できる。更に、処理ヘッド60を上昇させ、処理槽100の上端開口部を蓋体102で閉塞した状態で、処理ヘッド60で保持した基板Wに向けて、蓋体102の上面に配置したノズル板112の噴射ノズル112aからリンス液を噴射することで、基板表面に残った薬液のリンス処理(洗浄処理)を行い、しかもこのリンス液は外槽100aと内槽100bの間を通って、排水管127を介して排出されるので、内槽100bの内部に流入することが防止され、リンス液が薬液に混ざらないようになっている。
【0104】
この前処理ユニット18,20によれば、図4に示すように、処理ヘッド60を上昇させた状態で、この内部に基板Wを挿入して保持し、しかる後、図5に示すように、処理ヘッド60を下降させて処理槽100の上端開口部を覆う位置に位置させる。そして、処理ヘッド60を回転させて、処理ヘッド60で保持した基板Wを回転させながら、処理槽100の内部に配置したノズル板124の噴射ノズル124aから薬液を基板Wに向けて噴射することで、基板Wの全面に亘って薬液を均一に噴射する。また、処理ヘッド60を上昇させて所定位置で停止させ、図6に示すように、待避位置にあった蓋体102を処理槽100の上端開口部を覆う位置まで移動させる。そして、この状態で、処理ヘッド60で保持して回転させた基板Wに向けて、蓋体102の上面に配置したノズル板112の噴射ノズル112aからリンス液を噴射する。これにより、基板Wの薬液による処理と、リンス液によるリンス処理とを、2つの液体が混ざらないようにしながら行うことができる。
【0105】
なお、処理ヘッド60の下降位置を調整して、この処理ヘッド60で保持した基板Wとノズル板124との距離を調整することで、ノズル板124の噴射ノズル124aから噴射された薬液が基板Wに当たる領域や噴射圧を任意に調整することができる。ここで、薬液等の前処理液を循環させて使用すると、処理に伴って有効成分が減少するとともに、基板に付着することによる前処理液(薬液)の持ち出しがあるので、前処理液の組成を分析し、不足分を添加するための前処理液管理ユニット(図示せず)を併置することが好ましい。具体的には、清浄化に使われる薬液は、酸乃至アルカリが主体であるので、例えばpHを測定し、所定の値との差から減少分を補給するとともに、薬液貯槽に設けた液面計により減少量を補給することができる。また、触媒液については、たとえば酸性のパラジウム溶液の場合には、pHにより酸の量を、また滴定法ないし比濁法によりパラジウムの量を測定し、同様にして減少量を補給することができる。
【0106】
無電解めっきユニット22を図11乃至図17に示す。この無電解めっきユニット22は、めっき槽200(図17参照)と、このめっき槽200の上方に配置されて基板Wを着脱自在に保持する基板ヘッド204を有している。
【0107】
基板ヘッド204は、図11に詳細に示すように、ハウジング部230とヘッド部232とを有し、このヘッド部232は、吸着ヘッド234と該吸着ヘッド234の周囲を囲繞する基板受け236から主に構成されている。そして、ハウジング部230の内部には、基板回転用モータ238と基板受け駆動用シリンダ240が収納され、この基板回転用モータ238の出力軸(中空軸)242の上端はロータリジョイント244に、下端はヘッド部232の吸着ヘッド234にそれぞれ連結され、基板受け駆動用シリンダ240のロッドは、ヘッド部232の基板受け236に連結されている。更に、ハウジング部230の内部には、基板受け236の上昇を機械的に規制するストッパ246が設けられている。
【0108】
ここで、吸着ヘッド234と基板受け236との間には、同様なスプライン構造が採用され、基板受け駆動用シリンダ240の作動に伴って基板受け236は吸着ヘッド234と相対的に上下動するが、基板回転用モータ238の駆動によって出力軸242が回転すると、この出力軸242の回転に伴って、吸着ヘッド234と基板受け236が一体に回転するように構成されている。
【0109】
吸着ヘッド234の下面周縁部には、図12乃至図14に詳細に示すように、下面をシール面として基板Wを吸着保持する吸着リング250が押えリング251を介して取付けられ、この吸着リング250の下面に円周方向に連続させて設けた凹状部250aと吸着ヘッド234内を延びる真空ライン252とが吸着リング250に設けた連通孔250bを介して互いに連通するようになっている。これにより、凹状部250a内を真空引きすることで、基板Wを吸着保持するのであり、このように、小さな幅(径方向)で円周状に真空引きして基板Wを保持することで、真空による基板Wへの影響(たわみ等)を最小限に抑え、しかも吸着リング250をめっき液(処理液)中に浸すことで、基板Wの表面(下面)のみならず、エッジについても、全てめっき液に浸すことが可能となる。基板Wのリリースは、真空ライン252にNを供給して行う。
【0110】
一方、基板受け236は、下方に開口した有底円筒状に形成され、その周壁には、基板Wを内部に挿入する基板挿入窓236aが設けられ、下端には、内方に突出する円板状の爪部254が設けられている。更に、この爪部254の上部には、基板Wの案内となるテーパ面256aを内周面に有する突起片256が備えられている。
【0111】
これにより、図12に示すように、基板受け236を下降させた状態で、基板Wを基板挿入窓236aから基板受け236の内部に挿入する。すると、この基板Wは、突起片256のテーパ面256aに案内され、位置決めされて爪部254の上面の所定位置に載置保持される。この状態で、基板受け236を上昇させ、図13に示すように、この基板受け236の爪部254上に載置保持した基板Wの上面を吸着ヘッド234の吸着リング250に当接させる。次に、真空ライン252を通して吸着リング250の凹状部250aを真空引きすることで、基板Wの上面の周縁部を該吸着リング250の下面にシールしながら基板Wを吸着保持する。そして、めっき処理を行う際には、図14に示すように、基板受け236を数mm下降させ、基板Wを爪部254から離して、吸着リング250のみで吸着保持した状態となす。これにより、基板Wの表面(下面)の周縁部が、爪部254の存在によってめっきされなくなることを防止することができる。
【0112】
図15は、めっき槽200の詳細を示す。このめっき槽200は、底部において、めっき液供給管308(図17参照)に接続され、周壁部にめっき液回収溝260が設けられている。めっき槽200の内部には、ここを上方に向かって流れるめっき液の流れを安定させる2枚の整流板262,264が配置され、更に底部には、めっき槽200の内部に導入されるめっき液の液温を測定する温度測定器266が設置されている。また、めっき槽200の周壁外周面のめっき槽200で保持しためっき液の液面よりやや上方に位置して、直径方向のやや斜め上方に向けてめっき槽200の内部に、pHが6〜7.5の中性液からなる停止液、例えば純水を噴射する噴射ノズル268が設置されている。これにより、めっき終了後、ヘッド部232で保持した基板Wをめっき液の液面よりやや上方まで引き上げて一旦停止させ、この状態で、基板Wに向けて噴射ノズル268から純水(停止液)を噴射して基板Wを直ちに冷却し、これによって、基板Wに残っためっき液によってめっきが進行してしまうことを防止することができる。
【0113】
更に、めっき槽200の上端開口部には、アイドリング時等のめっき処理の行われていない時に、めっき槽200の上端開口部を閉じて該めっき槽200からのめっき液の無駄な蒸発を防止するめっき槽カバー270が開閉自在に設置されている。
【0114】
このめっき槽200は、図17に示すように、底部において、めっき液貯槽302から延び、途中にめっき液供給ポンプ304と三方弁306とを介装しためっき液供給管308に接続されている。これにより、めっき処理中にあっては、めっき槽200の内部に、この底部からめっき液を供給し、溢れるめっき液をめっき液回収溝260からめっき液貯槽302へ回収することで、めっき液が循環できるようになっている。また、三方弁306の一つの出口ポートには、めっき液貯槽302に戻るめっき液戻り管312が接続されている。これにより、めっき待機時にあっても、めっき液を循環させることができるようになっており、これによって、めっき液循環系が構成されている。このように、めっき液循環系を介して、めっき液貯槽302内のめっき液を常時循環させることにより、単純にめっき液を貯めておく場合に比べてめっき液の濃度の低下率を減少させ、基板Wの処理可能数を増大させることができる。
【0115】
特に、この例では、めっき液供給ポンプ304を制御することで、めっき待機時及びめっき処理時に循環するめっき液の流量を個別に設定できるようになっている。すなわち、めっき待機時のめっき液の循環流量は、例えば2〜20L/minで、めっき処理時のめっき液の循環流量は、例えば0〜10L/minに設定される。これにより、めっき待機時にめっき液の大きな循環流量を確保して、セル内のめっき浴の液温を一定に維持し、めっき処理時には、めっき液の循環流量を小さくして、より均一な膜厚の保護膜(めっき膜)を成膜することができる。
【0116】
めっき槽200の底部付近に設けられた温度測定器266は、めっき槽200の内部に導入されるめっき液の液温を測定して、この測定結果を元に、下記のヒータ316及び流量計318を制御する。
【0117】
つまり、この例では、別置きのヒータ316を使用して昇温させ流量計318を通過させた水を熱媒体に使用し、熱交換器320をめっき液貯槽302内のめっき液中に設置して該めっき液を間接的に加熱する加熱装置322と、めっき液貯槽302内のめっき液を循環させて攪拌する攪拌ポンプ324が備えられている。これは、めっきにあっては、めっき液を高温(約80℃程度)にして使用することがあり、これと対応するためであり、この方法によれば、インライン・ヒーティング方式に比べ、非常にデリケートなめっき液に不要物等が混入するのを防止することができる。
【0118】
図16は、めっき槽200の側方に付設されている洗浄槽202の詳細を示す。この洗浄槽202の底部には、純水等のリンス液を上方に向けて噴射する複数の噴射ノズル280がノズル板282に取付けられて配置され、このノズル板282は、ノズル上下軸284の上端に連結されている。更に、このノズル上下軸284は、ノズル位置調整用ねじ287と該ねじ287と螺合するナット288との螺合位置を変えることで上下動し、これによって、噴射ノズル280と該噴射ノズル280の上方に配置される基板Wとの距離を最適に調整できるようになっている。
【0119】
更に、洗浄槽202の周壁外周面の噴射ノズル280より上方に位置して、直径方向のやや斜め下方に向けて洗浄槽202の内部に純水等の洗浄液を噴射して、基板ヘッド204のヘッド部232の、少なくともめっき液に接液する部分に洗浄液を吹き付けるヘッド洗浄ノズル286が設置されている。
【0120】
この洗浄槽202にあっては、基板ヘッド204のヘッド部232で保持した基板Wを洗浄槽202内の所定の位置に配置し、噴射ノズル280から純水等の洗浄液(リンス液)を噴射して基板Wを洗浄(リンス)するのであり、この時、ヘッド洗浄ノズル286から純水等の洗浄液を同時に噴射して、基板ヘッド204のヘッド部232の、少なくともめっき液に接液する部分を該洗浄液で洗浄することで、めっき液に浸された部分に析出物が蓄積してしまうことを防止することができる。
【0121】
この無電解めっきユニット22にあっては、基板ヘッド204を上昇させた位置で、前述のようにして、基板ヘッド204のヘッド部232で基板Wを吸着保持し、めっき槽200のめっき液を循環させておく。
【0122】
そして、めっき処理を行うときには、めっき槽200のめっき槽カバー270を開き、基板ヘッド204を回転させながら下降させ、ヘッド部232で保持した基板Wをめっき槽200内のめっき液に浸漬させる。
【0123】
そして、基板Wを所定時間めっき液中に浸漬させた後、基板ヘッド204を上昇させて、基板Wをめっき槽200内のめっき液から引き上げ、必要に応じて、前述のように、基板Wに向けて噴射ノズル268から純水(停止液)を噴射して基板Wを直ちに冷却し、更に基板ヘッド204を上昇させて基板Wをめっき槽200の上方位置まで引き上げて、基板ヘッド204の回転を停止させる。
【0124】
次に、基板ヘッド204のヘッド部232で基板Wを吸着保持したまま、基板ヘッド204を洗浄槽202の直上方位置に移動させる。そして、基板ヘッド204を回転させながら洗浄槽202内の所定の位置まで下降させ、噴射ノズル280から純水等の洗浄液(リンス液)を噴射して基板Wを洗浄(リンス)し、同時に、ヘッド洗浄ノズル286から純水等の洗浄液を噴射して、基板ヘッド204のヘッド部232の、少なくともめっき液に接液する部分を該洗浄液で洗浄する。
【0125】
この基板Wの洗浄が終了した後、基板ヘッド204の回転を停止させ、基板ヘッド204を上昇させて基板Wを洗浄槽202の上方位置まで引き上げ、更に基板ヘッド204を搬送ロボット34との受渡し位置まで移動させ、この搬送ロボット34に基板Wを受渡して次工程に搬送する。
【0126】
この電解めっきユニット22には、図17に示すように、無電解めっきユニット22が保有するめっき液の液量を計測するとともに、例えば吸光光度法、滴定法、電気化学的測定などでめっき液の組成を分析し、めっき液中の不足する成分を補給するめっき液管理ユニット330が備えられている。そして、これらの分析結果を信号処理してめっき液中の不足する成分を、図示しない補給槽から定量ポンプなどを使ってめっき液貯槽302へ補給してめっき液の液量と組成を管理するようになっており、これによって、薄膜めっきを再現性良く実現できる。
【0127】
このめっき液管理ユニット330は、無電解めっきユニット22が保有するめっき液の溶存酸素を、例えば電気化学的方法等により測定する溶存酸素濃度計332を有しており、この溶存酸素濃度計332の指示により、例えば脱気、窒素吹き込みその他の方法でめっき液中の溶存酸素濃度を一定に管理することができるようになっている。このように、めっき液中の溶存酸素濃度を一定に管理することで、めっき反応を再現性良く実現することができる。
なお、めっき液を繰り返し利用すると、外部からの持ち込みやそれ自身の分解によってある特定成分が蓄積し、めっきの再現性や膜質の劣化につながることがある。このような特定成分を選択的に除去する機構を追加することにより、液寿命の延長と再現性の向上を図ることができる。
【0128】
図18及び図19は、図2における後処理ユニット24と乾燥ユニット26とを兼用して、基板の後処理と乾燥処理を連続して行うようにした後処理・乾燥ユニット400を示す。つまり、この後処理・乾燥ユニット400は、まず化学洗浄(後処理)及び純水洗浄(リンス)を行い、その後、スピンドル回転により洗浄後の基板Wを完全乾燥させるようにしたユニットであり、基板Wのエッジ部を把持するクランプ機構420を備えた基板ステージ422と、このクランプ機構420の開閉を行う基板着脱用昇降プレート424とを備えている。
【0129】
基板ステージ422は、スピンドル回転用モータ(図示せず)の駆動に伴って高速回転するスピンドル426の上端に連結されている。また、クランプ機構420で把持した基板Wの周囲には、処理液の飛散を防止する洗浄カップ428が配置されており、この洗浄カップ428は図示しないシリンダの作動に伴って上下動するようになっている。
【0130】
また、後処理・乾燥ユニット400は、クランプ機構420で把持した基板Wの表面に処理液を供給する薬液用ノズル430と、基板Wの裏面に純水を供給する複数の純水用ノズル432と、クランプ機構420で把持した基板Wの上方に配置された回転可能なペンシル型洗浄スポンジ434とを備えている。この洗浄スポンジ434は、水平方向に揺動可能な旋回アーム436の自由端に取付けられている。なお、後処理・乾燥ユニット400の上部には、ユニット内にクリーンエアを導入するためのクリーンエア導入口438が設けられている。
【0131】
このような構成の後処理・乾燥ユニット400においては、基板Wをクランプ機構420で把持して回転させ、旋回アーム436を旋回させながら、薬液用ノズル430から処理液を洗浄スポンジ434に向けて供給しつつ、基板Wの表面に洗浄スポンジ434を擦り付けることで、基板Wの表面の後処理を行うようになっている。そして、純水用ノズル432から基板Wの裏面に純水が供給され、この純水用ノズル432から噴射される純水で基板Wの裏面も同時に洗浄(リンス)される。このようにして洗浄された基板Wは、スピンドル426を高速回転させることでスピン乾燥させられる。
【0132】
なお、図示しないが、乾燥ユニットとして、この内部に乾燥空気を供給するドライエアユニットを備え、基板のスピンドライの際に、乾燥ユニット内に乾燥空気を供給するようにしたものを使用することが好ましい。これにより、基板の乾燥を徹底させ、吸着水分による配線部分の酸化やミストバックによるウォータ・マーク発生などの問題を回避することができる。
また、リンス液として、水素ガス溶解水や電解カソード水を使用する場合には、前記各ユニットに、超純水に水素ガスを溶解する装置または超純水を電解する装置を付設し、これらの装置から水素ガス溶解水または電解カソード水を基板に供給するようにすることができる。
【0133】
ここで、この例では、配線保護膜9として、Co−W−P合金膜を使用した例を示しているが、Co−P、Ni−PまたはNi−W−Pからなる配線保護膜を使用するようにしてもよい。また、配線材料として、銅を使用した例を示しているが、銅の他に、銅合金、銀、銀合金、金及び金合金等を使用しても良い。
また、この例では、基板に形成した埋込み配線8の表面に保護膜9を形成するようにした例を示しているが、この埋込み配線8の底面及び側部に、配線材料の層間絶縁膜中への拡散を防止する機能を有する導電膜(保護膜)を前述と同様にして形成するようにしてもよい。
【0134】
なお、前述の保護膜(めっき膜)9の形成にあたっては、膜厚、膜質、選択性に対する高い精度が要求されるので、各プロセスステップ間の時間を制御することが必要であり、それを実現するために、全てのプロセスステップを同一装置内で行うことが有効であるが、この基板処理装置によれば、この要請に応えることができる。
【0135】
また、薬液処理やめっき処理後に基板の表面に薬液やめっき液が残ると、保護膜(めっき膜)の面内均一性や配線の電気特性等の成膜状態に悪影響を及ぼす。そのために、薬液処理と純水リンス処理を同じユニット内で行って、基板の表面に残った薬液やめっき液を素早く除去することで、装置のフットプリントを低減させるとともに、高い歩留りで半導体装置等を製造することができる。
【0136】
ここで、噴射方式の薬液処理またはリンス処理を採用することにより、基板表面へ常にフレッシュな液体をより均一に分散させて供給して、処理時間が短縮できる。また、噴射点の位置を調整することで、保護膜の面内処理の均一性を容易に改善することができる。なお、例えば、基板表面にマイルドな処理が必要である場合には、浸漬方式を採用しても良いことは勿論である。
【0137】
噴射ノズルからの液体の噴射角には制限があるので、一つ噴射ノズルからの噴射では、限られる範囲にしかカーパできない。噴射距離が短すぎると、基板全面に向けて薬液等を噴射するために、噴射ノズルの数が多く要求される。一方、噴射距離が長すぎると、過大な加圧装置が要るし、めっき装置全体の高さが増える。このため、一つの工程に使用する噴射ノズルの数は、例えば1〜25個で、噴射ノズルから基板までの距離は、例えば10〜150mm程度が好ましい。また、一つの噴射ノズルから噴射される薬液等の流量は、0.2〜1.2L/minで、噴射圧力は10〜100kPa程度が好ましい。
【0138】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板の表面に形成した埋込み配線の底面及び側面、または露出表面に、無電解めっきによって保護膜を形成する一連の処理を連続して行うことができ、しかも乾燥状態まで基板を仕上げるので、そのまま次工程に搬送することが可能となるばかりでなく、次工程にかかるまでの間での保護膜(めっき膜)の劣化を抑えることができる。これによって、半導体ウエハ等の基板面内、基板間での再現性があり、高い歩留りで半導体装置等を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】無電解めっきによって配線保護膜を形成した状態を示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態の基板処理装置の平面配置図である。
【図3】図2に示す基板処理装置におけるプロセスフロー図である。
【図4】前処理ユニットの基板受渡し時における正面図である。
【図5】前処理ユニットの薬液処理時における正面図である。
【図6】前処理ユニットのリンス時における正面図である。
【図7】前処理ユニットの基板受渡し時における処理ヘッドを示す断面図である。
【図8】図7のA部拡大図である。
【図9】前処理ユニットの基板固定時における図8相当図である。
【図10】前処理ユニットの系統図である。
【図11】無電解めっきユニットの基板受渡し時における基板ヘッドを示す断面図である。
【図12】図11のB部拡大図である。
【図13】無電解めっきユニットの基板固定時における基板ヘッドを示す図12相当図である。
【図14】無電解めっきユニットのめっき処理時における基板ヘッドを示す図12相当図である。
【図15】無電解めっきユニットのめっき槽カバーを閉じた時のめっき槽を示す一部切断の正面図である。
【図16】無電解めっきユニットの洗浄槽を示す断面図である。
【図17】無電解めっきユニットの系統図である。
【図18】後処理・乾燥ユニットを示す縦断正面図である。
【図19】後処理・乾燥ユニットを示す平面図である。
【符号の説明】
8 配線
9 保護膜
12 ロード・アンロードユニット
18,20 前処理ユニット
22 無電解めっきユニット
24 後処理ユニット
26 乾燥ユニット
28 熱処理ユニット
30 膜厚測定ユニット
34 搬送ロボット
56 ハウジング部
58 基板ホルダ
60 処理ヘッド
74 昇降用シリンダ
80 メインフレーム
84a シールリング
86 基板固定リング
100 処理槽
102 蓋体
112 ノズル板
112a 噴射ノズル
120 薬液タンク
122 薬液ポンプ
124 ノズル板
124a 噴射ノズル
126 排水管
128 三方弁
132 リンス液供給源
200 めっき槽
202 洗浄槽
204 基板ヘッド
230 ハウジング部
232 ヘッド部
234 吸着ヘッド
250 吸着リング
254 爪部
260 めっき液回収溝
268 噴射ノズル
280 噴射ノズル
282 ノズル板
286 ヘッド洗浄ノズル
302 液供給タンク
304 液供給ポンプ
306 三方弁
308 めっき液供給管
316 ヒータ
318 流量計
320 熱交換器
322 加熱装置
324 攪拌ポンプ
330 液管理ユニット
332 溶存酸素濃度計
400 後処理・乾燥ユニット
420 クランプ機構
422 基板ステージ
424 基板着脱用昇降プレート
426 スピンドル
428 洗浄カップ
430 薬液用ノズル
432 純水用ノズル
434 洗浄スポンジ
436 旋回アーム
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing method and a substrate processing apparatus, and more particularly to a bottom surface of an embedded wiring formed by embedding a conductor such as copper or silver in a fine recess for wiring provided on the surface of a substrate such as a semiconductor wafer. And a conductive film having a function of preventing thermal diffusion of the wiring material into the interlayer insulating film or a function of improving the adhesion between the wiring and the interlayer insulating film, a magnetic film covering the wiring, or the like, on the side surface or the exposed surface. The present invention relates to a substrate processing method and a substrate processing apparatus used for forming a protective film by electroless plating.
[0002]
[Prior art]
As a wiring forming process of a semiconductor device, a process (so-called damascene process) in which a metal (conductor) is embedded in a wiring groove and a contact hole is being used. This is because a metal such as aluminum, recently copper or silver is buried in a wiring groove or a contact hole previously formed in an interlayer insulating film, and then excess metal is removed by chemical mechanical polishing (CMP) to planarize the metal. Process technology.
[0003]
Conventionally, in the case of this type of wiring, for example, copper wiring using copper as a wiring material, in order to improve reliability, thermal diffusion of wiring (copper) to an interlayer insulating film is prevented and electromigration resistance is improved. Film is formed on the bottom and side surfaces of the wiring for preventing the wiring (copper) from being oxidized in an oxidizing atmosphere when a semiconductor device having a multilayer wiring structure is formed by laminating an insulating film (oxide film) thereafter. For this purpose, a method such as forming an antioxidant film is employed. Conventionally, a metal such as tantalum, titanium or tungsten or a nitride thereof has been generally adopted as a barrier film of this type, and a nitride of silicon or the like has been generally adopted as an antioxidant film.
[0004]
An alternative to this is to prevent thermal diffusion, electromigration and oxidation of the wiring by recently selectively covering the bottom and side surfaces or the exposed surface of the buried wiring with a wiring protective film made of cobalt alloy, nickel alloy, etc. It is considered to be. In a nonvolatile magnetic memory, in order to suppress an increase in write current due to miniaturization, it is considered that the periphery of the recording wiring is covered with a magnetic film such as a cobalt alloy or a nickel alloy. This cobalt alloy, nickel alloy, or the like is obtained by, for example, electroless plating.
[0005]
Here, for example, as shown in FIG. 1, SiO deposited on the surface of a substrate W such as a semiconductor wafer 2 A fine concave portion 4 for wiring is formed inside an insulating film 2 made of, for example, and a barrier layer 6 made of TaN or the like is formed on the surface. Then, for example, copper plating is performed to form a copper film on the surface of the substrate W. A film 8 is formed and buried in the recess 4, and thereafter, the surface of the substrate W is subjected to CMP (chemical mechanical polishing) to be flattened, thereby forming a wiring 8 made of a copper film inside the insulating film 2. In the case where the wiring 8 is protected by selectively forming a wiring protection film (cover material) 9 made of a Co—WP alloy film, which is obtained by, for example, electroless plating, on the surface of the wiring (copper film) 8. think of.
[0006]
The step of selectively forming the wiring protection film (cover material) 9 made of such a Co-WP alloy film on the surface of the wiring 8 by general electroless plating will be described. First, a CMP treatment is performed. The substrate W such as a semiconductor wafer or the like is immersed in, for example, normal temperature diluted sulfuric acid for about 1 minute to remove a CMP residue such as copper remaining on the surface of the insulating film 2. Then, after cleaning the surface of the substrate W with a cleaning liquid such as pure water, for example, PdCl 2 The substrate W is immersed for about one minute in the / HCl mixed solution, whereby Pd as a catalyst is attached to the surface of the wiring 8 to activate the exposed surface of the wiring 8. Next, after cleaning (rinsing) the surface of the substrate W with pure water or the like, the activated wiring is immersed in, for example, a Co-WP plating solution having a liquid temperature of 80 ° C. for about 120 seconds to activate the wiring. The surface of the substrate 8 is selectively electrolessly plated, and then the surface of the substrate W is cleaned with a cleaning liquid such as pure water. As a result, the wiring protection film 9 made of a Co-WP alloy film is selectively formed on the exposed surface of the wiring 8 to protect the wiring 8.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when forming a wiring protection film made of a Co-WP alloy film by electroless plating, as described above, pretreatment, plating and post-treatment with various chemicals, and treatment such as rinsing between them are performed. In these processes, the substrate surface comes into contact with liquids of various conditions. In addition, various materials such as an oxide film, a barrier film, a wiring material, and a catalyst coexist on the substrate surface itself, and various surface states can be assumed if the processing conditions in the previous process are included.
[0008]
In the presence of the diversity on the liquid side and the diversity on the substrate side, a protective film (plating film) is selectively and selectively formed on the bottom and side surfaces of the wiring formed on the surface of the substrate or on the exposed surface. It must be formed in a state where the thickness uniformity in the plane is enhanced, and satisfy the desired requirements of improving the reliability of wiring.
[0009]
For this purpose, it is necessary not only to optimize the respective processes but also to optimize the processes before and after, and to assemble the process and the apparatus so that the conditions can be maintained reliably. In the past, however, the mere provision of a plating film to improve reliability, or the conditions of plating solutions for that purpose, had been studied. At the present time, no proposal has been made regarding the operation of.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a reproducibility within a substrate surface of a semiconductor wafer or the like and between substrates, and enables a semiconductor device or the like to be manufactured with a high yield and a substrate processing apparatus. The purpose is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1, when selectively forming a protective film on the bottom surface and the side surface of the embedded wiring formed on the surface of the substrate, or on the exposed surface, performing a plating pretreatment on the substrate, A substrate processing method, wherein the surface of the substrate is subjected to electroless plating to selectively form the protective film on the bottom and side surfaces of the wiring or on the exposed surface, and the processed substrate is dried. is there.
[0012]
As a result, a series of processes for forming a protective film by electroless plating on the bottom and side surfaces of the embedded wiring formed on the surface of the substrate or on the exposed surface can be continuously performed, and the substrate is finished to a dry state. In addition, not only can it be transported to the next step as it is, but also the deterioration of the protective film (plating film) before the next step can be suppressed.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the substrate processing method according to the first aspect, wherein the substrate to be subjected to the plating pretreatment is supplied in a dry state.
The invention according to claim 3 is characterized in that the substrate after the electroless plating is subjected to a post-treatment for improving the selectivity of the protective film, and thereafter, the substrate is dried. 3. The substrate processing method according to 1 or 2. Thereby, the selectivity of the protective film (plating film) can be improved and the yield can be increased.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the plating pretreatment, a step of cleaning the surface of the substrate, and applying a catalyst to the surface of the substrate to be plated on the substrate after the cleaning to activate the surface of the substrate to be plated 4. The substrate processing method according to claim 1, further comprising:
In general, the result of electroless plating largely depends on the state of the base. The surface of the substrate varies depending on the conditions of the previous process, such as an oxide film being formed on the wiring film, a metal component remaining on the interlayer insulating film, or an anticorrosive being strongly adsorbed. For this reason, by performing appropriate cleaning and activation treatments as plating pretreatment, it is necessary to clean the entire substrate surface and initialize and activate the base surface to be plated, thereby performing reproducible plating. Can be.
[0015]
In the invention according to claim 5, when selectively forming the protective film on the exposed surface of the wiring, prior to the step of cleaning the substrate surface, oxidation of the wiring metal by an oxidizing agent and mechanical polishing by an abrasive are performed. Either chemical mechanical polishing to planarize by removal, electrochemical polishing to planarize by anodic oxidation and special electrolyte, or combined electrochemical polishing to planarize by anodic oxidation and abrasive grains. 5. The method according to claim 4, wherein the exposed surface is planarized.
[0016]
The invention according to claim 6 is the substrate processing method according to claim 4 or 5, wherein the cleaning of the substrate surface is performed by subjecting the substrate to plasma processing under reduced pressure or normal pressure atmosphere. .
Since the plasma treatment physically treats the surface, it can be cleaned regardless of the type of film present on the substrate surface.
The invention according to claim 7 is the substrate processing method according to any one of claims 4 to 6, wherein the activation treatment of the base surface to be plated is performed by light irradiation, a CVD method, or a PVD method. .
[0017]
The invention according to claim 8, wherein the cleaning treatment of the substrate surface is performed by adding a chelating agent to an inorganic acid having a pH of 2 or less, an acid having a chelating ability of pH 5 or less, or an acid having a pH of 5 or less. By contacting the substrate surface with a chemical solution consisting of an alkaline solution capable of removing an anticorrosive for wiring or an alkaline solution of amino acids, and thereafter, rinsing the cleaned substrate surface with a rinse solution. The substrate processing method according to claim 4, wherein
[0018]
Examples of the inorganic acid having a pH of 2 or less include hydrofluoric acid, sulfuric acid, and hydrochloric acid. Examples of the acid having a chelating ability having a pH of 5 or less include formic acid, acetic acid, oxalic acid, tartaric acid, citric acid, maleic acid and salicylic acid. Examples of the chelating agent to be added to an acid having a pH of 5 or less include halides, carboxylic acids, dicarboxylic acids, oxycarboxylic acids, and water-soluble salts thereof. By performing a cleaning treatment using these, it is possible to remove the CMP residue made of copper or the like remaining on the insulating film and the oxide on the surface of the plating base, thereby improving the plating selectivity and the adhesion to the base. it can. An anticorrosion agent generally used in the CMP process is usually an inhibitor of deposition of a plating film. However, an alkaline solution having an ability to remove the anticorrosion agent attached to the wiring, for example, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) is used. By using, such an anticorrosive can be effectively removed. Note that the same effects as those of the above-mentioned acids can be realized by an alkaline solution of an amino acid such as glycine, cysteine, and methionine.
[0019]
The invention according to claim 9 is the substrate processing method according to claim 8, wherein the rinsing liquid is any one of pure water, hydrogen gas-dissolved water, and electrolytic cathode water.
By rinsing the substrate surface with a rinsing liquid after the cleaning, it is possible to prevent the chemical used for the cleaning from remaining on the substrate surface and hindering the next activation step. As the rinsing liquid, ultrapure water is generally used. However, depending on the material composition of the surface of the base to be plated, even if ultrapure water is used, the wiring material may corrode due to a local battery action or the like. In such a case, the rinsing liquid does not contain impurities such as hydrogen gas dissolved water obtained by dissolving hydrogen gas in ultrapure water or electrolytic cathode water obtained by diaphragm-type electrolysis of ultrapure water, and It is desirable to use water with high reducing power. In addition, since the chemical used for cleaning may have some corrosiveness with respect to the wiring material and the like, it is desirable to shorten the time between the cleaning processing and the rinsing processing as much as possible.
[0020]
In the invention according to claim 10, the application of the catalyst to the surface of the substrate to be plated is performed by bringing the surface of the substrate to be plated into contact with a chemical solution containing palladium, and thereafter, the substrate surface after the application of the catalyst is rinsed with a rinsing liquid. The substrate processing method according to any one of claims 4 to 9, wherein a rinsing process is performed.
[0021]
By providing a catalyst to the surface of the base to be plated, the selectivity of electroless plating can be increased. As the catalyst metal, there are various substances, but it is preferable to use palladium in terms of the reaction rate and ease of control. As a method of applying the catalyst, there are a case where the entire substrate is immersed in the catalyst solution and a case where the catalyst solution is sprayed toward the surface of the substrate by spraying or the like. You can choose. In general, when forming a thin film, the spray method is superior in reproducibility and the like. As in the case of the cleaning treatment, if the catalyst solution remains on the substrate surface, there is a possibility that corrosion of the wiring material and the like and the plating process may be adversely affected. Is desirably as short as possible.
[0022]
The invention according to claim 11 is characterized in that the rinsing liquid is pure water, hydrogen gas-dissolved water, electrolytic cathode water, or an aqueous solution of a component constituting a plating solution used for electroless plating. 11. The substrate processing method according to item 10.
As the rinsing liquid, as in the case of the cleaning treatment, any of pure water, hydrogen gas-dissolved water, and electrolytic cathode water can be used, but in order to familiarize the substrate prior to the next plating step. For example, it is also possible to use an aqueous solution of a component constituting the electroless plating solution such as a reducing agent.
[0023]
According to a twelfth aspect of the present invention, when the catalyst is applied to the surface of the base to be plated, the concentration of the palladium catalyst on the surface of the base to be plated after the catalyst is applied is 1 cm. 2 12. The substrate processing method according to claim 4, wherein the amount is 0.4 to 8 μg per unit.
In order to form a uniform and continuous electroless plating film over the entire substrate, the amount of catalyst applied to the surface of the underlying substrate to be plated must be more than a certain level. 2 It has been experimentally confirmed by the present inventors that this requirement can be satisfied if at least 0.4 μg of palladium is provided per palladium. Also, it is known that when a certain amount of palladium is applied, corrosion of the underlayer occurs, and the resistance value of the entire wiring is increased. 2 It has been experimentally confirmed by the inventors that such a tendency becomes remarkable when 8 μg or more of palladium is applied per unit.
[0024]
The invention according to claim 13 is characterized in that the amount of the chemical solution used for the pretreatment is measured, the composition in the pretreatment solution is analyzed, and the insufficient components in the pretreatment solution are replenished. A substrate processing method according to any one of claims 4 to 12.
Since palladium solutions and the like are relatively expensive, it is conceivable to recycle these pretreatment solutions.In such a case, however, the concentration of each component must be controlled since the effective components decrease with the treatment. preferable.
[0025]
The invention according to claim 14 is the substrate processing method according to any one of claims 1 to 13, wherein a deposition rate of the protective film by the electroless plating is set to 10 to 200 ° / min. .
The plating rate is directly linked to productivity and cannot be reduced too much. On the other hand, if it is too fast, uniformity and reproducibility cannot be secured. In general, a film thickness of about several tens to several hundreds of degrees is required for the protective film for protecting the wiring. In this case, it is desirable to set the film formation rate to 10 to 200 degrees per minute. The plating rate can be controlled by both the plating solution composition conditions such as pH and the reaction conditions such as reaction temperature.
[0026]
The invention according to claim 15 is characterized in that the formation of the protective film by the electroless plating is performed by bringing the substrate into contact with a plating solution having a pH of 7 to 10, containing an alkali metal, and containing no ammonia. The substrate processing method according to any one of claims 1 to 14, wherein the method is performed.
[0027]
Generally, in electroless plating, the plating solution is heated to control the reaction.If ammonium ions are contained in the heated plating solution, ammonia is likely to volatilize, so that the plating solution composition must be maintained stably. Becomes difficult. Therefore, it is difficult to maintain the reproducibility of the plating rate, the composition of the plating film, and the like for a long period of time. Such an adverse effect can be prevented by using an alkali metal salt instead of an ammonium salt as a component of the plating solution so that ammonium ions are not contained in the plating solution.
[0028]
The invention according to claim 16 is the substrate processing method according to claim 15, wherein the plating solution contains tungsten at a concentration of at least 1.5 g / l or more.
Among the nickel alloys and cobalt alloys, those which realize the above-mentioned protective effect are desired to contain a certain amount of tungsten in the alloy film. For this purpose, a certain amount or more of tungsten must be contained in the electroless plating solution. By setting the amount to at least 1.5 g / l or more, the amount of tungsten in the alloy is effectively controlled. be able to.
[0029]
The invention according to claim 17 is the substrate processing method according to any one of claims 1 to 16, wherein the protective film is an alloy film containing three elements of cobalt, tungsten, and phosphorus.
Among nickel alloys or cobalt alloys, alloy films containing the three elements of cobalt, tungsten, and phosphorus are advantageous in forming thin films because the film formation rate is relatively slow, and the plating solution is relatively stable and the film composition is controlled. Is not only easy, but also its reproducibility can be easily ensured.
[0030]
The invention according to claim 18 is characterized in that the average composition of the alloy film is in a range of 75 to 90 atm% of cobalt, 1 to 10 atm% of tungsten, and 5 to 25 atm% of phosphorus. Is the way.
In the composition of an alloy film containing three elements of cobalt, tungsten, and phosphorus, there is a trade-off relationship between the contents of tungsten and phosphorus, and the plating rate is extremely reduced as the amount of tungsten increases. Therefore, the minimum tungsten composition for realizing the protective effect is 1 atm% or more, and the maximum composition from the viewpoint of plating rate is 10 atm% or less. Accordingly, the phosphorus composition is 5 to 25 atm% and the cobalt composition is 75 to 90 atm. %.
[0031]
The invention according to claim 19 is characterized in that the amount of the plating solution is measured, the composition of the plating solution is analyzed, and the insufficient component in the plating solution is supplied. Or a substrate processing method described in
Each component in the plating solution is consumed by the film formation, and separately, the reducing agent decomposes with time. In addition, since the plating solution is heated and used, a composition change occurs due to evaporation of moisture and the like. Further, some liquid is taken out of the system during the treatment. Therefore, by analyzing the pH and the composition of each component in the plating solution and maintaining them in a certain range, the reproducibility of the film composition can be maintained.
[0032]
The invention according to claim 20 is the substrate processing method according to any one of claims 15 to 19, wherein the dissolved oxygen concentration in the plating solution is measured to control the dissolved oxygen concentration to be constant. is there.
Although the detailed mechanism is not known, according to the experimental results of the inventors, the reproducibility of the plating reaction deteriorates unless the dissolved oxygen in the plating solution falls within a certain range. Therefore, the stability of the plating reaction can be maintained by measuring and controlling the dissolved oxygen concentration in the plating solution.
[0033]
The invention according to claim 21 is that, after the electroless plating treatment, the substrate is pulled up from the plating solution, and a stop solution made of a neutral solution having a pH of 6 to 7.5 is brought into contact with the substrate surface to stop the plating reaction. The substrate processing method according to any one of claims 1 to 20, wherein:
This makes it possible to quickly stop the plating reaction immediately after lifting the substrate from the plating solution, thereby preventing the plating film from being unevenly plated. This processing time is preferably, for example, 1 to 5 seconds.
[0034]
The invention according to claim 22 is the substrate processing method according to claim 21, wherein the stop solution is pure water, hydrogen gas-dissolved water, or electrolytic cathode water.
As described above, depending on the material composition of the surface, the wiring material may be corroded due to local battery action, etc., and in such a case, the plating is stopped with ultrapure water having a reducing property. Adverse effects can be avoided.
[0035]
The invention according to claim 23 is characterized in that the post-processing of the substrate includes rubbing the surface of the cleaning member against the surface to be processed of the substrate while rotating the cylindrical cleaning member around an axis. A substrate processing method according to any one of claims 3 to 22.
Thereby, plating residues such as metal fine particles on the interlayer insulating film can be reliably removed, and the selectivity of electroless plating can be further improved.
[0036]
The invention according to claim 24 is characterized in that the post-processing of the substrate includes flattening the surface to be processed by any one of chemical mechanical polishing, electrochemical polishing or composite electrochemical polishing. A substrate processing method according to any one of claims 3 to 23.
Thereby, plating residues such as metal fine particles on the interlayer insulating film can be reliably removed, and the selectivity of electroless plating can be further improved. Further, since the surface to be plated can be flattened, the processing in the next step becomes easy.
[0037]
The invention according to claim 25 is characterized in that a chemical solution containing one or more of a surfactant, an organic alkali and a chelating agent is used for the post-treatment of the substrate. A substrate processing method according to any one of the above.
By using these chemicals, the selectivity of electroless plating can be more efficiently improved. The surfactant is preferably a nonionic one, the organic alkali is preferably a quaternary ammonium or an amine, and the chelating agent is preferably an organic acid such as ethylenediamine or citric acid.
[0038]
The invention according to claim 26 is characterized in that after the post-treatment of the substrate, the substrate is rinsed with pure water, hydrogen gas-dissolved water or electrolytic cathode water, and then the substrate is dried. The substrate processing method according to any one of the above.
As described above, depending on the material composition of the surface, the wiring material may be corroded due to local battery action or the like, but in such a case, rinsing with ultrapure water having reducing properties can be used. The evil can be avoided.
[0039]
The invention according to claim 27 is characterized in that when performing a drying process for bringing the substrate into a dry state, the humidity of the atmosphere around the substrate is controlled using dry air or a dry inert gas. 27. The substrate processing method according to any one of 1 to 26.
When drying is performed in a normal atmosphere, the moisture on the substrate is scattered in the atmosphere and the humidity increases, and although the drying process is performed, a large amount of moisture is adsorbed on the substrate surface. This may cause new problems such as oxidation of the wiring portion. In addition, problems such as generation of water marks due to mist back in the spin dryer are also assumed. Therefore, such adverse effects can be avoided by controlling the atmospheric humidity during drying using dry air or dry nitrogen.
[0040]
The invention according to claim 28 is the substrate processing method according to any one of claims 1 to 27, wherein the dried substrate is subjected to a heat treatment for modifying the protective film.
Thereby, the barrier property of the protective film (plating film) formed on the exposed surface of the wiring, the adhesion to the wiring, and the like can be improved. Further, by performing a heat treatment before the next step, it is possible to minimize the thermal deformation and the like of the protective film (plating film) formed on the exposed surface of the wiring.
[0041]
The invention according to claim 29 is the substrate processing method according to any one of claims 1 to 28, wherein the temperature of the heat treatment is 120 to 450 ° C.
The temperature required for the modification of the protective film is preferably at least 120 ° C. in consideration of the reality of the processing time and not more than 450 ° C. in consideration of the heat resistance of the material constituting the device. .
[0042]
The invention according to claim 30 is the substrate processing method according to any one of claims 1 to 29, wherein the thickness of the protective film formed on the surface of the base to be plated is measured.
This measures the thickness of the protective film formed on the exposed surface of the wiring, and adjusts the processing time of the plating process on the next substrate, for example, according to the change in the film thickness, thereby forming the film on the exposed surface of the wiring. The thickness of the protective film to be formed can be controlled to be constant.
[0043]
An invention according to claim 31 is a substrate processing apparatus for selectively forming a protective film on the bottom surface and side surface of an embedded wiring formed on a surface of a substrate or on an exposed surface, wherein a pre-plating treatment is performed on the substrate surface. A pretreatment unit, an electroless plating unit for applying electroless plating to the surface of the substrate after the pretreatment, and selectively forming the protective film on the bottom and side surfaces of the wiring or on the exposed surface; and the electroless plating. A substrate processing apparatus comprising a drying unit for drying a processed substrate.
As a result, a series of processes for forming a protective film on the bottom and side surfaces of the embedded wiring formed on the surface of the substrate or the exposed surface by electroless plating can be continuously performed in one apparatus, and furthermore, in a dry state. Since the substrate is finished up to that point, it can be transported to the next process as it is.
[0044]
The invention according to claim 32 is characterized in that a post-processing unit is provided between the electroless plating unit and the drying unit for performing a post-processing for improving the selectivity of the protective film formed on the substrate surface. A substrate processing apparatus according to claim 31.
This makes the whole process more compact than when each processing step is performed by a separate apparatus (processing section), does not require a large installation space, can reduce the initial cost and running cost of the apparatus, and can shorten the processing time. A protective film (plating film) with enhanced selectivity can be formed in a short time.
[0045]
The invention according to claim 33, wherein the pretreatment unit is used for treating the substrate surface with a chemical solution, removing the chemical solution from the substrate surface, applying a catalyst to the substrate surface, and applying the catalyst. 33. The substrate processing apparatus according to claim 31, further comprising a second pretreatment unit that removes the removed chemical solution from the substrate surface.
The surface condition of the substrate put into the processing apparatus depends on the pre-process, but the surface cleaning and initialization by appropriate chemical treatment in the first pre-processing unit and the activity by the application of catalyst in the second pre-processing unit By performing the chemical treatment, the plating treatment can be performed without depending on the previous process.
[0046]
The substrate processing apparatus according to any one of claims 31 to 33, wherein the pretreatment unit is configured to spray a chemical solution onto the substrate by spraying. It is.
A dipping method and a spraying method can be considered as a method for applying the catalyst, but the spraying method is superior in terms of reliability and the like.
[0047]
According to a thirty-fifth aspect of the present invention, the pre-treatment unit measures the amount of the pre-treatment solution held by the pre-treatment unit, analyzes the composition of the pre-treatment solution, and replenishes the insufficient components in the pre-treatment solution. The substrate processing apparatus according to any one of claims 31 to 34, further comprising a liquid management unit.
Methods for analyzing the composition of the pretreatment liquid include electrode method, titration method, electrochemical measurement, etc. The thin film plating can be realized with good reproducibility by controlling the amount and composition of the pretreatment liquid by replenishing the pretreatment liquid storage tank.
[0048]
In the invention according to claim 36, the electroless plating unit includes a plating tank, a plating solution circulation system and a plating solution storage tank, and the plating solution circulation system can be individually set at the time of plating standby and at the time of plating treatment. The plating solution can be circulated between the plating tank and the plating solution storage tank at a flow rate, and the circulation flow rate of the plating solution during the plating standby is 2 to 20 L / min, and the circulation flow rate of the plating solution during the plating process is zero. The substrate processing apparatus according to any one of claims 31 to 35, wherein the rate is 10 L / min to 10 L / min.
As a result, a large circulation flow rate of the plating solution is secured during the standby time of the plating, and the temperature of the plating bath in the cell is maintained at a constant temperature. A protective film (plating film) can be formed.
[0049]
The invention according to claim 37, wherein the plating solution management unit that measures the amount of the plating solution held by the electroless plating unit, analyzes the composition in the plating solution, and replenishes the insufficient components in the plating solution. The substrate processing apparatus according to any one of claims 31 to 36, comprising:
Methods for analyzing the composition of the plating solution include absorption spectrophotometry, titration, electrochemical measurement, and electrophoresis.The results of these analyzes are processed by signal processing to determine the insufficient components in the plating solution from the replenishment tank. By supplying the plating solution to the plating solution storage tank using a pump or the like and thereby controlling the amount and composition of the plating solution, thin film plating can be realized with good reproducibility.
[0050]
The invention according to claim 38, wherein the plating solution management unit has a dissolved oxygen concentration meter for measuring dissolved oxygen in the plating solution held by the electroless plating unit, and the plating solution is instructed by the dissolved oxygen concentration meter. 38. The substrate processing apparatus according to claim 37, wherein the concentration of dissolved oxygen is controlled to be constant.
As a method for measuring the dissolved oxygen concentration in the plating solution, there are electrochemical methods and the like, and by controlling the dissolved oxygen concentration in the plating solution to a constant value by degassing, blowing nitrogen, or the like, the plating reaction can be performed with good reproducibility. Can be realized.
[0051]
The invention according to claim 39, wherein the post-processing unit uses at least one of a roll scrub cleaning method, a pencil cleaning method, and an etching back method using an etching solution. 38. A substrate processing apparatus according to any one of 38.
Thus, by applying a physical force to the substrate surface after the plating process, or by contacting a chemical solution having an etching force, the residue on the interlayer insulating film is completely removed, and the yield of the semiconductor device and the like is reduced. Can be improved.
[0052]
The invention according to claim 40 is characterized in that the post-processing unit uses at least one of a chemical mechanical polishing unit, an electrochemical polishing unit, and a composite electrochemical polishing unit. 40. A substrate processing apparatus according to any one of Items 31 to 39.
Thus, by applying a physical force to the substrate surface after the plating process, the residue on the interlayer insulating film can be completely removed, and the yield of semiconductor devices and the like can be improved. Further, the surface of the substrate after the plating process can be flattened, and the subsequent substrate processing becomes easy.
[0053]
The invention according to claim 41 is the substrate processing apparatus according to any one of claims 31 to 40, wherein the drying unit comprises a spin dryer.
As a result, the substrate after the post-processing can be dried quickly, so that the productivity of the apparatus can be increased.
[0054]
The invention according to claim 42, wherein the drying unit has a dry air unit for supplying dry air to the drying unit or a dry inert gas unit for supplying dry inert gas to the drying unit. A substrate processing apparatus according to any one of the above.
This makes it possible to thoroughly dry the substrate after the post-processing, and to avoid problems such as oxidation of the wiring portion due to adsorbed moisture and generation of water marks due to mist back.
[0055]
43. The substrate according to claim 31, further comprising a heat treatment unit for performing a heat treatment for modifying the protective film on the substrate dried by the drying unit. Processing device.
As a result, a series of steps up to the improvement of the barrier property of the protective film formed on the surface wiring to be plated on the surface of the substrate and the adhesion to the wiring can be efficiently realized by one apparatus.
[0056]
The invention according to claim 44, further comprising a film thickness measuring unit for measuring the film thickness of the protective film formed on the surface of the base to be plated, wherein the substrate processing apparatus according to any one of claims 31 to 43, It is.
As the film thickness measuring unit, there are an optical type, an AFM, an EDX, and the like. By processing the signal, for example, the processing time of the plating process for the next substrate can be adjusted. The thickness of the protective film formed on the surface of the base to be plated can be controlled to be constant.
[0057]
The invention according to claim 45 is characterized by having a device for dissolving hydrogen gas in ultrapure water or a device for electrolyzing ultrapure water, which supplies hydrogen gas-dissolved water or electrolytic cathode water to each unit. A substrate processing apparatus according to any one of claims 31 to 44.
[0058]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a plan layout view of the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus includes a substrate cassette 10 containing a substrate W (see FIG. 1, the same applies hereinafter) in which a wiring 8 made of copper or the like is formed in a wiring recess 4 formed on the surface. And a loading / unloading unit 12 for placing and housing the. Then, at a position along one long side of the rectangular housing 16 provided with the exhaust system, a pre-plating treatment of the substrate W, that is, a first pre-treatment unit 18 for cleaning the surface of the substrate W, A second pretreatment unit 20 for applying a catalyst to the exposed surface of the wiring 8 to activate the same, an electroless plating unit 22 for performing electroless plating on the surface of the substrate W (the surface to be processed), and wiring by the electroless plating. A post-processing unit 24 for performing post-processing of the substrate W for improving the selectivity of the protective film 9 (see FIG. 1, the same applies hereinafter) formed on the surface of the substrate 8 is arranged in series.
[0059]
Further, at a position along the other long side of the housing 16, a drying unit 26 for drying the post-processed substrate W, a heat treatment unit 28 for performing heat treatment (annealing) on the dried substrate W, and a surface of the wiring 8. A film thickness measuring unit 30 for measuring the film thickness of the formed protective film 9 is arranged in series. Further, a transfer robot 34 that can freely move along the rail 32 in parallel with the long side of the housing 16 and transfers substrates between these units and the substrate cassette 10 mounted on the load / unload unit 12 is provided. , Are arranged at positions sandwiched between the units arranged linearly.
[0060]
Next, a series of electroless plating processes performed by the substrate processing apparatus will be described with reference to FIG. In this example, as shown in FIG. 1, a case will be described in which a wiring protection film (cover material) 9 made of a Co—WP alloy film is selectively formed to protect the wiring 8.
[0061]
First, one substrate W is loaded from the substrate cassette 10 mounted on the load / unload unit 12 by storing the substrate W having the wiring 8 formed on the surface and drying the substrate W with the surface of the substrate W facing upward (face-up). It is taken out by the transfer robot 34 and transferred to the first pretreatment unit 18. In the first pretreatment unit 18, the substrate W is held face down, and a cleaning process (chemical solution cleaning) is performed on the surface of the substrate W as a plating pretreatment. That is, for example, when the liquid temperature is 25 ° C. and the dilution H 2 SO 4 Is sprayed toward the surface of the substrate W to remove CMP residues such as copper remaining on the surface of the insulating film 2 (see FIG. 1) and oxides on the wiring film. Rinse (clean) the cleaning easy liquid remaining on the surface with a rinsing liquid such as pure water.
[0062]
Chemicals used here include inorganic acids such as hydrofluoric acid, sulfuric acid and hydrochloric acid having a pH of 2 or less, and acids having a chelating ability of pH 5 or less such as formic acid, acetic acid, oxalic acid, tartaric acid, citric acid, maleic acid and salicylic acid. And an acid having a pH of 5 or less to which a chelating agent such as a halide, a carboxylic acid, a dicarboxylic acid, an oxycarboxylic acid, or a water-soluble salt thereof is added. By performing a cleaning treatment using these chemicals, the CMP residue composed of copper or the like remaining on the insulating film and the oxide on the surface of the plating base are removed, and the selectivity of the plating and the adhesion to the base are improved. be able to. An anticorrosion agent generally used in the CMP process is usually an inhibitor of the deposition of the plating film. However, an alkali chemical having an ability to remove the anticorrosion agent attached to the wiring, for example, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) is used. By using, such an anticorrosive can be effectively removed. Note that the same effects as those of the above-mentioned acids can be realized by an alkaline solution of an amino acid such as glycine, cysteine, and methionine.
[0063]
By rinsing (cleaning) the surface of the substrate W with a rinsing liquid after cleaning, it is possible to prevent the chemical used for cleaning from remaining on the surface of the substrate W and hinder the next activation step. As this rinsing liquid that can be prevented, ultrapure water is generally used, but depending on the material composition of the surface of the base to be plated, even if ultrapure water is used, the wiring material corrodes due to local battery action and the like. Sometimes. In such a case, the rinsing liquid does not contain impurities such as hydrogen gas dissolved water obtained by dissolving hydrogen gas in ultrapure water or electrolytic cathode water obtained by diaphragm-type electrolysis of ultrapure water, and It is desirable to use water with high reducing power. Further, since the chemical used for the cleaning treatment may have some corrosiveness to the wiring material and the like, the time between the cleaning treatment and the rinsing treatment is preferably as short as possible.
[0064]
In this example, an example is shown in which the surface of the wiring 8 is cleaned (pre-plating) using a chemical solution, but the cleaning of the surface of the wiring 8 is performed under reduced pressure or normal pressure. The plasma treatment may be performed on the substrate in an atmosphere.
[0065]
Next, the substrate W after the cleaning process and the rinsing process is transported to the second pre-processing unit 20 by the transport robot 34, where the substrate W is held face down, and a catalyst application process is performed on the surface. That is, for example, when the liquid temperature is 25 ° C. and PdCl 2 / HCl is sprayed toward the surface of the substrate W, thereby causing Pd as a catalyst to adhere to the surface of the wiring 8, that is, forming a Pd nucleus as a catalyst nucleus (seed) on the surface of the wiring 8. Then, the exposed surface of the surface wiring of the wiring 8 is activated, and thereafter, the catalyst solution remaining on the surface of the substrate W is rinsed (cleaned) with a rinsing liquid such as pure water.
[0066]
As this chemical solution (catalyst chemical solution), an inorganic or organic acid solution containing Pd is used. If the Pd content in the catalyst solution is too small, the catalyst density on the surface of the base to be plated becomes low, and plating cannot be performed. If too long, a defect such as pitching is caused on the wiring 8.
[0067]
In order to form a uniform and continuous electroless plating film over the entire substrate, the amount of catalyst applied to the surface of the underlying substrate to be plated must be more than a certain level. 2 It has been experimentally confirmed that this requirement can be met if palladium is applied in an amount of 0.4 μg or more. Further, it is known that when Pd is applied over a certain amount, erosion of the base proceeds, and the resistance value of the base increases. Base surface 1cm 2 It has been experimentally confirmed that such a tendency becomes remarkable when palladium is applied in an amount of 8 μg or more.
[0068]
As described above, by applying the catalyst to the surface of the substrate W, the selectivity of the electroless plating can be improved. Here, there are various substances as the catalyst metal, but Pd is preferably used in view of the reaction rate and the ease of control. As a method of applying the catalyst, there are a case where the entire substrate is immersed in the catalyst solution and a case where the catalyst solution is sprayed toward the surface of the substrate by spraying or the like. You can choose. In general, when forming a thin film, the spray method is superior in reproducibility and the like.
[0069]
Since a palladium solution or the like is relatively expensive, it is conceivable to use these pretreatment liquids in a circulating manner. Since the processing liquid is taken out, it is preferable to control the concentration and amount of each component.
For this reason, it is preferable to provide a pretreatment liquid management unit (not shown) for analyzing the composition of the pretreatment liquid and adding a shortage. Specifically, since the chemical used for cleaning is mainly composed of an acid or an alkali, the pH is measured, for example, and a decrease is supplied from a difference from a predetermined value. Can supply the reduced amount. For the catalyst solution, for example, in the case of an acidic palladium solution, the amount of acid can be measured by pH, and the amount of palladium can be measured by titration or turbidimetry, and a reduced amount can be supplied in the same manner. .
[0070]
Further, in order to improve the selectivity, it is necessary to remove residual Pd on the interlayer insulating film 2 and the wiring 8, and a pure water rinse is generally used. As in the case of the cleaning treatment, if the catalyst solution remains on the substrate surface, there is a possibility that corrosion of the wiring material and the like and the plating process may be adversely affected. Is desirably as short as possible. As the rinsing liquid, as in the case of the cleaning treatment, any of pure water, hydrogen gas-dissolved water, and electrolytic cathode water can be used, but in order to familiarize the substrate prior to the next plating step. Alternatively, an aqueous solution of a component constituting the electroless plating solution can be used.
[0071]
Although this example shows an example in which the activation process based on the adhesion of Pd on the surface of the wiring 8 is performed by using a chemical solution, the activation process is performed by light irradiation, a CVD method, or a PVD method. It may be.
[0072]
Then, the substrate W provided with the catalyst and rinsed is transferred to the electroless plating unit 22 by the transfer robot 34, where the substrate W is held face down, and the surface is subjected to electroless plating. That is, for example, the substrate W is immersed in, for example, about 120 seconds in a Co-WP plating solution having a liquid temperature of 80 ° C., and selectively electroless plating (electroless Co (WP lid plating) to selectively form the wiring protective film (lid material) 9. The composition of the plating solution is, for example, as follows.
[0073]
・ CoSO 4 ・ 7H 2 O: 14 g / L
・ Na 3 C 6 H 5 O 7 ・ 2H 2 O: 70 g / L
・ H 3 BO 3 : 40g / L
・ Na 2 WO 4 ・ 2H 2 O: 12 g / L
・ NaH 2 PO 2 ・ H 2 O: 21 g / L
-PH: 9.5
[0074]
Here, it is preferable to use a plating solution having a pH of 7 to 10, containing a sodium element, and not containing an ammonium ion. Generally, in electroless plating, the plating solution is heated to control the reaction.If ammonium ions are contained in the heated plating solution, ammonia is likely to volatilize, so that the plating solution composition must be maintained stably. Becomes difficult. Therefore, it is difficult to maintain the reproducibility of the plating rate, the composition of the plating film, and the like for a long period of time. Such an adverse effect can be prevented by using, for example, an alkali metal salt instead of an ammonium salt as a component of the plating solution so that ammonium ions are not contained in the plating solution.
[0075]
Here, it is preferable that the deposition rate of the protective film 9 by electroless plating is 10 to 200 ° per minute. The plating rate is directly linked to productivity and cannot be reduced too much. On the other hand, if it is too fast, uniformity and reproducibility cannot be secured. In general, the protective film 9 is often required to have a film thickness of about several tens to several hundreds of degrees. The plating rate can be controlled by both the plating solution composition conditions such as pH and the reaction conditions such as reaction temperature.
[0076]
It is preferable to use a plating solution whose composition contains W at a concentration of at least 1.5 g / l or more. Among Ni alloys or Co alloys, those that realize the function as the protective film 9 are desired to contain a certain amount of W in the alloy film. For this purpose, the plating solution must contain a certain amount or more of W, but by controlling the amount to at least 1.5 g / l, it is necessary to effectively control the amount of W in the alloy. Can be.
[0077]
Here, each component in the plating solution is consumed by the film formation, and the reducing agent in the plating solution decomposes with time. In addition, since the plating solution is heated and used, a composition change occurs due to evaporation of moisture and the like. For this reason, it is preferable to measure the amount of the plating solution, analyze the pH of the plating solution and the composition of each component in the plating solution, and maintain a certain range by replenishing the insufficient components in the plating solution, Thereby, reproducibility of the film composition can be maintained.
[0078]
Although the detailed mechanism is not known, according to the results of the experiment, the reproducibility of the plating reaction deteriorates unless the dissolved oxygen in the plating solution falls within a certain range. For this reason, it is preferable to measure the dissolved oxygen concentration in the plating solution and control the dissolved oxygen concentration to be constant, whereby the stability of the plating reaction can be maintained.
[0079]
A plating solution management unit (not shown) equipped with an analytical instrument and a plating component replenishment mechanism necessary for managing the plating solution as described above can also be provided.
When the pretreatment solution or the plating solution is repeatedly used, certain components are accumulated due to carry-in from outside or decomposition of the plating solution itself, which may lead to reproducibility of plating and deterioration of film quality. By adding a mechanism for selectively removing such a specific component, it is possible to extend the liquid life and improve reproducibility.
[0080]
Note that, as in this example, it is preferable that the protective film 9 be formed of an alloy film containing three elements of Co, W, and P. This is because, among Ni alloys or Co alloys, alloy films containing the three elements of Co, W and P are advantageous in forming a thin film since the film formation rate is relatively slow, and the plating solution is relatively difficult. In addition to being stable and easy to control the film composition, reproducibility can be easily ensured.
[0081]
As described above, when the protective film 9 is composed of an alloy film containing three elements of Co, W and P, the average composition of the protective film (alloy film) 9 is Co: 75 to 90 atm%, W: 1 to 1 10 atm%, P: preferably in the range of 5 to 25 atm%. In the composition of the alloy film containing three elements of Co, W and P, there is a trade-off relationship between the contents of W and P, and when the amount of W increases, the plating rate decreases extremely. Therefore, the minimum W composition for realizing the protective effect is 1 atm% or more, and the maximum composition from the viewpoint of plating rate is 10 atm% or less. Accordingly, the P composition is 5 to 25 atm% and the Co composition is 75 to 90 atm. %.
[0082]
Then, after lifting the substrate W from the plating solution, a stop solution made of a neutral solution having a pH of 6 to 7.5 is brought into contact with the surface of the substrate W to stop the electroless plating process. This makes it possible to stop the plating reaction immediately after the substrate W is pulled up from the plating solution, thereby preventing the plating film from being unevenly plated. This processing time is preferably, for example, 1 to 5 seconds. Examples of the stop solution include pure water, hydrogen gas-dissolved water, and electrolytic cathode water. As described above, depending on the material composition of the surface, the wiring material may be corroded due to local battery action, etc., and in such a case, the plating is stopped with ultrapure water having a reducing property. Adverse effects can be avoided.
Thereafter, the plating solution remaining on the surface of the substrate is rinsed (cleaned) with a rinse solution such as pure water. Thus, the wiring protection film 9 made of a Co-WP alloy film is selectively formed on the surface of the wiring 8 to protect the wiring 8.
[0083]
Next, the substrate W after the electroless plating is transported to the post-processing unit 24 by the transport robot 34, where the selectivity of the protective film (plating film) 9 formed on the surface of the substrate W is improved. Substrate post-processing is performed to increase the yield. In other words, a chemical solution containing one or more of a surfactant, an organic alkali, and a chelating agent is applied to the surface of the substrate W while applying physical force such as roll scrub cleaning or pencil cleaning to the surface of the substrate W. By this, the plating residue such as metal fine particles on the interlayer insulating film 2 is completely removed, and the selectivity of plating is improved. By using these chemicals, the selectivity of electroless plating can be more efficiently improved. The surfactant is preferably a nonionic one, the organic alkali is preferably a quaternary ammonium or an amine, and the chelating agent is preferably an ethylenediamine.
[0084]
When the chemical solution is used as described above, the chemical solution remaining on the surface of the substrate W is rinsed (cleaned) with a rinse solution such as pure water. Examples of the rinsing liquid include pure water, hydrogen gas-dissolved water, and electrolytic cathode water. As described above, depending on the material composition of the surface, the wiring material may be corroded due to local battery action or the like, but in such a case, rinsing with ultrapure water having reducing properties can be used. The evil can be avoided.
[0085]
In addition to the above-described cleaning using physical force such as roll scrub cleaning or pencil cleaning, cleaning using a complexing agent, uniform etching back using an etchant, and the like, and any combination of these may be used for interlayer insulation. The residue on the film may be completely removed.
[0086]
Then, the substrate W after the post-processing is transported to the drying unit 26 by the transport robot 34, where a rinsing process is performed as necessary. Thereafter, the substrate W is rotated at a high speed and spin-dried.
[0087]
Thus, a series of processes for forming the protective film 9 on the exposed surface of the embedded wiring 8 formed on the surface of the substrate W by electroless plating can be continuously performed, and the substrate is finished to a dry state. Not only can it be transported to the next step, but also the deterioration of the protective film (plating film) 9 before the next step can be suppressed.
[0088]
When performing the drying process (spin drying) for bringing the substrate W into a dry state, it is preferable to control the humidity of the atmosphere around the substrate by using dry air or dry inert gas. When drying is performed in a normal atmosphere, moisture on the substrate is scattered in the atmosphere and the humidity increases, and although the drying process is performed, a large amount of moisture is adsorbed on the substrate surface. The moisture may cause new problems such as oxidation of the wiring portion. In addition, problems such as generation of water marks due to mist back in the spin dryer are also assumed. Therefore, such adverse effects can be avoided by controlling the atmospheric humidity during drying using dry air or dry nitrogen.
[0089]
The substrate W after the spin drying is transferred by the transfer robot 34 to the heat treatment unit 28, where the post-processed substrate W is subjected to a heat treatment (annealing) for modifying the protective film 9. The temperature required for reforming the protective film 9 is at least 120 ° C. in consideration of the reality of the processing time, and may not exceed 450 ° C. in consideration of the heat resistance of the material constituting the device. desirable. For this reason, the temperature of this heat treatment (annealing) is, for example, 120 to 450 ° C. By performing the heat treatment on the substrate W in this manner, the barrier property of the protective film (plating film) formed on the exposed surface of the wiring and the adhesion to the wiring can be improved.
[0090]
Next, the substrate W after the heat treatment is transported by the transport robot 34 to a film thickness measuring unit 30 of, for example, an optical type, AFM, EDX, etc., and the wiring protective film formed on the surface of the wiring 8 by the film thickness measuring unit 30. 9 is measured, and the substrate W after the film thickness measurement is returned to the substrate cassette 10 mounted on the load / unload unit 12 by the transfer robot 34.
[0091]
Then, the measurement result of off-line measurement of the thickness of the protective film 9 formed on the exposed surface of the wiring 8 is fed back before the electroless plating treatment, whereby, according to the variation of this film thickness, for example, The processing time of the plating process for the substrate is adjusted. As described above, the film thickness of the protective film 9 formed on the exposed surface of the wiring 8 is measured, and for example, the processing time of the plating process for the next substrate is adjusted in accordance with the change in the film thickness, so that the wiring 8 The thickness of the protective film 9 formed on the exposed surface can be controlled to be constant.
[0092]
When selectively forming the protective film 9 on the exposed surface of the wiring 8, prior to the step of cleaning the exposed surface of the wiring 8, one of chemical mechanical polishing, electrochemical polishing, and composite electrochemical polishing is performed. Thus, the exposed surface of the wiring 8 is preferably flattened, whereby the protective film 9 can be further flattened.
[0093]
Next, details of various units provided in the substrate processing apparatus shown in FIG. 2 will be described below.
The first pre-processing unit 18 and the second pre-processing unit 20 are of the same configuration and adopt a two-liquid separation method of preventing mixing of different liquids, except that the processing liquids (chemical liquids) used are different. The peripheral edge of the lower surface, which is the processing surface (front surface) of the substrate W conveyed by the above, is sealed, and the rear surface side is pressed to fix the substrate W.
[0094]
As shown in FIGS. 4 to 7, the processing units 18 and 20 include a fixed frame 52 attached to an upper portion of a frame 50, and a moving frame 54 that moves up and down relatively to the fixed frame 52. A processing head 60 having a cylindrical housing part 56 having a bottom and opened downward and a substrate holder 58 is suspended and supported by the moving frame 54. That is, the head rotating servomotor 62 is attached to the moving frame 54, and the housing 56 of the processing head 60 is connected to the lower end of the output shaft (hollow shaft) 64 extending below the servomotor 62.
[0095]
As shown in FIG. 7, a vertical shaft 68 that rotates integrally with the output shaft 64 is inserted into the output shaft 64 via a spline 66, and a ball joint 70 is attached to a lower end of the vertical shaft 68. The substrate holder 58 of the processing head 60 is connected through the intermediary of the processing head 60. The substrate holder 58 is located inside the housing portion 56. The upper end of the vertical shaft 68 is connected via a bearing 72 and a bracket to a fixed ring elevating cylinder 74 fixed to the moving frame 54. Thus, the vertical shaft 68 moves up and down independently of the output shaft 64 with the operation of the lifting cylinder 74.
[0096]
A linear guide 76 is attached to the fixed frame 52 and extends vertically to guide the moving frame 54 up and down. The moving frame 54 is moved along with the operation of a head elevating cylinder (not shown). The ascending and descending is carried out by using 76 as a guide.
[0097]
On the peripheral wall of the housing portion 56 of the processing head 60, a substrate insertion window 56a into which the substrate W is inserted is provided. As shown in FIGS. 8 and 9, a peripheral portion is sandwiched between a main frame 80 made of, for example, PEEK and a guide frame 82 made of, for example, polyethylene, under the housing portion 56 of the processing head 60. A seal ring 84a is provided. The seal ring 84a comes into contact with the peripheral portion of the lower surface of the substrate W and seals the peripheral portion.
[0098]
On the other hand, a substrate fixing ring 86 is fixed to the peripheral edge of the lower surface of the substrate holder 58, and a cylindrical pusher 90 is pressed by the elastic force of a spring 88 disposed inside the substrate fixing ring 86 of the substrate holder 58. It projects downward from the lower surface of the fixing ring 86. Further, between the upper surface of the substrate holder 58 and the upper wall portion of the housing portion 56, a bendable cylindrical bellows plate 92 made of, for example, Teflon (registered trademark) and bendable, which hermetically seals the inside, is disposed. I have.
[0099]
Thus, the substrate W is inserted into the housing portion 56 through the substrate insertion window 56a with the substrate holder 58 raised. Then, the substrate W is guided by the tapered surface 82a provided on the inner peripheral surface of the guide frame 82, positioned and mounted at a predetermined position on the upper surface of the seal ring 84a. In this state, the substrate holder 58 is lowered, and the pusher 90 of the substrate fixing ring 86 is brought into contact with the upper surface of the substrate W. By further lowering the substrate holder 58, the substrate W is pressed downward by the elastic force of the spring 88, whereby the substrate W is pressed against the peripheral portion of the surface (lower surface) of the substrate W by the seal ring 84a, and the substrate W is sealed. Then, the substrate W is held between the housing portion 56 and the substrate holder 58 while being held therebetween.
[0100]
When the head rotating servomotor 62 is driven while the substrate W is held by the substrate holder 58, the output shaft 64 and the vertical shaft 68 inserted inside the output shaft 64 form the spline 66. The housing unit 56 and the substrate holder 58 also rotate integrally.
[0101]
A processing tank 100 having an outer tank 100a and an inner tank 100b which is located below the processing head 60 and has an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the processing head 60 and is open upward is provided. A pair of legs 104 attached to the lid 102 is rotatably supported on the outer periphery of the processing tank 100. Further, a crank 106 is integrally connected to the leg 104, and a free end of the crank 106 is rotatably connected to a rod 110 of a cylinder 108 for moving the lid. Thereby, with the operation of the lid moving cylinder 108, the lid 102 is configured to move between the processing position covering the upper end opening of the processing tank 100 and the side retract position. . On the surface (upper surface) of the lid 102, a nozzle plate 112 having a large number of injection nozzles 112a for injecting, for example, electrolytic ionized water having a reducing power outward (upward) is provided as described below. I have.
[0102]
Further, as shown in FIG. 10, inside the inner tank 100 b of the processing tank 100, a plurality of injection nozzles 124 a for injecting the chemical supplied from the chemical tank 120 along with the driving of the chemical pump 122 upward are formed. The nozzle plate 124 is disposed in a state where the injection nozzles 124a are more evenly distributed over the entire cross section of the inner tank 100b. A drain pipe 126 for discharging a chemical solution (drained liquid) to the outside is connected to the bottom surface of the inner tank 100b. A three-way valve 128 is interposed in the middle of the drain pipe 126, and this chemical solution (drain liquid) is supplied as necessary through a return pipe 130 connected to one outlet port of the three-way valve 128. It can be returned to the tank 120 and reused. Further, in this example, the nozzle plate 112 provided on the surface (upper surface) of the lid 102 is connected to a rinse liquid supply source 132 that supplies a rinse liquid such as pure water. A drain pipe 127 is also connected to the bottom of the outer tub 100a.
[0103]
As a result, the processing head 60 holding the substrate is lowered to cover the opening at the upper end of the processing bath 100 with the processing head 60, and in this state, the nozzle plate disposed inside the inner bath 100b of the processing bath 100 By spraying the chemical toward the substrate W from the injection nozzle 124a of 124, the chemical is uniformly sprayed over the entire lower surface (processed surface) of the substrate W, and while preventing the chemical from scattering outside. Can be discharged from the drain pipe 126 to the outside. Further, the processing head 60 is raised, and the upper end opening of the processing tank 100 is closed with the lid 102, and the nozzle plate 112 is disposed on the upper surface of the lid 102 toward the substrate W held by the processing head 60. By rinsing the rinsing liquid from the injection nozzle 112a, rinsing processing (cleaning processing) of the chemical liquid remaining on the substrate surface is performed, and the rinsing liquid passes between the outer tank 100a and the inner tank 100b, and flows through the drain pipe 127. Since it is discharged through the inner tank 100b, it is prevented from flowing into the inside of the inner tank 100b, so that the rinsing liquid does not mix with the chemical liquid.
[0104]
According to the pre-processing units 18 and 20, the substrate W is inserted and held therein with the processing head 60 raised, as shown in FIG. 4, and thereafter, as shown in FIG. The processing head 60 is lowered to a position covering the upper end opening of the processing tank 100. Then, by rotating the processing head 60 and rotating the substrate W held by the processing head 60, a chemical solution is sprayed toward the substrate W from the spray nozzle 124a of the nozzle plate 124 disposed inside the processing bath 100. The chemical solution is uniformly sprayed over the entire surface of the substrate W. Further, the processing head 60 is raised and stopped at a predetermined position, and the lid 102 at the retreat position is moved to a position covering the upper end opening of the processing tank 100 as shown in FIG. Then, in this state, the rinsing liquid is ejected from the ejection nozzles 112a of the nozzle plate 112 arranged on the upper surface of the lid 102 toward the substrate W held and rotated by the processing head 60. Thereby, the processing of the substrate W with the chemical liquid and the rinsing processing with the rinsing liquid can be performed while the two liquids are not mixed.
[0105]
By adjusting the lowering position of the processing head 60 and adjusting the distance between the substrate W held by the processing head 60 and the nozzle plate 124, the chemical liquid ejected from the ejection nozzle 124 a of the nozzle plate 124 And the injection pressure can be arbitrarily adjusted. Here, when a pretreatment liquid such as a chemical is circulated and used, the effective component decreases with the treatment, and the pretreatment liquid (chemical) is taken out by adhering to the substrate. It is preferable to provide a pretreatment liquid management unit (not shown) for analyzing the water content and adding a shortage. Specifically, since the chemical used for cleaning is mainly composed of an acid or an alkali, the pH is measured, for example, and a decrease is supplied from a difference from a predetermined value. Can supply the reduced amount. For the catalyst solution, for example, in the case of an acidic palladium solution, the amount of acid can be measured by pH, and the amount of palladium can be measured by titration or turbidimetry, and a reduced amount can be supplied in the same manner. .
[0106]
The electroless plating unit 22 is shown in FIGS. The electroless plating unit 22 includes a plating tank 200 (see FIG. 17) and a substrate head 204 that is disposed above the plating tank 200 and detachably holds the substrate W.
[0107]
As shown in detail in FIG. 11, the substrate head 204 has a housing part 230 and a head part 232, and the head part 232 mainly includes a suction head 234 and a substrate receiver 236 surrounding the periphery of the suction head 234. Is configured. A substrate rotation motor 238 and a substrate receiving drive cylinder 240 are housed inside the housing portion 230. The upper end of the output shaft (hollow shaft) 242 of the substrate rotation motor 238 is connected to the rotary joint 244, and the lower end is connected to the rotary joint 244. The rod of the substrate receiving drive cylinder 240 is connected to the suction head 234 of the head 232, and the substrate receiving 236 of the head 232. Further, a stopper 246 for mechanically restricting the elevation of the board receiver 236 is provided inside the housing portion 230.
[0108]
Here, a similar spline structure is employed between the suction head 234 and the substrate receiver 236, and the substrate receiver 236 moves up and down relatively with the suction head 234 with the operation of the substrate receiving drive cylinder 240. When the output shaft 242 is rotated by the driving of the substrate rotation motor 238, the suction head 234 and the substrate receiver 236 are integrally rotated with the rotation of the output shaft 242.
[0109]
As shown in detail in FIGS. 12 to 14, a suction ring 250 for holding the substrate W by suction is attached to a lower peripheral edge portion of the suction head 234 via a press ring 251. The concave portion 250a provided continuously on the lower surface of the suction ring 250 and the vacuum line 252 extending inside the suction head 234 communicate with each other via a communication hole 250b provided in the suction ring 250. Thus, the substrate W is sucked and held by evacuating the concave portion 250a. In this manner, the substrate W is held by being evacuated to a small width (in the radial direction) in a circular shape. By minimizing the effect of the vacuum on the substrate W (such as bending) and immersing the suction ring 250 in a plating solution (processing solution), not only the surface (lower surface) of the substrate W but also the edges It can be immersed in the plating solution. The release of the substrate W is performed by connecting the vacuum line 252 with N 2 Is supplied.
[0110]
On the other hand, the substrate receiver 236 is formed in a cylindrical shape with a bottom and opened downward, a peripheral wall of which is provided with a substrate insertion window 236a for inserting the substrate W therein, and a disk protruding inward at a lower end. A claw portion 254 is provided. Further, a projection 256 having a tapered surface 256a on the inner peripheral surface serving as a guide for the substrate W is provided on an upper portion of the claw portion 254.
[0111]
Thus, as shown in FIG. 12, the substrate W is inserted into the substrate receiver 236 from the substrate insertion window 236a with the substrate receiver 236 lowered. Then, the substrate W is guided by the tapered surface 256a of the protruding piece 256, positioned and held at a predetermined position on the upper surface of the claw portion 254. In this state, the substrate receiver 236 is raised, and the upper surface of the substrate W placed and held on the claw portion 254 of the substrate receiver 236 is brought into contact with the suction ring 250 of the suction head 234 as shown in FIG. Next, the concave portion 250a of the suction ring 250 is evacuated through the vacuum line 252, thereby holding the substrate W by suction while sealing the peripheral edge of the upper surface of the substrate W to the lower surface of the suction ring 250. Then, when performing the plating process, as shown in FIG. 14, the substrate receiver 236 is lowered by several mm, the substrate W is separated from the claw portion 254, and the substrate W is sucked and held by the suction ring 250 only. Thus, it is possible to prevent the peripheral edge of the surface (lower surface) of the substrate W from being no longer plated due to the presence of the claw portion 254.
[0112]
FIG. 15 shows details of the plating tank 200. The plating tank 200 has a bottom connected to a plating solution supply pipe 308 (see FIG. 17), and a plating solution recovery groove 260 provided in a peripheral wall portion. Inside the plating tank 200, two rectifying plates 262, 264 for stabilizing the flow of the plating liquid flowing upward therethrough are arranged, and further, at the bottom, the plating liquid introduced into the plating tank 200. A temperature measuring device 266 for measuring the temperature of the liquid is provided. Further, the pH of the plating bath 200 is set slightly above the level of the plating solution held in the plating bath 200 on the outer peripheral surface of the peripheral wall of the plating bath 200, and slightly upward in the diameter direction. An injection nozzle 268 for injecting a stop solution composed of a neutral liquid, for example, pure water, is provided. Thus, after the plating is completed, the substrate W held by the head unit 232 is pulled up slightly above the level of the plating solution and temporarily stopped, and in this state, pure water (stop solution) is sprayed from the injection nozzle 268 toward the substrate W. To immediately cool the substrate W, thereby preventing the plating solution remaining on the substrate W from progressing the plating.
[0113]
Furthermore, when the plating process such as idling is not performed on the upper opening of the plating tank 200, the upper opening of the plating tank 200 is closed to prevent unnecessary evaporation of the plating solution from the plating tank 200. A plating tank cover 270 is provided to be freely opened and closed.
[0114]
As shown in FIG. 17, the plating tank 200 extends from a plating solution storage tank 302 at the bottom, and is connected to a plating solution supply pipe 308 provided with a plating solution supply pump 304 and a three-way valve 306 on the way. Thereby, during the plating process, the plating solution is supplied from the bottom into the plating tank 200 and the overflowing plating solution is collected from the plating solution collecting groove 260 into the plating solution storage tank 302, so that the plating solution is Can be circulated. A plating solution return pipe 312 returning to the plating solution storage tank 302 is connected to one outlet port of the three-way valve 306. Thereby, the plating solution can be circulated even during the standby time of the plating, thereby forming a plating solution circulation system. As described above, by constantly circulating the plating solution in the plating solution storage tank 302 through the plating solution circulation system, the rate of decrease in the concentration of the plating solution is reduced as compared with the case where the plating solution is simply stored, The number of substrates W that can be processed can be increased.
[0115]
In particular, in this example, by controlling the plating solution supply pump 304, the flow rate of the plating solution circulating during the plating standby and during the plating process can be individually set. That is, the circulating flow rate of the plating solution at the time of the plating standby is, for example, 2 to 20 L / min, and the circulating flow rate of the plating solution at the time of the plating treatment is set at, for example, 0 to 10 L / min. As a result, a large circulation flow rate of the plating solution is secured during the standby time of the plating, and the temperature of the plating bath in the cell is maintained at a constant temperature. A protective film (plating film) can be formed.
[0116]
A temperature measuring device 266 provided near the bottom of the plating tank 200 measures the temperature of the plating solution introduced into the plating tank 200 and, based on the measurement result, a heater 316 and a flow meter 318 described below. Control.
[0117]
That is, in this example, the heat exchanger 320 is installed in the plating solution in the plating solution storage tank 302 by using water that has been heated using a separate heater 316 and passed through the flow meter 318 as a heat medium. A heating device 322 for indirectly heating the plating solution and a stirring pump 324 for circulating and stirring the plating solution in the plating solution storage tank 302 are provided. This is because the plating solution may be used at a high temperature (approximately 80 ° C.) in plating, which is used to cope with this. According to this method, the plating solution is much more expensive than the in-line heating method. It is possible to prevent unwanted substances and the like from being mixed into the delicate plating solution.
[0118]
FIG. 16 shows the details of the cleaning tank 202 attached to the side of the plating tank 200. A plurality of spray nozzles 280 for spraying a rinsing liquid such as pure water upward are attached to a nozzle plate 282 at the bottom of the cleaning tank 202, and the nozzle plate 282 is provided at the upper end of a nozzle vertical shaft 284. It is connected to. Further, the nozzle vertical shaft 284 moves up and down by changing the screw position of the screw 287 for adjusting the nozzle position and the nut 288 screwed with the screw 287, whereby the ejection nozzle 280 and the ejection nozzle 280 are moved. The distance to the substrate W arranged above can be adjusted optimally.
[0119]
Further, the cleaning liquid such as pure water is sprayed toward the inside of the cleaning tank 202 in a direction slightly obliquely downward in the diametric direction, being located above the spray nozzle 280 on the outer peripheral surface of the peripheral wall of the cleaning tank 202, and A head cleaning nozzle 286 that sprays a cleaning liquid on at least a portion of the part 232 that is in contact with the plating liquid is provided.
[0120]
In the cleaning tank 202, the substrate W held by the head portion 232 of the substrate head 204 is arranged at a predetermined position in the cleaning tank 202, and a cleaning liquid (rinse liquid) such as pure water is injected from an injection nozzle 280. At this time, a cleaning liquid such as pure water is simultaneously jetted from the head cleaning nozzle 286 to clean at least a portion of the head portion 232 of the substrate head 204 which comes into contact with the plating solution. By cleaning with a cleaning solution, it is possible to prevent deposits from accumulating in portions immersed in the plating solution.
[0121]
In the electroless plating unit 22, the substrate W is sucked and held by the head portion 232 of the substrate head 204 at the position where the substrate head 204 is raised, and the plating solution in the plating tank 200 is circulated as described above. Let it be.
[0122]
Then, when performing the plating process, the plating tank cover 270 of the plating tank 200 is opened, the substrate head 204 is lowered while rotating, and the substrate W held by the head unit 232 is immersed in the plating solution in the plating tank 200.
[0123]
Then, after the substrate W is immersed in the plating solution for a predetermined time, the substrate head 204 is raised, and the substrate W is pulled up from the plating solution in the plating tank 200. If necessary, the substrate W is placed on the substrate W as described above. The substrate W is immediately cooled by spraying pure water (stop liquid) from the spray nozzle 268 toward the nozzle, and further, the substrate head 204 is lifted to raise the substrate W to a position above the plating tank 200, and the rotation of the substrate head 204 is stopped. Stop.
[0124]
Next, the substrate head 204 is moved to a position immediately above the cleaning tank 202 while holding the substrate W by the head unit 232 of the substrate head 204 by suction. Then, the substrate W is lowered to a predetermined position in the cleaning tank 202 while rotating the substrate head 204, and a cleaning liquid (rinse liquid) such as pure water is injected from the injection nozzle 280 to wash (rinse) the substrate W. A cleaning liquid such as pure water is sprayed from the cleaning nozzle 286 to clean at least a portion of the head portion 232 of the substrate head 204 that comes into contact with the plating liquid with the cleaning liquid.
[0125]
After the cleaning of the substrate W is completed, the rotation of the substrate head 204 is stopped, the substrate head 204 is raised, the substrate W is pulled up to a position above the cleaning tank 202, and the substrate head 204 is further transferred to the transfer robot. The substrate W is transferred to the transfer robot 34 and transferred to the next process.
[0126]
As shown in FIG. 17, the electroplating unit 22 measures the amount of the plating solution held by the electroless plating unit 22 and, for example, absorbs the plating solution by an absorptiometric method, a titration method, an electrochemical measurement, or the like. A plating solution management unit 330 for analyzing the composition and replenishing the insufficient components in the plating solution is provided. A signal processing is performed on these analysis results to supply a deficient component in the plating solution from a replenishing tank (not shown) to the plating solution storage tank 302 using a metering pump or the like so as to manage the amount and composition of the plating solution. Accordingly, thin-film plating can be realized with good reproducibility.
[0127]
The plating solution management unit 330 has a dissolved oxygen concentration meter 332 for measuring the dissolved oxygen of the plating solution held by the electroless plating unit 22 by, for example, an electrochemical method. According to the instruction, the concentration of dissolved oxygen in the plating solution can be controlled to a constant level by, for example, degassing, blowing nitrogen, or the like. As described above, by controlling the concentration of dissolved oxygen in the plating solution to be constant, the plating reaction can be realized with good reproducibility.
When the plating solution is repeatedly used, a specific component may be accumulated by being brought in from the outside or decomposing by itself, which may lead to deterioration in reproducibility of plating and film quality. By adding a mechanism for selectively removing such a specific component, it is possible to extend the liquid life and improve reproducibility.
[0128]
18 and 19 show a post-processing / drying unit 400 in which the post-processing unit 24 and the drying unit 26 shown in FIG. That is, the post-processing / drying unit 400 is a unit that first performs chemical cleaning (post-processing) and pure water cleaning (rinsing), and then completely drys the cleaned substrate W by rotating the spindle. A substrate stage 422 having a clamp mechanism 420 for gripping the W edge portion, and a substrate mounting / dismounting elevating plate 424 for opening and closing the clamp mechanism 420 are provided.
[0129]
The substrate stage 422 is connected to an upper end of a spindle 426 that rotates at a high speed in response to driving of a spindle rotation motor (not shown). A cleaning cup 428 for preventing the processing liquid from scattering is arranged around the substrate W gripped by the clamp mechanism 420, and the cleaning cup 428 moves up and down with the operation of a cylinder (not shown). ing.
[0130]
The post-processing / drying unit 400 includes a chemical liquid nozzle 430 that supplies a processing liquid to the surface of the substrate W gripped by the clamp mechanism 420, and a plurality of pure water nozzles 432 that supply pure water to the back surface of the substrate W. And a rotatable pencil-type cleaning sponge 434 disposed above the substrate W gripped by the clamp mechanism 420. The cleaning sponge 434 is attached to a free end of a swing arm 436 that can swing horizontally. A clean air inlet 438 for introducing clean air into the unit is provided above the post-processing / drying unit 400.
[0131]
In the post-processing / drying unit 400 having such a configuration, the processing liquid is supplied from the chemical liquid nozzle 430 to the cleaning sponge 434 while the substrate W is gripped and rotated by the clamp mechanism 420 and the rotation arm 436 is rotated. Then, by rubbing the cleaning sponge 434 on the surface of the substrate W, post-processing of the surface of the substrate W is performed. Then, pure water is supplied to the back surface of the substrate W from the nozzle 432 for pure water, and the back surface of the substrate W is also washed (rinsed) with the pure water injected from the nozzle 432 for pure water. The substrate W thus cleaned is spin-dried by rotating the spindle 426 at high speed.
[0132]
Although not shown, it is preferable to use a drying unit provided with a dry air unit for supplying dry air to the inside of the drying unit and supplying the dry air to the drying unit during spin drying of the substrate. . This makes it possible to thoroughly dry the substrate and avoid problems such as oxidation of the wiring portion due to adsorbed moisture and generation of a water mark due to mist back.
When using hydrogen gas-dissolved water or electrolytic cathode water as the rinsing liquid, each unit is provided with a device for dissolving hydrogen gas in ultrapure water or a device for electrolyzing ultrapure water. Hydrogen dissolved water or electrolytic cathode water can be supplied to the substrate from the apparatus.
[0133]
Here, in this example, an example is shown in which a Co-WP alloy film is used as the wiring protection film 9, but a wiring protection film made of Co-P, Ni-P or Ni-WP is used. You may make it. Although an example using copper as the wiring material is shown, a copper alloy, silver, a silver alloy, gold, a gold alloy, or the like may be used in addition to copper.
Further, in this example, the protective film 9 is formed on the surface of the buried wiring 8 formed on the substrate. A conductive film (protective film) having a function of preventing diffusion into the substrate may be formed in the same manner as described above.
[0134]
In forming the protective film (plating film) 9 described above, high precision is required for the film thickness, film quality, and selectivity. Therefore, it is necessary to control the time between each process step, which is realized. In order to do so, it is effective to perform all the process steps in the same apparatus, but this substrate processing apparatus can meet this demand.
[0135]
Further, if the chemical solution or the plating solution remains on the surface of the substrate after the chemical solution treatment or the plating treatment, the film forming state such as the in-plane uniformity of the protective film (plating film) and the electrical characteristics of the wiring is adversely affected. For this purpose, chemical solution treatment and pure water rinsing treatment are performed in the same unit to quickly remove the chemical solution and plating solution remaining on the surface of the substrate, thereby reducing the footprint of the device and increasing the yield of semiconductor devices and the like. Can be manufactured.
[0136]
Here, by employing the chemical treatment or the rinsing treatment of the jetting method, the fresh liquid can be always more uniformly dispersed and supplied to the substrate surface, and the treatment time can be reduced. In addition, by adjusting the position of the injection point, the uniformity of the in-plane processing of the protective film can be easily improved. Note that, for example, when a mild treatment is required on the substrate surface, it is a matter of course that an immersion method may be adopted.
[0137]
Since the ejection angle of the liquid from the ejection nozzle is limited, the ejection from one ejection nozzle can cover only a limited range. If the injection distance is too short, a large number of injection nozzles are required to inject a chemical or the like toward the entire surface of the substrate. On the other hand, if the injection distance is too long, an excessive pressurizing device is required, and the height of the entire plating apparatus is increased. For this reason, the number of injection nozzles used in one process is, for example, 1 to 25, and the distance from the injection nozzle to the substrate is preferably, for example, about 10 to 150 mm. Further, the flow rate of a chemical solution or the like injected from one injection nozzle is preferably 0.2 to 1.2 L / min, and the injection pressure is preferably about 10 to 100 kPa.
[0138]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to continuously perform a series of processes for forming a protective film by electroless plating on the bottom surface and side surfaces of the embedded wiring formed on the surface of the substrate, or on the exposed surface. Moreover, since the substrate is finished to a dry state, not only can it be transported to the next step as it is, but also the deterioration of the protective film (plating film) until the next step can be suppressed. This makes it possible to manufacture a semiconductor device or the like with high reproducibility within a substrate surface of a semiconductor wafer or the like and between substrates.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state in which a wiring protection film is formed by electroless plating.
FIG. 2 is a plan layout view of the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a process flow chart in the substrate processing apparatus shown in FIG.
FIG. 4 is a front view of the pre-processing unit when the substrate is delivered.
FIG. 5 is a front view of the pretreatment unit during chemical solution treatment.
FIG. 6 is a front view of the pre-processing unit during rinsing.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the processing head when the pre-processing unit delivers the substrate.
FIG. 8 is an enlarged view of a portion A in FIG. 7;
FIG. 9 is a diagram corresponding to FIG. 8 when the substrate of the pretreatment unit is fixed.
FIG. 10 is a system diagram of a preprocessing unit.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the substrate head when the substrate is delivered in the electroless plating unit.
FIG. 12 is an enlarged view of a portion B in FIG. 11;
FIG. 13 is a diagram corresponding to FIG. 12, showing the substrate head when the substrate is fixed to the electroless plating unit.
FIG. 14 is a diagram corresponding to FIG. 12, showing the substrate head during plating processing of the electroless plating unit.
FIG. 15 is a partially cutaway front view showing the plating tank when the plating tank cover of the electroless plating unit is closed.
FIG. 16 is a sectional view showing a cleaning tank of the electroless plating unit.
FIG. 17 is a system diagram of an electroless plating unit.
FIG. 18 is a vertical sectional front view showing a post-processing / drying unit.
FIG. 19 is a plan view showing a post-processing / drying unit.
[Explanation of symbols]
8 Wiring
9 Protective film
12 Load / Unload unit
18,20 Pretreatment unit
22 Electroless plating unit
24 Post-processing unit
26 Drying unit
28 Heat treatment unit
30 Film thickness measurement unit
34 Transfer Robot
56 Housing
58 Substrate holder
60 processing head
74 Lifting cylinder
80 Mainframe
84a Seal ring
86 Board fixing ring
100 processing tank
102 Lid
112 nozzle plate
112a injection nozzle
120 Chemical tank
122 Chemical pump
124 nozzle plate
124a injection nozzle
126 drain pipe
128 Three-way valve
132 Rinse liquid supply source
200 plating bath
202 Cleaning tank
204 substrate head
230 Housing
232 Head
234 Suction head
250 Suction ring
254 claws
260 Plating solution recovery groove
268 injection nozzle
280 injection nozzle
282 nozzle plate
286 Head cleaning nozzle
302 liquid supply tank
304 liquid supply pump
306 Three-way valve
308 Plating solution supply pipe
316 heater
318 flow meter
320 heat exchanger
322 heating device
324 stirring pump
330 liquid management unit
332 dissolved oxygen concentration meter
400 Post-processing / drying unit
420 Clamp mechanism
422 Substrate Stage
424 Elevating plate for attaching / detaching board
426 spindle
428 cleaning cup
430 chemical liquid nozzle
432 Nozzle for pure water
434 Cleaning sponge
436 swivel arm

Claims (45)

基板の表面に形成した埋込み配線の底面及び側面、または露出表面に保護膜を選択的に形成するに際し、
前記基板にめっき前処理を施し、
前記前処理後の基板の表面に無電解めっきを施して前記配線の底面及び側面、または露出表面に前記保護膜を選択的に形成し、
前記処理後の基板を乾燥状態とすることを特徴とする基板処理方法。
When selectively forming a protective film on the bottom and side surfaces of the embedded wiring formed on the surface of the substrate, or on the exposed surface,
Performing a pre-plating treatment on the substrate,
Electroless plating is performed on the surface of the substrate after the pretreatment to selectively form the protective film on the bottom and side surfaces of the wiring, or on the exposed surface,
A substrate processing method, wherein the processed substrate is dried.
前記めっき前処理を施す基板が乾燥状態で投入されることを特徴とする請求項1記載の基板処理方法。2. The substrate processing method according to claim 1, wherein the substrate to be subjected to the plating pretreatment is put in a dry state. 前記無電解めっき後の基板に、前記保護膜の選択性を向上させるための後処理を施し、しかる後、基板を乾燥状態にすることを特徴とする請求項1または2記載の基板処理方法。3. The method according to claim 1, wherein the substrate after the electroless plating is subjected to a post-treatment for improving the selectivity of the protective film, and thereafter, the substrate is dried. 前記めっき前処理は、前記基板表面を清浄化する工程と、該清浄化後の基板上の被めっき下地表面に触媒を付与して該被めっき下地表面を活性化する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の基板処理方法。The plating pretreatment is characterized by comprising a step of cleaning the surface of the substrate, and a step of activating the surface of the substrate to be plated by applying a catalyst to the surface of the substrate to be plated on the cleaned substrate. The substrate processing method according to claim 1, wherein: 前記配線の露出表面に前記保護膜を選択的に形成するに際して、前記基板表面を清浄化する工程に先だって、化学機械的研磨、電気化学的研磨または複合電気化学的研磨のいずれかにより配線の露出表面の平坦化を行うことを特徴とする請求項4記載の基板処理方法。When selectively forming the protective film on the exposed surface of the wiring, prior to the step of cleaning the substrate surface, the wiring is exposed by any of chemical mechanical polishing, electrochemical polishing, or composite electrochemical polishing. 5. The method according to claim 4, wherein the surface is flattened. 前記基板表面の清浄化処理を、減圧または常圧雰囲気下で基板にプラズマ処理を施して行うことを特徴とする請求項4または5記載の基板処理方法。6. The substrate processing method according to claim 4, wherein said substrate surface cleaning treatment is performed by subjecting the substrate to plasma processing under reduced pressure or normal pressure atmosphere. 前記被めっき下地表面の活性化処理を光照射、CVD法またはPVD法により行うことを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載の基板処理方法。7. The substrate processing method according to claim 4, wherein the activation treatment of the base surface to be plated is performed by light irradiation, a CVD method, or a PVD method. 前記基板表面の清浄化処理を、pHが2以下の無機酸、pHが5以下のキレート能力を有する酸、pHが5以下の酸にキレート剤を添加した液、配線の防食剤を除去できるアルカリ溶液、またはアミノ酸のアルカリ溶液からなる薬液に前記基板表面を接触させることにより行い、しかる後に、前記清浄化後の基板表面をリンス液でリンス処理することを特徴とする請求項4記載の基板処理方法。The cleaning treatment of the substrate surface is performed by using an inorganic acid having a pH of 2 or less, an acid having a chelating ability of a pH of 5 or less, a solution obtained by adding a chelating agent to an acid having a pH of 5 or less, or an alkali capable of removing a corrosion inhibitor for wiring. 5. The substrate processing according to claim 4, wherein the cleaning is performed by bringing the substrate surface into contact with a solution or a chemical solution comprising an alkaline solution of an amino acid, and thereafter, the substrate surface after the cleaning is rinsed with a rinsing liquid. Method. 前記リンス液が、純水、水素ガス溶解水、または電解カソード水のいずれかであることを特徴とする請求項8記載の基板処理方法。9. The substrate processing method according to claim 8, wherein the rinsing liquid is one of pure water, hydrogen gas-dissolved water, and electrolytic cathode water. 前記被めっき下地表面への触媒の付与を、パラジウムを含む薬液に被めっき下地表面を接触させることにより行い、しかる後に、前記触媒付与後の基板表面をリンス液でリンス処理することを特徴とする請求項4乃至9のいずれかに記載の基板処理方法。The application of the catalyst to the surface of the substrate to be plated is performed by bringing the surface of the substrate to be plated into contact with a chemical solution containing palladium, and thereafter, the substrate surface after the application of the catalyst is rinsed with a rinsing liquid. The substrate processing method according to claim 4. 前記リンス液が、純水、水素ガス溶解水、電解カソード水、または無電解めっきに使用するめっき液を構成する成分の水溶液であることを特徴とする請求項10記載の基板処理方法。The substrate processing method according to claim 10, wherein the rinsing liquid is pure water, hydrogen gas-dissolved water, electrolytic cathode water, or an aqueous solution of a component constituting a plating solution used for electroless plating. 前記被めっき下地表面への触媒の付与に際して、触媒付与後の該被めっき下地表面のパラジウム触媒濃度を1cmあたり0.4〜8μgとすることを特徴とする請求項4乃至11のいずれかに記載の基板処理方法。The method according to any one of claims 4 to 11, wherein when applying a catalyst to the surface of the substrate to be plated, the concentration of the palladium catalyst on the surface of the substrate to be plated after applying the catalyst is set to 0.4 to 8 µg per 1 cm 2. The substrate processing method described in the above. 前記前処理に使用する薬液の液量を計測するとともに、前処理液中の組成を分析し、前処理液中の不足する成分を補給することを特徴とする請求項4乃至12のいずれかに記載の基板処理方法。13. The method according to claim 4, wherein the amount of the chemical used in the pretreatment is measured, the composition of the pretreatment is analyzed, and a component that is insufficient in the pretreatment is supplied. The substrate processing method described in the above. 前記無電解めっきによる前記保護膜の成膜速度を毎分10〜200Åとすることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の基板処理方法。14. The substrate processing method according to claim 1, wherein a deposition rate of the protective film by the electroless plating is set to 10 to 200 [deg.] Per minute. 前記無電解めっきによる前記保護膜の成膜を、pHが7〜10であって、アルカリ金属を含み、かつアンモニアを含まないめっき液に前記基板を接触させて行うことを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の基板処理方法。The film formation of the protective film by the electroless plating is performed by bringing the substrate into contact with a plating solution having a pH of 7 to 10 and containing an alkali metal and not containing ammonia. 15. The substrate processing method according to any one of claims to 14. 前記めっき液中に、少なくとも1.5g/l以上の濃度のタングステンが含まれていることを特徴とする請求項15記載の基板処理方法。16. The substrate processing method according to claim 15, wherein the plating solution contains tungsten having a concentration of at least 1.5 g / l or more. 前記保護膜がコバルト、タングステン、リンの3元素を含む合金膜であることを特徴とする請求項1乃至16のいずれかに記載の基板処理方法。17. The substrate processing method according to claim 1, wherein the protective film is an alloy film containing three elements of cobalt, tungsten, and phosphorus. 前記合金膜の平均組成が、コバルト75〜90atm%、タングステン1〜10atm%、リン5〜25atm%の範囲にあることを特徴とする請求項17記載の基板処理方法。18. The substrate processing method according to claim 17, wherein an average composition of the alloy film is in a range of 75 to 90 atm% of cobalt, 1 to 10 atm% of tungsten, and 5 to 25 atm% of phosphorus. 前記めっき液の液量を計測するとともに、めっき液の組成を分析し、めっき液中の不足する成分を補給することを特徴とする請求項15乃至18のいずれかに記載の基板処理方法。19. The substrate processing method according to claim 15, wherein the amount of the plating solution is measured, the composition of the plating solution is analyzed, and the insufficient components in the plating solution are supplied. 前記めっき液中の溶存酸素濃度を測定して、溶存酸素濃度を一定に制御することを特徴とする請求項15乃至19のいずれかに記載の基板処理方法。20. The substrate processing method according to claim 15, wherein the dissolved oxygen concentration in the plating solution is measured to control the dissolved oxygen concentration to be constant. 前記無電解めっき処理後、基板をめっき液から引き上げ、pHが6〜7.5の中性液からなる停止液を基板表面に接触させてめっき反応を停止させることを特徴とする請求項1乃至20のいずれかに記載の基板処理方法。The method according to claim 1, wherein after the electroless plating, the substrate is pulled up from the plating solution, and a plating solution is stopped by bringing a stop solution consisting of a neutral solution having a pH of 6 to 7.5 into contact with the substrate surface. 20. The substrate processing method according to any one of 20. 前記停止液が、純水、水素ガス溶解水、または電解カソード水であることを特徴とする請求項21記載の基板処理方法。22. The substrate processing method according to claim 21, wherein the stop solution is pure water, hydrogen gas-dissolved water, or electrolytic cathode water. 前記基板の後処理が、筒状の洗浄部材を軸まわりに回転させながら該洗浄部材の表面を前記基板の被処理面に擦り付けることを含むことを特徴とする請求項3乃至22のいずれかに記載の基板処理方法。23. The method according to claim 3, wherein the post-processing of the substrate includes rubbing a surface of the cleaning member against a surface to be processed of the substrate while rotating the cylindrical cleaning member around an axis. The substrate processing method described in the above. 前記基板の後処理が、化学機械的研磨、電気化学的研磨または複合電気化学的研磨のいずれかにより、被処理面を平坦化することを含むことを特徴とする請求項3乃至23のいずれかに記載の基板処理方法。24. The substrate according to claim 3, wherein the post-processing of the substrate includes planarizing a surface to be processed by any one of chemical mechanical polishing, electrochemical polishing, and composite electrochemical polishing. 3. The substrate processing method according to 1. 前記基板の後処理に、界面活性剤、有機アルカリ及びキレート剤のいずれか一種または二種以上を含む薬液を使用することを特徴とする請求項3乃至24のいずれかに記載の基板処理方法。25. The substrate processing method according to claim 3, wherein a chemical solution containing one or more of a surfactant, an organic alkali, and a chelating agent is used in the post-processing of the substrate. 前記基板の後処理の後に、純水、水素ガス溶解水、または電解カソード水でリンスし、しかる後、基板を乾燥することを特徴とする請求項3乃至25のいずれかに記載の基板処理方法。26. The substrate processing method according to claim 3, wherein after the post-processing of the substrate, the substrate is rinsed with pure water, hydrogen gas-dissolved water, or electrolytic cathode water, and then the substrate is dried. . 前記基板を乾燥状態にする乾燥処理を行う際に、乾燥空気または乾燥不活性ガスを用いて基板の周囲における雰囲気の湿度を制御することを特徴とする請求項1乃至26のいずれかに記載の基板処理方法。The humidity of an atmosphere around the substrate is controlled by using dry air or dry inert gas when performing a drying process for putting the substrate into a dry state, according to any one of claims 1 to 26. Substrate processing method. 前記乾燥後の基板に、前記保護膜を改質する熱処理を施すことを特徴とする請求項1乃至27のいずれかに記載の基板処理方法。28. The substrate processing method according to claim 1, wherein a heat treatment for modifying the protective film is performed on the dried substrate. 前記熱処理の温度が120〜450℃であることを特徴とする請求項28記載の基板処理方法。29. The substrate processing method according to claim 28, wherein the temperature of the heat treatment is 120 to 450C. 被めっき下地表面に形成された前記保護膜の膜厚を測定することを特徴とする請求項1乃至29のいずれかに記載の基板処理方法。30. The substrate processing method according to claim 1, wherein the thickness of the protective film formed on the surface of the base to be plated is measured. 基板の表面に形成した埋込み配線の底面及び側面、または露出表面に保護膜を選択的に形成する基板処理装置であって、
前記基板表面にめっき前処理を施す前処理ユニットと、
前記前処理後の基板の表面に無電解めっきを施して前記配線の底面及び側面、または露出表面に前記保護膜を選択的に形成する無電解めっきユニットと、
前記無電解めっき処理後の基板を乾燥状態にする乾燥ユニットを有することを特徴とする基板処理装置。
A substrate processing apparatus for selectively forming a protective film on the bottom and side surfaces of the embedded wiring formed on the surface of the substrate, or on the exposed surface,
A pretreatment unit for performing plating pretreatment on the substrate surface,
An electroless plating unit that performs electroless plating on the surface of the substrate after the pretreatment and selectively forms the protective film on the bottom and side surfaces of the wiring, or on the exposed surface,
A substrate processing apparatus, comprising: a drying unit for drying the substrate after the electroless plating.
無電解めっきユニットと乾燥ユニットの間に、基板表面に形成した前記保護膜の選択性を向上させるための後処理を施す後処理ユニットを有することを特徴とする請求項31記載の基板処理装置。32. The substrate processing apparatus according to claim 31, further comprising a post-processing unit that performs post-processing between the electroless plating unit and the drying unit to improve selectivity of the protective film formed on the substrate surface. 前記前処理ユニットは、基板表面を薬液で処理し、該薬液を基板表面から除去する第1前処理ユニットと、基板表面に触媒を付与し、該触媒付与に使用した薬液を基板表面から除去する第2前処理ユニットとを有することを特徴とする請求項31または32記載の基板処理装置。The pretreatment unit treats the substrate surface with a chemical solution, removes the chemical solution from the substrate surface, applies a catalyst to the substrate surface, and removes the chemical solution used for the catalyst application from the substrate surface. 33. The substrate processing apparatus according to claim 31, further comprising a second preprocessing unit. 前記前処理ユニットは、薬液を基板に対してスプレーで噴射するように構成されていることを特徴とする請求項31乃至33のいずれかに記載の基板処理装置。The substrate processing apparatus according to any one of claims 31 to 33, wherein the pretreatment unit is configured to spray a chemical solution onto the substrate by spraying. 前記前処理ユニットが保有する前処理液の液量を計測するとともに、前処理液中の組成を分析し、前処理液中の不足する成分を補給する前処理液管理ユニットを有することを特徴とする請求項31乃至34のいずれかに記載の基板処理装置。It has a pretreatment liquid management unit that measures the amount of the pretreatment liquid held by the pretreatment unit, analyzes the composition in the pretreatment liquid, and replenishes the insufficient components in the pretreatment liquid. The substrate processing apparatus according to any one of claims 31 to 34. 前記無電解めっきユニットは、めっき槽、めっき液循環系及びめっき液貯槽とを備え、該めっき液循環系は、めっき待機時及びめっき処理時に個別に設定可能な流量でめっき液を前記めっき槽と前記めっき液貯槽の間を循環可能であり、かつめっき待機時のめっき液の循環流量が2〜20L/minで、めっき処理時のめっき液の循環流量が0〜10L/minであることを特徴とする請求項31乃至35のいずれかに記載の基板処理装置。The electroless plating unit includes a plating tank, a plating solution circulating system, and a plating solution storage tank. The plating solution can be circulated between the plating solution storage tanks, and the circulating flow rate of the plating solution during plating standby is 2 to 20 L / min, and the circulating flow rate of the plating solution during plating treatment is 0 to 10 L / min. The substrate processing apparatus according to any one of claims 31 to 35. 前記無電解めっきユニットが保有するめっき液の液量を計測するとともに、めっき液中の組成を分析し、めっき液中の不足する成分を補給するめっき液管理ユニットを有することを特徴とする請求項31乃至36のいずれかに記載の基板処理装置。A plating solution management unit for measuring the amount of the plating solution held by the electroless plating unit, analyzing the composition in the plating solution, and replenishing the insufficient components in the plating solution. 37. The substrate processing apparatus according to any one of 31 to 36. 前記めっき液管理ユニットは、前記無電解めっきユニットが保有するめっき液の溶存酸素を測定する溶存酸素濃度計を有し、該溶存酸素濃度計の指示によりめっき液の溶存酸素濃度を一定に管理することを特徴とする請求項37記載の基板処理装置。The plating solution management unit has a dissolved oxygen concentration meter that measures dissolved oxygen in the plating solution held by the electroless plating unit, and controls the dissolved oxygen concentration of the plating solution to be constant according to the instruction of the dissolved oxygen concentration meter. The substrate processing apparatus according to claim 37, wherein: 前記後処理ユニットは、ロールスクラブ洗浄方式、ペンシル洗浄方式またはエッチング液によるエッチングバック方式のうちの少なくとも一種類を使用していることを特徴とする請求項31乃至38のいずれかに記載の基板処理装置。The substrate processing according to any one of claims 31 to 38, wherein the post-processing unit uses at least one of a roll scrub cleaning method, a pencil cleaning method, and an etching back method using an etchant. apparatus. 前記後処理ユニットは、化学機械的研磨ユニット、電気化学的研磨ユニットまたは複合電気化学的研磨ユニットのうちの少なくとも一種類を使用していることを特徴とする請求項31乃至39のいずれかに記載の基板処理装置。40. The post-processing unit according to claim 31, wherein at least one of a chemical mechanical polishing unit, an electrochemical polishing unit, and a composite electrochemical polishing unit is used. Substrate processing equipment. 前記乾燥ユニットは、スピンドライヤからなることを特徴とする請求項31乃至40のいずれかに記載の基板処理装置。The substrate processing apparatus according to any one of claims 31 to 40, wherein the drying unit comprises a spin dryer. 前記乾燥ユニットは、該乾燥ユニットに乾燥空気を供給するドライエアユニットないし乾燥不活性ガスを供給するドライ不活性ガスユニットを有することを特徴とする請求項31乃至41のいずれかに記載の基板処理装置。The substrate processing apparatus according to any one of claims 31 to 41, wherein the drying unit includes a dry air unit that supplies dry air to the drying unit or a dry inert gas unit that supplies a dry inert gas. . 前記乾燥ユニットで乾燥後の基板に、前記保護膜を改質する熱処理を施す熱処理ユニットを有することを特徴とする請求項31乃至42のいずれかに記載の基板処理装置。43. The substrate processing apparatus according to claim 31, further comprising a heat treatment unit for performing a heat treatment for modifying the protective film on the substrate dried by the drying unit. 被めっき下地表面に形成された保護膜の膜厚を測定する膜厚測定ユニットを有することを特徴とする請求項31乃至43のいずれかに記載の基板処理装置。The substrate processing apparatus according to any one of claims 31 to 43, further comprising a film thickness measuring unit for measuring a film thickness of the protective film formed on the surface of the base to be plated. 前記各ユニットに水素ガス溶解水または電解カソード水を供給するための、超純水に水素ガスを溶解する装置または超純水を電解する装置を有することを特徴とする請求項31乃至44のいずれかに記載の基板処理装置。45. An apparatus for dissolving a hydrogen gas in ultrapure water or an apparatus for electrolyzing ultrapure water for supplying hydrogen gas-dissolved water or electrolytic cathode water to each unit. A substrate processing apparatus according to any one of the above.
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