【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき装置に係り、特に半導体基板に形成された微細配線パターンに銅等の金属（配線材料）を埋込んで配線を形成するのに使用されるめっき装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、半導体基板上に、回路形状の配線溝（トレンチ）や微孔（ビアホール）等の配線用の微細凹部を形成し、銅めっきによりこれらを銅（配線材料）で埋め、残りの部分の銅層（めっき膜）をＣＭＰ等の手段により除去して回路を形成することが行われている。
【０００３】
この種の微細で高アスペクト比の配線を形成するめっきに使用されるめっき装置としては、表面（被めっき面）を上向き（フェースアップ）にして基板を保持し、この基板の周縁部にカソード電極を接触させて基板表面をカソードとするとともに、基板の上方にアノードを配置し、基板とアノードとの間をめっき液で満たしながら、基板（カソード）とアノードとの間にめっき電圧を印加して、基板の表面（被めっき面）にめっきを行うようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この種の表面を上向きにして基板を保持して枚葉式でめっきを行うめっき装置にあっては、基板の全面に亘ってめっき電流の分布をより均一にして、めっき膜の面内均一性をより向上させるとともに、基板は、一般に表面を上向きにして搬送されて各種の処理が施されるため、めっきの際に基板を裏返す必要をなくすことができる。
【０００５】
この種のめっき装置にあっては、アノードとして、例えば含有量が０．０３〜０．０５％のりんを含む銅（含りん銅）から構成された溶解性のもの使用することで、りんと塩素の複合物からなるブラックフィルムと呼ばれる膠質の黒色膜をアノードの表面に形成して、アノードから発生する一価の銅イオン（スライム）の生成を抑制することが広く行われている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２３２０７８
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アノードとして溶解性のものを使用した場合に、アノードから発生した一価の銅イオンがアノードの表面に形成されたブラックフィルムの表面に必要以上に堆積すると、ブラックフィルムがアノードより離脱し、一価の銅イオンは容易に銅となるため、このアノードより離脱したブラックフィルム自体がめっき中のパーティクルの原因となる。
【０００８】
このため、アノードとして、不溶解性のものを使用することが考えられる。しかし、アノードとして不溶解性のものを使用すると、アノード表面に酸素ガスが発生し、この酸素ガスが基板に到達すると、基板に欠陥が発生する原因となるばかりでなく、この酸素ガスの圧力がめっき液面に作用すると、めっき液面が変動して安定しためっきを行うことができなくなる。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、アノードとして不溶解性のものを使用し、しかも酸素ガスによって基板に欠陥が発生することを防止しつつ、安定しためっきを行えるようにしためっき装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板を保持する基板ステージと、前記基板ステージで保持した基板の被めっき面の周縁部に当接して該周縁部を水密的にシールするシール材と、該基板と接触して通電させるカソード電極とを備えたカソード部と、前記カソード部の上方に上下動自在に配置され、内部に不溶解性材料からなるアノードを収納し下端開口部を通水性を有する多孔質体で閉塞させたアノード室を備えた電極ヘッドと、前記アノードと前記基板ステージで保持した基板の被めっき面との間にめっき液を注入するめっき注入手段と、前記カソード電極と前記アノードとの間にめっき電圧を印加する電源と、前記アノード室内のガスを排気する排気ラインを有することを特徴とするめっき装置である。
【００１１】
このように、不溶解性材料からなるアノードを使用することで、アノードの交換を不要となすとともに、溶解性アノードを使用した場合における、ブラックフィルムの剥離によるパーティクルの発生を防止することができる。しかも、アノード表面に発生する酸素ガスをアノード室内に導き、アノード室内の酸素ガスを排気することで、この酸素ガスが基板に到達しないようにすることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記排気ラインによるガスの排気量を制御する制御部を有することを特徴とする請求項１記載のめっき装置である。これにより、アノード室内の圧力が一定となるように排気ラインによるガスの排気量を制御することで、アノード室内のめっき液の液面が変動することを防止して、安定しためっきを行うことができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記アノード室内の圧力を検知する圧力センサを備え、この圧力センサの出力を基に前記排気ラインによるガスの排気量を制御することを特徴とする請求項２記載のめっき装置である。このように、アノード室内の圧力を検知し、この圧力に比例するように、例えば真空ポンプを運転するフィードバック制御を行うことで、アノード室内の圧力を一定にすることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記カソード電極と前記アノードとの間を流れる電流を積算する積算計を備え、この積算計の出力を基に前記排気ラインによるガスの排気量を制御することを特徴とする請求項２記載のめっき装置である。アノード表面から発生する酸素ガスの量は、カソード電極に接続された基板（カソード）とアノードとの間を流れる電流値に比例する。このため、この間を流れる電流の積算し、この積算値に比例するように、例えば真空ポンプを運転するフィードフォワード制御を行うことで、アノード室内の圧力を一定にすることができる。
【００１５】
【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。この実施の形態は、半導体ウエハ等の基板の表面に設けた配線用の微細凹部に、配線材料としての銅を埋込んで銅層からなる配線を形成するようにした例を示しているが、他の配線材料を使用しても良いことは勿論である。
【００１６】
図１を参照して、半導体装置における銅配線形成例を説明する。図１（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上に、例えばＳｉＯ２からなる酸化膜やＬｏｗ−Ｋ材膜等の絶縁膜２を堆積し、この絶縁膜２の内部に、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、配線用の微細凹部としての微孔（ビアホール）３と配線溝（トレンチ）４を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリア層５、更にその上に電解めっきの給電層としてのシード層６をスパッタリング等により形成する。
【００１７】
そして、図１（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、基板Ｗの微孔３及び配線溝４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜２上に銅層７を堆積させる。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）などにより、絶縁膜２上のバリア層５，シード層６及び銅層７を除去して、微孔３及び配線溝４内に充填させた銅層７の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜２の内部にシード層６と銅層７からなる配線（銅配線）８を形成する。
【００１８】
次に、図１（ｄ）に示すように、基板Ｗの表面に無電解めっきを施し、配線８の表面に、Ｃｏ合金やＮｉ合金等からなる保護膜９を選択的に形成し、これによって、配線８の表面を保護膜９で覆って保護する。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態におけるめっき装置を備えた基板処理装置の平面図を示す。図２に示すように、この基板処理装置は、例えばスミフボックス等の内部に多数の半導体ウエハ等の基板を収納した搬送ボックス１０を着脱自在な矩形状の装置フレーム１２を備えている。この装置フレーム１２の内部には、ロード・アンロードステーション１４と、このロード・アンロードステーション１４との間で基板を授受する走行自在な搬送ロボット１６が備えられている。そして、搬送ロボット１６を挟んで該搬送ロボット１６の両側には、一対のめっき装置１８が配置され、更に、搬送ロボット１６を挟んで一方の側には、洗浄・乾燥装置２０、ベベルエッチング・裏面洗浄装置２２及び膜厚測定器２４が直列に配置され、他方の側には、熱処理（アニール）装置２６、前処理装置２８、無電解めっき装置３０及び研磨装置３２が直列に配置されている。
【００２０】
ここで、装置フレーム１２には遮光処理が施され、これによって、この装置フレーム１２内での以下の各工程を遮光状態で、つまり、配線に照明光等の光が当たることなく行えるようになっている。このように、配線に光を当たることを防止することで、例えば銅からなる配線に光が当たって光電位差が生じ、この光電位差によって配線が腐食してしまうことを防止することができる。
【００２１】
図３は、めっき装置１８の概要を示す。図３に示すように、めっき装置１８は、水平方向に揺動自在な揺動アーム５００を備え、この揺動アーム５００の先端に電極ヘッド５０２が回転自在に支承されている。一方、電極ヘッド５０２の下方に位置して、表面（被めっき面）を上向きにして基板Ｗを保持する基板ステージ５０４が上下動自在に配置され、この基板ステージ５０４の上方には、該基板ステージ５０４の周縁部を囲繞するようにカソード部５０６が配置されている。なお、この例では、電極ヘッド５０２として、その径が基板ステージ５０４の径より僅かに小さい径を有するものを使用し、電極ヘッド５０２と基板ステージ５０４との相対位置を変化させることなく、基板ステージ５０４で保持した基板Ｗの表面（被めっき面）のほぼ全面に亘ってめっきを行えるようにした例を示している。
【００２２】
基板ステージ５０４の上面の周縁部には、内部に設けた真空通路５０４ａに連通するリング状の真空吸着溝５０４ｂが設けられ、この真空吸着溝５０４ｂを挟んだ内外の両側に、シールリング５０８，５１０が装着されている。これにより、基板ステージ５０４の上面に基板Ｗを載置し、真空通路５０４ａを介して真空吸着溝５０４ｂ内を真空吸引することで、基板Ｗをその周縁部を吸着して保持するようになっている。
【００２３】
揺動アーム５００は、図示しないサーボモータからなる上下動モータとボールねじを介して上下動し、図示しない旋回モータを介して、旋回（揺動）するようになっている。なお、モータの代わりに空気圧アクチュエータを使用しても良いことは勿論である。
【００２４】
前記カソード部５０６は、この例では６分割されたカソード電極５１２と、このカソード電極５１２の上方を覆うように取付けた環状のシール材５１４とを有している。シール材５１４は、その内周縁部が内方に向け下方に傾斜し、かつ徐々に薄肉となって、内周端部が下方に垂下するように構成されている。これにより、基板ステージ５０４が上昇した時に、この基板ステージ５０４で保持した基板Ｗの周縁部にカソード電極５１２が押付けられて通電し、同時にシール材５１４の内周端部が基板Ｗの周縁部上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板の上面（被めっき面）に供給されためっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止するとともに、めっき液がカソード電極５１２を汚染することを防止するようになっている。
【００２５】
なお、この例において、カソード部５０６は、上下動不能で基板ステージ５０４と一体に回転するようになっているが、上下動自在で、下降した時にシール材５１４が基板Ｗの被めっき面に圧接するように構成しても良い。
【００２６】
前記電極ヘッド５０２は、共に下方に開口した有底円筒状で、同心状に配置した回転ハウジング５２０と上下動ハウジング５２２とを有している。そして、回転ハウジング５２０は、揺動アーム５００の自由端に取付けた回転体５２４の下面に固着されて該回転体５２４と一体に回転するよう構成されている。一方、上下動ハウジング５２２は、その上部において、回転ハウジング５２０の内部に位置して該回転ハウジング５２０と一体に回転し、相対的に上下動するように構成されている。上下動ハウジング５２２は、下端開口部を多孔質体５２８で閉塞することで、内部に円板状のアノード５２６を配置し、内部に該アノード５２６を浸漬させるめっき液Ｑを導入するアノード室５３０を区画形成している。
【００２７】
この多孔質体５２８は、この例では、多孔質材を３層に積層した多層構造となっている。すなわち、多孔質体５２８は、主にめっき液を保持する役割を果たすめっき液含浸材５３２と、このめっき液含浸材５３２の下面に取付けられた多孔質パッド５３４から構成され、この多孔質パッド５３４は、基板Ｗに直接接触する下層パッド５３４ａと、この下層パッド５３４ａとめっき液含浸材５３２との間に介装される上層パッド５３４ｂから構成されている。そして、めっき液含浸材５３２と上層パッド５３４ｂは、上下動ハウジング５２２の内部に位置し、下層パッド５３４ａで上下動ハウジング５２２の下端開口部を閉塞するようになっている。
【００２８】
このように、多孔質体５２８を多層構造とすることで、例えば基板と接触する多孔質パッド５３４（下層パッド５３４ａ）として、基板の被めっき面上の凹凸面を平坦化するのに十分な平坦性を有するものを使用することが可能となる。
【００２９】
この下層パッド５３４ａは、基板Ｗの表面（被めっき面）と接触する面（表面）の平担性がある程度高く、めっき液が通過できる微細貫通穴を有し、少なくとも接触面が絶縁物もしくは絶縁性の高い物質で形成されていることが必要である。この下層パッド５３４ａに要求される平担性は、例えば、最大粗さ（ＲＭＳ）が数十μｍ以下程度である。
【００３０】
また、下層パッド５３４ａに要求される微細貫通穴は、接触面での平坦性を保つために丸穴の貫通孔が好ましく、更に、微細貫通穴の穴径や単位面積当たりの個数などはめっきする膜質や配線パターンによって最適値が異なるが、両者とも小さい方が凹部内におけるめっき成長の選択性を向上させる上で好ましい。具体的な、微細貫通穴の穴径や単位面積当たりの個数としては、例えば、穴径３０μｍ以下、好ましくは５〜２０μｍの微小貫通孔が、気孔率で５０％以下の状態で存在すれば良い。
【００３１】
更に、下層パッド５３４ａは、ある程度の固さであることが好ましく、例えば、その引張り強度が５〜１００ｋｇ／ｃｍ２、曲げ弾性強度が２００〜１００００ｋｇ／ｃｍ２程度であればよい。
【００３２】
この下層パッド５３４ａは、更に親水性の材料であることが好ましく、例えば下記に示す材料を親水化処理、あるいは親水基を重合させたものが用いられる。このような材料の例としては、多孔ポリエチレン（ＰＥ）、多孔ポリプロピレン（ＰＰ）、多孔ポリアミド、多孔ポリカーボネートまたは多孔ポリイミド等が挙げられる。このうち、多孔ＰＥ、多孔ＰＰ、多孔ポリアミド等は、超高分子のＰＥ、ＰＰ、ポリアミド等の細かい粉を原料とし、これを押し固め、焼結成形することにより調製したものであり、フルダスＳ（三菱樹脂（株）製）、サンファインＵＦ、サンファインＡＱ（ともに旭化成（株）製）、Ｓｐａｃｙ（スペイシーケミカル社製）等の商品名で市販されている。また、多孔ポリカーボネートは、例えば、ポリカーボネートフィルムにアクセラレーターで加速した高エネルギーの重金属（銅等）を貫通させ、これにより生成する直線上のトラック（軌跡）を選択的にエッチングすることにより調製されるものである。
【００３３】
この下層パッド５３４ａは、基板Ｗの表面と接触する面（表面）を圧縮加工、機械加工等により平坦化加工したものであっても良く、これにより、微小溝でのより高い優先析出が期待できる。
【００３４】
一方、めっき液含浸材５３２は、アルミナ、ＳｉＣ、ムライト、ジルコニア、チタニア、コージライト等の多孔質セラミックスまたはポリプロピレンやポリエチレンの焼結体等の硬質多孔質体、あるいはこれらの複合体、更には織布や不織布で構成される。例えば、アルミナ系セラミックスにあっては、ポア径３０〜２００μｍ、ＳｉＣにあっては、ポア径３０μｍ以下、気孔率２０〜９５％、厚み１〜２０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍ、更に好ましくは８〜１５ｍｍ程度のものが使用される。この例では、例えば気孔率３０％、平均ポア径１００μｍでアルミナ製の多孔質セラミックス板から構成されている。そして、この内部にめっき液を含有させることで、つまり多孔質セラミックス板自体は絶縁体であるが、この内部にめっき液を複雑に入り込ませ、厚さ方向にかなり長い経路を辿らせることで、めっき液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有するように構成されている。
【００３５】
このようにめっき液含浸材５３２をアノード室５３０内に配し、このめっき液含浸材５３２によって大きな抵抗を発生させることで、銅層７（図１参照）の抵抗の影響を無視できる程度となし、基板Ｗの表面の電気抵抗による電流密度の面内差を小さくして、めっき膜の面内均一性を向上させることができる。
【００３６】
電極ヘッド５０２には、基板ステージ５０４で保持した基板Ｗの表面（被めっき面）に下層パッド５３４ａを任意の圧力で押圧する、この例ではエアバック５４０からなる押圧機構が備えられている。つまり、この例では、回転ハウジング５２０の天井壁の下面と上下動ハウジング５２２の天井壁の上面との間に、リング状のエアバック（押圧機構）５４０が配置され、このエアバック５４０は、加圧流体導入管５４２を介して、加圧流体供給源（図示せず）に接続されている。
【００３７】
これにより、揺動アーム５００を所定の位置（プロセス位置）に上下動不能に固定した状態で、エアバック５４０の内部を圧力Ｐで加圧することで、基板ステージ５０４で保持した基板Ｗの表面（被めっき面）に下層パッド５３４ａを任意の圧力でより均一に押圧し、上記圧力Ｐを大気圧に戻すことで、下層パッド５３４ａの押圧を解くことができる。
【００３８】
上下動ハウジング５２２には、この内部にめっき液を導入するめっき液導入管５４４と、加圧流体を導入する加圧流体導入管（図示せず）が取付けられており、アノード５２６の内部には、多数の細孔５２６ａが設けられている。これにより、めっき液Ｑは、めっき液導入管５４４からアノード室５３０内に導入され、アノード室５３０の内部を加圧することで、アノード５２６の細孔５２６ａ内を通過してめっき液含浸材５３２の上面に達し、この内部から多孔質パッド５３４（上層パッド５３４ｂ及び下層パッド５３４ａ）の内部を通過して、基板ステージ５０４で保持した基板Ｗの上面に達する。
【００３９】
ここで、アノード５２６は、白金、チタン等の不溶解性金属あるいは金属上に白金等をめっきした不溶解性電極、例えばチタニウム表面にイリジウムを被覆したもので構成されている。このように、アノード５２６を不溶解材料（不溶解性電極）で構成することで、アノード５２６の交換を不要となすとともに、溶解性アノードを使用した場合における、ブラックフィルムの剥離によるパーティクルの発生を防止することができる。しかし、この場合、アノード５２６の表面から酸素ガスが発生し、この酸素ガスが基板Ｗの表面に到達すると基板に欠陥が発生する原因となる。そこで、この例では、以下のような構成が採用されている。
【００４０】
すなわち、アノード室５３０を区画形成する上下動ハウジング５２２の頂壁には排気ポート５６４が取付けられ、この排気ポート５６４に、内部に開閉弁５６６と真空ポンプ５６８を設置した排気ライン５７０が接続されている。これにより、めっきの際に、開閉弁５６６を開くとともに、真空ポンプ５６８を駆動してアノード室５３０の内部を真空排気することで、アノード５２６の表面から発生した酸素ガスは、アノード５２６内の細孔５２６ａを通ってアノード室５３０の上部に達し、排気ライン５７０から外部に排気され、これによって、酸素ガスが基板Ｗの表面に到達しないようになっている。
【００４１】
更に、この例では、アノード室５３０内の圧力を検知する圧力センサ５７２が備えられ、この圧力センサ５７２からの信号は制御部５７４に入力され、この制御部５７４の出力信号によって、前記真空ポンプ５６８の運転が、アノード室５３０の内部圧力が一定となるように、フィードバック制御されるようになっている。このように、アノード室５３０内の圧力が一定となるように、排気ライン５７０によるアノード室５３０内のガスの排気量を制御することで、アノード室５３０内のめっき液の液面が変動することを防止して、安定しためっきを行うことができる。
【００４２】
なお、図４に示すように、圧力センサ５７２の代わりに、カソード電極５１２とアノード５２６との間に電源５５０により電圧を印加されて、カソード電極５１２に接続された基板Ｗとアノード５２６との間を流れる電流を積算する積算計５８０を備え、この積算計５８０の出力を制御部５７４に入力して、真空ポンプ５６８の運転を、アノード室５３０の内部圧力が一定となるように、フィードフォワード制御するようにしてもよい。
【００４３】
つまり、アノード５２６の表面から発生する酸素ガスの量は、カソード電極５１２に接続された基板（カソード）Ｗとアノード５２６との間を流れる電流値に比例するため、この間を流れる電流の積算し、この積算値に比例するように、真空ポンプ５６８を運転するフィードフォワード制御を行うことで、アノード室５３０内の圧力を一定にすることができる。
カソード電極５１２はめっき電源５５０の陰極に、アノード５２６はめっき電源５５０の陽極にそれぞれ電気的に接続される。
【００４４】
次に、このめっき装置でめっきを行う時の操作について説明する。先ず、基板ステージ５０４の上面に基板Ｗを吸着保持した状態で、基板ステージ５０４を上昇させて、基板Ｗの周縁部をカソード電極５１２に接触させて通電可能な状態となし、更に上昇させて、基板Ｗの周縁部上面にシール材５１４を圧接させ、基板Ｗの周縁部を水密的にシールする。
【００４５】
一方、電極ヘッド５０２にあっては、アイドリングを行ってめっき液の置換及び泡抜き等を行っている位置（アイドリング位置）から、めっき液Ｑを内部に保持した状態で、所定の位置（プロセス位置）に位置させる。つまり、揺動アーム５００を一旦上昇させ、更に旋回させることで、電極ヘッド５０２を基板ステージ５０４の直上方位置に位置させ、しかる後、下降させて所定の位置（プロセス位置）に達した時に停止させる。そして、アノード室５３０内を加圧して、電極ヘッド５０２で保持しためっき液Ｑを多孔質パッド５３４の下面から吐出させる。次に、エアバック５４０内に加圧空気を導入して、下層パッド５３４ａを下方に押付ける。
【００４６】
この状態で、電極ヘッド５０２及び基板ステージ５０４をそれぞれ回転（自転）させる。これにより、多孔質体５２８（下層パッド５３４ａ）の全面を基板Ｗの被めっき面に均一に押圧して密着させる。
【００４７】
次に、カソード電極５１２をめっき電源５５０の陰極に、アノード５２６をめっき電源５５０の陽極にそれぞれ接続し、これによって、基板Ｗの被めっき面にめっきを施す。このめっき時に、排気ライン５７０の開閉弁５６６を開くとともに、真空ポンプ５６８を、アノード室５３０の圧力が一定となるように制御しつつ運転して、アノード室５３０内のガスを排気する。これにより、アノード５２６の表面に発生した酸素ガスが基板Ｗに到達することを防止するとともに、アノード室５３０内のめっき液の液面が変動することを防止する。
【００４８】
そして、所定時間めっきを継続した後、カソード電極５１２及びアノード５２６のめっき電源５５０との接続を解くとともに、開閉弁５６６を閉じてアノード室５３０内を大気圧に戻し、更にエアバック５４０内を大気圧に戻して、下層パッド５３４ａの基板Ｗへの押圧を解く。そして、電極ヘッド５０２を上昇させる。
上記操作を、必要に応じて所定回数繰返し、基板Ｗの表面（被めっき面）に、配線用の微細凹部を埋めるのに十分な膜厚の銅層７（図１（ｂ）参照）を成膜したのち、電極ヘッド５０２を旋回させて元の位置（アイドリング位置）に戻す。
【００４９】
図５は、めっき液の組成や液温等を管理してめっき装置１８に供給するめっき液管理供給システムを示す。図５に示すように、めっき装置１８の電極ヘッド５０２を浸漬させてアイドリングを行うめっき液トレー６００が備えられ、このめっき液トレー６００は、めっき液排出管６０２を介してリザーバ６０４に接続されており、めっき液排出管６０２を通して排出されためっき液は、リザーバ６０４に入る。
【００５０】
そして、このリザーバ６０４に入っためっき液は、ポンプ６０６の駆動に伴って、めっき液調整タンク６０８に入る。このめっき液調整タンク６０８には、温度コントローラ６１０や、サンプル液を取出して分析するめっき液分析ユニット６１２が付設され、更に、めっき液分析ユニット６１２の分析によって不足する成分を補給する成分補給管６１４が接続されており、めっき液調整タンク６０８内のめっき液は、ポンプ６１６の駆動に伴って、めっき液供給管６１８に沿って流れ、フィルタ６２０を通過して、めっき液トレー６００に戻されるようになっている。
【００５１】
このように、めっき液調整タンク６０８でめっき液の組成及び温度を一定に調整し、この調整しためっき液をめっき装置１８の電極ヘッド５０２に供給して、該電極ヘッド５０２で保持することで、めっき装置１８の電極ヘッド５０２に、常に一定の組成及び温度を有するめっき液を供給することができる。
【００５２】
図６及び図７は、基板を洗浄（リンス）し乾燥させるようにした洗浄・乾燥装置２０の一例を示す。つまり、この洗浄・乾燥装置２０は、まず化学洗浄及び純水洗浄（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装置であり、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。
【００５３】
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。
【００５４】
また、洗浄・乾燥装置２０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、洗浄・乾燥装置２０の上部には、装置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。
【００５５】
このような構成の洗浄・乾燥装置２０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の表面の洗浄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。
【００５６】
図８にベベルエッチング・裏面洗浄装置２２の一例を示す。このベベルエッチング・裏面洗浄装置２２は、基板のエッジ（ベベル）部に付着した銅層７（図１参照）のエッチングと裏面洗浄を同時に行い、しかも、基板表面に設けた回路形成部における銅の自然酸化膜の成長を抑えるようにしたもので、有底円筒状の防水カバー９２０の内部に位置して基板Ｗをフェイスアップでその周縁部の円周方向に沿った複数箇所でスピンチャック９２１により水平に保持して高速回転させる基板ステージ９２２と、この基板ステージ９２２で保持された基板Ｗの表面側のほぼ中央部上方に配置されたセンタノズル９２４と、基板Ｗの周縁部の上方に配置されたエッジノズル９２６とを備えている。センタノズル９２４及びエッジノズル９２６は、それぞれ下向きで配置されている。また基板Ｗの裏面側のほぼ中央部の下方に位置して、バックノズル９２８が上向きで配置されている。前記エッジノズル９２６は、基板Ｗの直径方向及び高さ方向を移動自在に構成されている。
【００５７】
このエッジノズル９２６の移動幅Ｌは、基板の外周端面から中心部方向に任意の位置決めが可能になっていて、基板Ｗの大きさや使用目的等に合わせて、設定値の入力を行う。通常、２ｍｍから５ｍｍの範囲でエッジカット幅Ｃを設定し、裏面から表面への液の回り込み量が問題にならない回転数以上であれば、その設定されたカット幅Ｃ内の銅層等を除去することができる。
【００５８】
次に、このベベルエッチング・裏面洗浄装置２２による洗浄方法について説明する。まず、スピンチャック９２１を介して基板を基板ステージ９２２で水平に保持した状態で、基板Ｗを基板ステージ９２２と一体に水平回転させる。この状態で、センタノズル９２４から基板Ｗの表面側の中央部に酸溶液を供給する。この酸溶液としては非酸化性の酸であればよく、例えばフッ酸、塩酸、硫酸、クエン酸、蓚酸等を用いる。一方、エッジノズル９２６から基板Ｗの周縁部に酸化剤溶液を連続的または間欠的に供給する。この酸化剤溶液としては、オゾン水、過酸化水素水、硝酸水、次亜塩素酸ナトリウム水等のいずれかを用いるか、またはそれらの組み合わせを用いる。
【００５９】
これにより、基板Ｗの周縁部のエッジカット幅Ｃの領域では上面及び端面に成膜された銅層等は酸化剤溶液で急速に酸化され、同時にセンタノズル９２４から供給されて基板の表面全面に拡がる酸溶液によってエッチングされ溶解除去される。このように、基板周縁部で酸溶液と酸化剤溶液を混合させることで、予めそれらの混合水をノズルから供給するのに比べて急峻なエッチングプロフィールを得ることができる。このときそれらの濃度により銅のエッチングレートが決定される。また、基板の表面の回路形成部に銅の自然酸化膜が形成されていた場合、この自然酸化物は基板の回転に伴って基板の表面全面に亘って広がる酸溶液で直ちに除去されて成長することはない。なお、センタノズル９２４からの酸溶液の供給を停止した後、エッジノズル９２６からの酸化剤溶液の供給を停止することで、表面に露出しているシリコンを酸化して、銅の付着を抑制することができる。
【００６０】
一方、バックノズル９２８から基板の裏面中央部に酸化剤溶液とシリコン酸化膜エッチング剤とを同時または交互に供給する。これにより基板Ｗの裏面側に金属状で付着している銅等を基板のシリコンごと酸化剤溶液で酸化しシリコン酸化膜エッチング剤でエッチングして除去することができる。なおこの酸化剤溶液としては表面に供給する酸化剤溶液と同じものにする方が薬品の種類を少なくする上で好ましい。またシリコン酸化膜エッチング剤としては、フッ酸を用いることができ、基板の表面側の酸溶液もフッ酸を用いると薬品の種類を少なくすることができる。これにより、酸化剤供給を先に停止すれば疎水面が得られ、エッチング剤溶液を先に停止すれば飽水面（親水面）が得られて、その後のプロセスの要求に応じた裏面に調整することもできる。
【００６１】
このように酸溶液すなわちエッチング液を基板に供給して、基板Ｗの表面に残留する金属イオンを除去した後、更に純水を供給して、純水置換を行ってエッチング液を除去し、その後、スピン乾燥を行う。このようにして基板表面の周縁部のエッジカット幅Ｃ内の銅層の除去と裏面の銅汚染除去を同時に行って、この処理を、例えば８０秒以内に完了させることができる。なお、エッジのエッジカット幅を任意（２ｍｍ〜５ｍｍ）に設定することが可能であるが、エッチングに要する時間はカット幅に依存しない。
【００６２】
図９及び図１０は、熱処理（アニール）装置２６を示す。この熱処理装置２６は、基板Ｗを出し入れするゲート１０００を有するチャンバ１００２の内部に位置して、基板Ｗを、例えば４００℃に加熱するホットプレート１００４と、例えば冷却水を流して基板Ｗを冷却するクールプレート１００６が上下に配置されている。また、クールプレート１００６の内部を貫通して上下方向に延び、上端に基板Ｗを載置保持する複数の昇降ピン１００８が昇降自在に配置されている。更に、アニール時に基板Ｗとホットプレート１００４との間に酸化防止用のガスを導入するガス導入管１０１０と、該ガス導入管１０１０から導入され、基板Ｗとホットプレート１００４との間を流れたガスを排気するガス排気管１０１２がホットプレート１００４を挟んで互いに対峙する位置に配置されている。
【００６３】
ガス導入管１０１０は、内部にフィルタ１０１４ａを有するＮ２ガス導入路１０１６内を流れるＮ２ガスと、内部にフィルタ１０１４ｂを有するＨ２ガス導入路１０１８内を流れるＨ２ガスとを混合器１０２０で混合し、この混合器１０２０で混合したガスが流れる混合ガス導入路１０２２に接続されている。
【００６４】
これにより、ゲート１０００を通じてチャンバ１００２の内部に搬入した基板Ｗを昇降ピン１００８で保持し、昇降ピン１００８を該昇降ピン１００８で保持した基板Ｗとホットプレート１００４との距離が、例えば０．１〜１．０ｍｍ程度となるまで上昇させる。この状態で、ホットプレート１００４を介して基板Ｗを、例えば４００℃となるように加熱し、同時にガス導入管１０１０から酸化防止用のガスを導入して基板Ｗとホットプレート１００４との間を流してガス排気管１０１２から排気する。これによって、酸化を防止しつつ基板Ｗをアニールし、このアニールを、例えば数十秒〜６０秒程度継続してアニールを終了する。基板の加熱温度は１００〜６００℃が選択される。
【００６５】
アニール終了後、昇降ピン１００８を該昇降ピン１００８で保持した基板Ｗとクールプレート１００６との距離が、例えば０〜０．５ｍｍ程度となるまで下降させる。この状態で、クールプレート１００６内に冷却水を導入することで、基板Ｗの温度が１００℃以下となるまで、例えば１０〜６０秒程度、基板を冷却し、この冷却終了後の基板を次工程に搬送する。
【００６６】
なお、この例では、酸化防止用のガスとして、Ｎ２ガスと数％のＨ２ガスを混合した混合ガスを流すようにしているが、Ｎ２ガスのみを流すようにしてもよい。
【００６７】
図１１乃至図１７は、基板の無電解めっきの前処理を行う前処理装置２８を示す。この前処理装置２８は、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。
【００６８】
この出力軸６４の内部には、図１４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。
【００６９】
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。
【００７０】
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１５及び図１６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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
更に、図１７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。
【００７６】
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。
【００７７】
この前処理装置２８によれば、図１１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１２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１３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。
【００７８】
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。
【００７９】
図１８乃至図２４に無電解めっき装置３０を示す。この無電解めっき装置３０は、図１（ｄ）に示す保護膜９を形成するためのものあり、めっき槽２００（図２２及び図２４参照）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。
【００８０】
基板ヘッド２０４は、図１８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。
【００８１】
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。
【００８２】
吸着ヘッド２３４の下面周縁部には、図１９乃至図２１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Ｎ２を供給して行う。
【００８３】
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。
【００８４】
これにより、図１９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２０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２１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。
【００８５】
図２２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２４参照）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。
【００８６】
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。
【００８７】
このめっき槽２００は、図２４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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
図２３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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
この無電解めっき装置３０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。
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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１６との受渡し位置まで移動させ、この搬送ロボット１６に基板Ｗを受渡して次工程に搬送する。
【００９８】
この無電解めっき装置３０には、図２４に示すように、無電解めっき装置３０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。
【００９９】
このめっき液管理ユニット３３０は、無電解めっき装置３０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。
【０１００】
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。
【０１０１】
図２５は、研磨装置（ＣＭＰ装置）３２の一例を示す。この研磨装置３２は、上面に研磨布（研磨パッド）８２０を貼付して研磨面を構成する研磨テーブル８２２と、基板Ｗをその被研磨面を研磨テーブル８２２に向けて保持するトップリング８２４とを備えている。そして、研磨テーブル８２２とトップリング８２４とをそれぞれ自転させ、研磨テーブル８２２の上方に設置された砥液ノズル８２６より砥液を供給しつつ、トップリング８２４により基板Ｗを一定の圧力で研磨テーブル８２２の研磨布８２０に押圧することで、基板Ｗの表面を研磨するようになっている。なお、研磨パッドとして、予め砥粒を入れた固定砥粒方式を採用したものを使用してもよい。
【０１０２】
このようなＣＭＰ装置３２を用いて研磨作業を継続すると研磨布８２０の研磨面の研磨力が低下するが、この研磨力を回復させるために、ドレッサー８２８を設け、このドレッサー８２８によって、研磨する基板Ｗの交換時などに研磨布８２０の目立て（ドレッシング）が行われている。このドレッシング処理においては、ドレッサー８２８のドレッシング面（ドレッシング部材）を研磨テーブル８２２の研磨布８２０に押圧しつつ、これらを自転させることで、研磨面に付着した砥液や切削屑を除去すると共に、研磨面の平坦化及び目立てが行なわれ、研磨面が再生される。また、研磨テーブル８２２に基板の表面の状態を監視するモニタを取付け、その場（Ｉｎ−ｓｉｔｕ）で研磨の終点（エンドポイント）を検出してもよく、またその場（Ｉｎ−ｓｉｔｕ）で基板の仕上がり状態を検査するモニタを取付けてもよい。
【０１０３】
図２６及び図２７は、反転機を備えた膜厚測定器２４を示す。同図に示すように、この膜厚測定器２４は反転機３３９を備え、この反転機３３９は、反転アーム３５３，３５３を備えている。この反転アーム３５３，３５３は、基板Ｗの外周をその左右両側から挟み込んで保持し、これを１８０°回動することで反転させる機能を有する。そしてこの反転アーム３５３，３５３（反転ステージ）の直下に円形の取付け台３５５を設置し、取付け台３５５上に複数の膜厚センサＳを設置する。取付け台３５５は駆動機構３５７によって上下動自在に構成されている。
【０１０４】
そして基板Ｗの反転時には、取付け台３５５は、基板Ｗの下方の実線の位置に待機しており、反転の前又は後に点線で示す位置まで上昇して膜厚センサＳを反転アーム３５３，３５３に把持した基板Ｗに接近させ、その膜厚を測定する。
【０１０５】
この例によれば、搬送ロボットのアームなどの制約がないため、取付け台３５５上の任意の位置に膜厚センサＳを設置できる。また、取付け台３５５は上下動自在な構成となっているので、測定時に基板Ｗとセンサ間の距離を調整することも可能である。また、検出目的に応じた複数の種類のセンサを取付けて、各々のセンサの測定毎に基板Ｗと各センサ間の距離を変更することも可能である。但し取付け台３５５が上下動するため、測定時間をやや要することになる。
【０１０６】
ここで、膜厚センサＳとして、例えば渦電流センサが使用される。渦電流センサは渦電流を発生させ、基板Ｗを導通して帰ってきた電流の周波数や損失を検出することにより膜厚を測定するものであり、非接触で用いられる。更に膜厚センサＳとしては、光学的センサも好適である。光学的センサは、試料に光を照射し、反射する光の情報から膜厚を直接的に測定することができるものであり、金属膜だけでなく酸化膜などの絶縁膜の膜厚測定も可能である。膜厚センサＳの設置位置は図示のものに限定されず、測定したい箇所に任意の個数を取付ける。
【０１０７】
次に、このように構成された基板処理装置によって、図１（ａ）に示す、シード層６を形成した基板に銅配線を形成する一連の処理を、図２８を更に参照して説明する。
【０１０８】
先ず、表面にシード層６を形成した基板Ｗを搬送ボックス１０から一枚ずつ取出し、ロード・アンロードステーション１４に搬入する。そして、このロード・アンロードステーション１４に搬入した基板Ｗを搬送ロボット１６で膜厚測定器２４に搬送し、この膜厚測定器２４でイニシャル膜厚（シード層６の膜厚）を測定し、しかる後、必要に応じて、基板を反転させてめっき装置１８に搬送し、このめっき装置１８で、図１（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅層７を堆積させて、銅の埋込みを行う。
【０１０９】
そして、この銅層７を形成した基板を、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送して、基板Ｗの純水による洗浄を行ってスピン乾燥させるか、またはめっき装置１８にスピン乾燥機能が備えられている場合には、このめっき装置１８で基板Ｗのスピン乾燥（液切り）を行って、この乾燥後の基板をベベルエッチング・裏面洗浄装置２２に搬送する。
【０１１０】
このベベルエッチング・裏面洗浄装置２２では、基板Ｗのベベル（エッジ）部に付着した不要な銅をエッチング除去すると同時に、基板の裏面を純水等で洗浄し、しかる後、前述と同様に、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送して、基板Ｗの純水による洗浄を行ってスピン乾燥させるか、またはベベルエッチング・裏面洗浄装置２２にスピン乾燥機能が備えられている場合には、このベベルエッチング・裏面洗浄装置２２で基板Ｗのスピン乾燥を行って、この乾燥後の基板を、搬送ロボット１６で熱処理装置２６に搬送する。
【０１１１】
この熱処理装置２６で基板Ｗの熱処理（アニール）を行う。そして、この熱処理後の基板Ｗを搬送ロボット１６で膜厚測定器２４に搬送し、ここで銅の膜厚を測定し、この測定結果と前述のイニシャル膜厚の測定結果との差から、銅層７（図１（ｂ）参照）の膜厚を求め、この測定後の膜厚によって、例えば次に基板に対するめっき時間を調整し、また膜厚が不足する場合には、再度めっきによる銅の追加の成膜を行う。そして、この膜厚測定後の基板Ｗを、搬送ロボット１６により研磨装置３２に搬送する。
【０１１２】
この研磨装置３２で、図１（ｃ）に示すように、基板Ｗの表面に堆積した不要な銅層７及びシード層６を研磨除去して、基板Ｗの表面を平坦化する。この時、例えば、膜厚や基板の仕上がり具合をモニタで検査し、このモニタで終点（エンドポイント）を検知した時に、研磨を終了する。そして、この研磨後の基板Ｗを搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送し、この洗浄・乾燥装置２０で基板表面を薬液で洗浄し、更に純水で洗浄（リンス）した後、高速回転させてスピン乾燥させる。そして、このスピン乾燥後の基板Ｗを搬送ロボット１６で前処理装置２８に搬送する。
【０１１３】
この前処理装置２８で、例えば基板表面へのＰｄ触媒の付着や、基板の露出表面に付着した酸化膜の除去等の少なくとも一方のめっき前処理を行う。そして、このめっき前処理後の基板を、前述のように、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送して、基板Ｗの純水による洗浄を行ってスピン乾燥させるか、または前処理装置２８にスピン乾燥機能が備えられている場合には、この前処理装置２８で基板Ｗのスピン乾燥（液切り）を行って、この乾燥後の基板を搬送ロボット１６で無電解めっき装置３０に搬送する。
【０１１４】
この無電解めっき装置３０で、図１（ｄ）に示すように、露出した配線８の表面に、例えば無電解Ｃｏ−Ｗ−Ｐめっきを施して、配線８の外部への露出表面に、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金膜からなる保護膜（めっき膜）９を選択的に形成して配線８を保護する。この保護膜９の膜厚は、０．１〜５００ｎｍ、好ましくは、１〜２００ｎｍ、更に好ましくは、１０〜１００ｎｍ程度である。この時、例えば、保護膜９の膜厚をモニタして、この膜厚が所定の値に達した時、つまり終点（エンドポイント）を検知した時に、無電解めっきを終了する。
【０１１５】
そして、無電解めっきが終了した基板を、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送し、この洗浄・乾燥装置２０で基板表面を薬液で洗浄し、更に純水で洗浄（リンス）した後、高速回転させてスピン乾燥させる。そして、このスピン乾燥後の基板Ｗを搬送ロボット１６でロード・アンロードステーション１４を経由して搬送ボックス１０内に戻す。
なお、この例は、配線材料として、銅を使用した例を示しているが、この銅の他に、銅合金、銀及び銀合金等を使用しても良い。
【０１１６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、不溶解性材料からなるアノードを使用することで、アノードの交換を不要となすとともに、溶解性アノードを使用した場合における、ブラックフィルムの剥離によるパーティクルの発生を防止することができる。しかも、アノード表面に発生する酸素ガスをアノード室内に導き、アノード室内の酸素ガスを排気することで、この酸素ガスが基板に到達して、基板の欠陥の原因となることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体装置における配線形成例を工程順に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるめっき装置を備えた基板処理装置の平面図である。
【図３】図２に示すめっき装置の要部を示す概要図である。
【図４】本発明の他の実施の形態におけるめっき装置の概要図である。
【図５】めっき液管理供給システムの一例を示す系統図である。
【図６】図３に示す洗浄・乾燥装置の一例を示す縦断正面図である。
【図７】同じく、平面図である。
【図８】図３に示すベベルエッチング・裏面洗浄装置の一例を示す概略図である。
【図９】図３に示す熱処理装置の一例を示す縦断正面図である。
【図１０】同じく、平断面図である。
【図１１】図３に示す前処理装置の基板受渡し時における正面図である。
【図１２】同じく、薬液処理時における正面図である。
【図１３】同じく、リンス時における正面図である。
【図１４】同じく、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１５】同じく、図１４のＡ部拡大図である。
【図１６】同じく、基板固定時における図１５相当図である。
【図１７】同じく、系統図である。
【図１８】図３に示す無電解めっき装置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１９】同じく、図１８のＢ部拡大図である。
【図２０】同じく、基板固定時における基板ヘッドを示す図１９相当図である。
【図２１】同じく、めっき処理時における基板ヘッドを示す図１９相当図である。
【図２２】同じく、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２３】同じく、洗浄槽を示す断面図である。
【図２４】同じく、系統図である。
【図２５】図３に示す研磨装置の一例を示す概要図である。
【図２６】図３に示す膜厚測定器における反転機付近の概略正面図である。
【図２７】同じく、反転アーム部分の平面図である。
【図２８】図３に示す基板処理装置における処理フロー図である。
【符号の説明】
３ 微孔（微細凹部）
４ 配線溝（微細凹部）
７ 銅層
８ 配線
９ 保護膜
１０ 搬送ボックス
１８ めっき装置
２０ 洗浄・乾燥装置
２２ ベベルエッチング・裏面洗浄装置
２４ 膜厚測定器
２６ 熱処理装置
２８ 前処理装置
３０ 無電解めっき装置
３２ 研磨装置
５６ ハウジング部
５８ 基板ホルダ
６０ 処理ヘッド
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
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
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
３１６ ヒータ
３２０ 熱交換器
３２２ 加熱装置
３２４ 攪拌ポンプ
３３０ めっき液管理ユニット
３３２ 溶存酸素濃度計
４２２ 基板ステージ
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
５００ 揺動アーム
５０２ 電極ヘッド
５０４ 基板ステージ
５０６ カソード部
５１２ カソード電極
５１４ シール材
５２０ 回転ハウジング
５２２ 上下動ハウジング
５２４ 回転体
５２６ アノード
５２８ 多孔質体
５３０ アノード室
５３２ めっき液含浸材
５３４ 多孔質パッド
５４０ エアバック
５４４ めっき液導入管
５５０ 電源
５６４ 排気ポート
５６６ 開閉弁
５６８ 真空ポンプ
５７０ 排気ライン
５７２ 圧力センサ
５７４ 制御部
５８０ 積算計
６００ めっき液トレー
６０４ リザーバ
６０８ めっき液調整タンク
６１０ 温度コントローラ
６１２ めっき液分析ユニット
８２０ 研磨布
８２２ 研磨テーブル
８２４ トップリング
８２６ 砥液ノズル
８２８ ドレッサー
９２２ 基板ステージ
９２４ センタノズル
９２６ エッジノズル
９２８ バックノズル
１００２ チャンバ
１００４ ホットプレート
１００６ クールプレート[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plating apparatus, and more particularly to a plating apparatus used for forming a wiring by embedding a metal (wiring material) such as copper in a fine wiring pattern formed on a semiconductor substrate.
[0002]
[Prior art]
Recently, fine recesses for wiring such as circuit-shaped wiring grooves (trench) and fine holes (via holes) are formed on a semiconductor substrate, and these are filled with copper (wiring material) by copper plating, and the remaining copper is formed. A circuit is formed by removing a layer (plating film) by means such as CMP.
[0003]
As a plating apparatus used for plating such fine and high aspect ratio wiring, a substrate is held with its surface (plated surface) facing upward (face-up), and a cathode electrode is provided on the periphery of the substrate. To make the surface of the substrate a cathode, place the anode above the substrate, and apply a plating voltage between the substrate (cathode) and the anode while filling the space between the substrate and the anode with a plating solution. There has been known a technique in which plating is performed on the surface (plated surface) of a substrate (for example, see Patent Document 1).
[0004]
In a plating apparatus that performs a single-wafer plating while holding a substrate with this type of surface facing upward, the distribution of plating current is made more uniform over the entire surface of the substrate, and the in-plane uniformity of the plating film is improved. In addition, since the substrate is generally transported with its surface facing upward and subjected to various processes, it is possible to eliminate the need to turn the substrate upside down during plating.
[0005]
In this type of plating apparatus, a soluble anode composed of, for example, copper containing phosphorus (phosphorus-containing copper) having a content of 0.03 to 0.05% is used as an anode, so that phosphorus and chlorine are used. It has been widely practiced to form a colloidal black film called a black film made of a composite of the above on the surface of the anode to suppress the generation of monovalent copper ions (slime) generated from the anode.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-23278
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a soluble one is used as the anode, when monovalent copper ions generated from the anode deposit more than necessary on the surface of the black film formed on the surface of the anode, the black film detaches from the anode, Since monovalent copper ions are easily converted to copper, the black film itself separated from the anode causes particles during plating.
[0008]
Therefore, it is conceivable to use an insoluble anode as the anode. However, if an insoluble anode is used, oxygen gas is generated on the anode surface, and when the oxygen gas reaches the substrate, not only causes a defect on the substrate but also reduces the pressure of the oxygen gas. When it acts on the plating solution level, the plating solution level fluctuates and stable plating cannot be performed.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and uses an insoluble anode as the anode, and furthermore, prevents the occurrence of defects in the substrate due to oxygen gas, and enables plating to be performed stably. It is intended to provide a device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a substrate stage for holding a substrate, a sealing material that abuts against a peripheral portion of a surface to be plated of the substrate held by the substrate stage and seals the peripheral portion in a watertight manner, A cathode portion having a cathode electrode for supplying electricity by contacting with the cathode portion, and a porous member which is disposed movably up and down above the cathode portion, houses an anode made of an insoluble material therein, and has a lower end opening having water permeability. An electrode head having an anode chamber closed with a substrate, plating injecting means for injecting a plating solution between the anode and a surface to be plated of a substrate held by the substrate stage, the cathode electrode and the anode, A plating power supply for applying a plating voltage therebetween, and an exhaust line for exhausting gas in the anode chamber.
[0011]
As described above, by using the anode made of the insoluble material, it is not necessary to replace the anode, and it is possible to prevent generation of particles due to peeling of the black film when the soluble anode is used. Moreover, the oxygen gas generated on the anode surface is guided into the anode chamber, and the oxygen gas in the anode chamber is exhausted, so that the oxygen gas can be prevented from reaching the substrate.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the plating apparatus according to the first aspect, further comprising a control unit configured to control an amount of gas exhausted by the exhaust line. Thus, by controlling the amount of gas exhausted by the exhaust line so that the pressure in the anode chamber is constant, the level of the plating solution in the anode chamber is prevented from fluctuating, and stable plating can be performed. it can.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a pressure sensor for detecting a pressure in the anode chamber, wherein an amount of gas exhausted by the exhaust line is controlled based on an output of the pressure sensor. Is a plating apparatus. As described above, the pressure in the anode chamber can be made constant by detecting the pressure in the anode chamber and performing feedback control for operating a vacuum pump, for example, so as to be proportional to this pressure.
[0014]
The invention according to claim 4 includes an integrator that integrates a current flowing between the cathode electrode and the anode, and controls an amount of gas exhausted by the exhaust line based on an output of the integrator. The plating apparatus according to claim 2, wherein The amount of oxygen gas generated from the anode surface is proportional to the value of the current flowing between the substrate (cathode) connected to the cathode electrode and the anode. For this reason, the pressure in the anode chamber can be kept constant by integrating the current flowing therethrough and performing, for example, feedforward control to operate the vacuum pump in proportion to the integrated value.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment shows an example in which copper as a wiring material is embedded in a fine concave portion for wiring provided on the surface of a substrate such as a semiconductor wafer to form a wiring made of a copper layer. Of course, other wiring materials may be used.
[0016]
An example of forming a copper wiring in a semiconductor device will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1A, an insulating film 2 such as an oxide film of SiO 2 or a Low-K material film is deposited on a conductive layer 1a on a semiconductor substrate 1 on which a semiconductor element is formed. Within the insulating film 2, fine holes (via holes) 3 and wiring grooves (trench) 4 as fine concave portions for wiring are formed by, for example, a lithography etching technique, and a barrier layer 5 made of TaN or the like is formed thereon. Further, a seed layer 6 as a power supply layer for electrolytic plating is formed thereon by sputtering or the like.
[0017]
Then, as shown in FIG. 1B, the surface of the substrate W is plated with copper so that the fine holes 3 and the wiring grooves 4 of the substrate W are filled with copper, and the copper layer 7 is formed on the insulating film 2. Is deposited. Thereafter, the barrier layer 5, the seed layer 6, and the copper layer 7 on the insulating film 2 are removed by chemical mechanical polishing (CMP) or the like, and the surface of the copper layer 7 filled in the micropores 3 and the wiring grooves 4 is removed. And the surface of the insulating film 2 are made substantially flush with each other. Thus, as shown in FIG. 1C, a wiring (copper wiring) 8 including the seed layer 6 and the copper layer 7 is formed inside the insulating film 2.
[0018]
Next, as shown in FIG. 1D, electroless plating is performed on the surface of the substrate W, and a protective film 9 made of a Co alloy, a Ni alloy, or the like is selectively formed on the surface of the wiring 8, and thereby, Then, the surface of the wiring 8 is covered and protected with a protective film 9.
[0019]
FIG. 2 is a plan view of a substrate processing apparatus provided with a plating apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the substrate processing apparatus includes a rectangular device frame 12 in which a transfer box 10 containing a large number of substrates such as semiconductor wafers can be detachably mounted, for example, inside a smif box or the like. Inside the apparatus frame 12, a loading / unloading station 14 and a movable transfer robot 16 for transferring substrates between the loading / unloading station 14 are provided. A pair of plating devices 18 are arranged on both sides of the transfer robot 16 with the transfer robot 16 interposed therebetween. Further, on one side of the transfer robot 16, a cleaning / drying device 20 and a bevel etching / rear surface are provided. A cleaning device 22 and a film thickness measuring device 24 are arranged in series, and a heat treatment (annealing) device 26, a pretreatment device 28, an electroless plating device 30, and a polishing device 32 are arranged in series on the other side.
[0020]
Here, the device frame 12 is subjected to a light-shielding process, so that the following steps in the device frame 12 can be performed in a light-shielded state, that is, without irradiating the wiring with light such as illumination light. ing. In this manner, by preventing the wiring from being irradiated with light, it is possible to prevent the wiring made of, for example, copper from being irradiated with light and causing a light potential difference, thereby preventing the wiring from being corroded by the light potential difference.
[0021]
FIG. 3 shows an outline of the plating apparatus 18. As shown in FIG. 3, the plating apparatus 18 includes a swing arm 500 that can swing in the horizontal direction, and an electrode head 502 is rotatably supported at the tip of the swing arm 500. On the other hand, a substrate stage 504 that holds the substrate W with its surface (plated surface) facing upward, which is located below the electrode head 502, is arranged to be vertically movable, and above the substrate stage 504, A cathode portion 506 is arranged so as to surround the periphery of 504. In this example, an electrode head having a diameter slightly smaller than the diameter of the substrate stage 504 is used as the electrode head 502, and the electrode position of the substrate stage 504 is not changed without changing the relative position between the electrode head 502 and the substrate stage 504. An example is shown in which plating can be performed over almost the entire surface (plated surface) of the substrate W held at 504.
[0022]
A ring-shaped vacuum suction groove 504b communicating with a vacuum passage 504a provided inside is provided in a peripheral portion of the upper surface of the substrate stage 504, and seal rings 508, 510 are provided on both inside and outside of the vacuum suction groove 504b. Is installed. As a result, the substrate W is placed on the upper surface of the substrate stage 504, and the inside of the vacuum suction groove 504b is suctioned by vacuum through the vacuum passage 504a, thereby holding the substrate W by suctioning the peripheral edge thereof. I have.
[0023]
The oscillating arm 500 moves up and down via a vertically moving motor including a servo motor (not shown) and a ball screw, and turns (swings) via a turning motor (not shown). Note that a pneumatic actuator may be used instead of the motor.
[0024]
The cathode section 506 has a cathode electrode 512 divided into six in this example, and an annular sealing material 514 attached so as to cover the upper part of the cathode electrode 512. The sealing material 514 is configured such that its inner peripheral edge is inclined inward and downward, becomes gradually thinner, and its inner peripheral end hangs downward. As a result, when the substrate stage 504 is raised, the cathode electrode 512 is pressed against the peripheral edge of the substrate W held by the substrate stage 504 to conduct electricity, and at the same time, the inner peripheral end of the sealing material 514 is placed on the upper surface of the peripheral edge of the substrate W. To prevent the plating solution supplied to the upper surface (plated surface) of the substrate from seeping out from the edge of the substrate W, and to contaminate the cathode electrode 512 with the plating solution. Is prevented from doing so.
[0025]
In this example, the cathode portion 506 cannot rotate up and down and rotates integrally with the substrate stage 504. However, the cathode portion 506 can move up and down and the sealing material 514 is pressed against the surface to be plated of the substrate W when it is lowered. May be configured.
[0026]
The electrode head 502 has a rotating housing 520 and a vertically moving housing 522 which are concentrically arranged in a cylindrical shape with a bottom and open downward. The rotating housing 520 is fixed to the lower surface of a rotating body 524 attached to the free end of the swing arm 500, and is configured to rotate integrally with the rotating body 524. On the other hand, the up-down moving housing 522 is configured to be positioned inside the rotating housing 520 at the upper portion, rotate integrally with the rotating housing 520, and move up and down relatively. The vertically moving housing 522 closes the lower end opening with a porous body 528, thereby disposing a disk-shaped anode 526 therein, and forming an anode chamber 530 therein for introducing a plating solution Q for immersing the anode 526 therein. Sections are formed.
[0027]
In this example, the porous body 528 has a multilayer structure in which porous materials are laminated in three layers. That is, the porous body 528 is composed of a plating solution impregnating material 532 mainly serving to hold the plating solution, and a porous pad 534 attached to the lower surface of the plating solution impregnating material 532. Are composed of a lower layer pad 534a that directly contacts the substrate W and an upper layer pad 534b interposed between the lower layer pad 534a and the plating solution impregnating material 532. The plating solution impregnating material 532 and the upper pad 534b are located inside the vertically movable housing 522, and the lower pad 534a closes the lower end opening of the vertically movable housing 522.
[0028]
As described above, by forming the porous body 528 into a multilayer structure, for example, the porous pad 534 (lower layer pad 534a) in contact with the substrate is sufficiently flat to flatten the uneven surface on the surface to be plated of the substrate. It is possible to use one having properties.
[0029]
The lower pad 534a has a relatively high level of flatness on the surface (surface) in contact with the surface (plated surface) of the substrate W, has fine through holes through which the plating solution can pass, and at least the contact surface has an insulator or an insulating material. It must be formed of a highly volatile substance. The flatness required for the lower layer pad 534a is, for example, a maximum roughness (RMS) of about several tens μm or less.
[0030]
The fine through hole required for the lower layer pad 534a is preferably a round through hole in order to maintain flatness on the contact surface, and the diameter of the fine through hole and the number per unit area are plated. Although the optimum value differs depending on the film quality and the wiring pattern, it is preferable that both are small in order to improve the selectivity of plating growth in the concave portion. As the specific hole diameter and the number per unit area of the minute through holes, for example, minute through holes having a hole diameter of 30 μm or less, preferably 5 to 20 μm may be present at a porosity of 50% or less. .
[0031]
Furthermore, the lower pad 534a is preferably some hardness, e.g., its tensile strength is 5 to 100 kg / cm 2, bending elastic strength may be about 200~10000kg / cm 2.
[0032]
The lower layer pad 534a is preferably made of a more hydrophilic material. For example, a material obtained by hydrophilizing the following material or polymerizing a hydrophilic group is used. Examples of such a material include porous polyethylene (PE), porous polypropylene (PP), porous polyamide, porous polycarbonate, and porous polyimide. Among them, porous PE, porous PP, porous polyamide, etc. are prepared by using fine powder of ultra-high molecular weight PE, PP, polyamide, etc. as a raw material, compacting it, and sintering it. (Manufactured by Mitsubishi Plastics, Inc.), Sunfine UF, Sunfine AQ (both manufactured by Asahi Kasei Corporation), and Spacy (manufactured by Spacey Chemical Co., Ltd.). The porous polycarbonate is prepared, for example, by penetrating a high-energy heavy metal (copper or the like) accelerated by an accelerator into a polycarbonate film and selectively etching a linear track (trajectory) generated thereby. Things.
[0033]
The lower layer pad 534a may be a surface (surface) that is in contact with the surface of the substrate W and has been flattened by compression, machining, or the like, whereby higher priority deposition can be expected in the microgrooves. .
[0034]
On the other hand, the plating solution impregnating material 532 is made of a porous ceramic such as alumina, SiC, mullite, zirconia, titania, cordierite, or a hard porous body such as a sintered body of polypropylene or polyethylene, or a composite of these. It is composed of cloth or non-woven fabric. For example, in the case of alumina ceramics, the pore diameter is 30 to 200 μm, in the case of SiC, the pore diameter is 30 μm or less, the porosity is 20 to 95%, the thickness is 1 to 20 mm, preferably 5 to 20 mm, more preferably 8 to 20 mm. Those having a size of about 15 mm are used. In this example, for example, a porous ceramic plate made of alumina having a porosity of 30% and an average pore diameter of 100 μm is used. And, by containing the plating solution inside this, that is, the porous ceramics plate itself is an insulator, but the plating solution penetrates into this inside complicatedly and follows a considerably long path in the thickness direction, It is configured to have an electric conductivity smaller than the electric conductivity of the plating solution.
[0035]
By arranging the plating solution impregnating material 532 in the anode chamber 530 and generating a large resistance by the plating solution impregnating material 532, the influence of the resistance of the copper layer 7 (see FIG. 1) can be ignored. In addition, the in-plane difference in current density due to the electric resistance of the surface of the substrate W can be reduced, and the in-plane uniformity of the plating film can be improved.
[0036]
The electrode head 502 includes a pressing mechanism configured to press the lower layer pad 534a against the surface (plated surface) of the substrate W held by the substrate stage 504 with an arbitrary pressure. In this example, the pressing mechanism includes an airbag 540. That is, in this example, a ring-shaped airbag (pressing mechanism) 540 is arranged between the lower surface of the ceiling wall of the rotating housing 520 and the upper surface of the ceiling wall of the vertically moving housing 522. It is connected to a pressurized fluid supply source (not shown) via a pressurized fluid introduction pipe 542.
[0037]
In this way, by pressing the inside of the airbag 540 with the pressure P in a state where the swing arm 500 is fixed at a predetermined position (process position) so as not to be able to move up and down, the surface of the substrate W held by the substrate stage 504 ( The lower pad 534a can be released from the lower pad 534a by pressing the lower pad 534a more uniformly on the surface to be plated with an arbitrary pressure and returning the pressure P to the atmospheric pressure.
[0038]
A vertically moving housing 522 is provided with a plating solution introducing tube 544 for introducing a plating solution into the inside thereof and a pressurized fluid introducing tube (not shown) for introducing a pressurized fluid therein. , A large number of pores 526a are provided. As a result, the plating solution Q is introduced into the anode chamber 530 from the plating solution introduction pipe 544, and pressurizes the inside of the anode chamber 530, so that the plating solution Q passes through the pores 526a of the anode 526 and the plating solution impregnated material 532 is removed. It reaches the upper surface, passes through the inside of the porous pad 534 (the upper pad 534b and the lower pad 534a) from inside, and reaches the upper surface of the substrate W held by the substrate stage 504.
[0039]
Here, the anode 526 is composed of an insoluble metal such as platinum or titanium, or an insoluble electrode obtained by plating platinum or the like on a metal, for example, a titanium surface coated with iridium. As described above, by constituting the anode 526 with an insoluble material (insoluble electrode), replacement of the anode 526 is not required, and generation of particles due to peeling of the black film when a soluble anode is used. Can be prevented. However, in this case, oxygen gas is generated from the surface of the anode 526, and when this oxygen gas reaches the surface of the substrate W, it causes a defect in the substrate. Therefore, in this example, the following configuration is adopted.
[0040]
That is, an exhaust port 564 is attached to the top wall of the vertically movable housing 522 that defines the anode chamber 530, and an exhaust line 570 in which an on-off valve 566 and a vacuum pump 568 are installed is connected to the exhaust port 564. I have. Thereby, at the time of plating, the on-off valve 566 is opened, and the vacuum pump 568 is driven to evacuate the inside of the anode chamber 530, so that the oxygen gas generated from the surface of the anode 526 can be narrowed inside the anode 526. The gas reaches the upper part of the anode chamber 530 through the hole 526a and is exhausted to the outside through the exhaust line 570, so that the oxygen gas does not reach the surface of the substrate W.
[0041]
Further, in this example, a pressure sensor 572 for detecting the pressure in the anode chamber 530 is provided, and a signal from the pressure sensor 572 is input to the control unit 574, and the vacuum pump 568 is output by the output signal of the control unit 574. Is feedback-controlled so that the internal pressure of the anode chamber 530 is constant. As described above, by controlling the exhaust amount of the gas in the anode chamber 530 by the exhaust line 570 so that the pressure in the anode chamber 530 is constant, the level of the plating solution in the anode chamber 530 fluctuates. And stable plating can be performed.
[0042]
As shown in FIG. 4, instead of the pressure sensor 572, a voltage is applied between the cathode electrode 512 and the anode 526 by the power supply 550, and a voltage is applied between the substrate W connected to the cathode electrode 512 and the anode 526. The output of the accumulator 580 is input to the control unit 574, and the operation of the vacuum pump 568 is controlled by feedforward control so that the internal pressure of the anode chamber 530 becomes constant. You may make it.
[0043]
That is, the amount of oxygen gas generated from the surface of the anode 526 is proportional to the value of the current flowing between the substrate (cathode) W connected to the cathode electrode 512 and the anode 526. By performing feedforward control for operating the vacuum pump 568 so as to be proportional to the integrated value, the pressure in the anode chamber 530 can be kept constant.
Cathode electrode 512 is electrically connected to the cathode of plating power supply 550, and anode 526 is electrically connected to the anode of plating power supply 550, respectively.
[0044]
Next, an operation when plating is performed by the plating apparatus will be described. First, in a state where the substrate W is sucked and held on the upper surface of the substrate stage 504, the substrate stage 504 is raised to bring the peripheral portion of the substrate W into contact with the cathode electrode 512 so as to be in an energized state, and further raised. The sealing material 514 is pressed against the upper surface of the peripheral portion of the substrate W to seal the peripheral portion of the substrate W in a watertight manner.
[0045]
On the other hand, in the electrode head 502, a position (idling position) where the plating solution is replaced and bubbles are removed by performing idling, while the plating solution Q is held inside, a predetermined position (process position). ). That is, once the swing arm 500 is raised and further rotated, the electrode head 502 is positioned at a position immediately above the substrate stage 504, and then lowered to stop at a predetermined position (process position). Let it. Then, the inside of the anode chamber 530 is pressurized, and the plating solution Q held by the electrode head 502 is discharged from the lower surface of the porous pad 534. Next, pressurized air is introduced into the airbag 540 to press the lower pad 534a downward.
[0046]
In this state, the electrode head 502 and the substrate stage 504 are respectively rotated (rotated). As a result, the entire surface of the porous body 528 (the lower layer pad 534a) is uniformly pressed and adhered to the surface to be plated of the substrate W.
[0047]
Next, the cathode electrode 512 is connected to the cathode of the plating power supply 550, and the anode 526 is connected to the anode of the plating power supply 550, thereby plating the surface of the substrate W to be plated. During this plating, the gas in the anode chamber 530 is exhausted by opening and closing the open / close valve 566 of the exhaust line 570 and operating the vacuum pump 568 while controlling the pressure of the anode chamber 530 to be constant. This prevents the oxygen gas generated on the surface of the anode 526 from reaching the substrate W and prevents the level of the plating solution in the anode chamber 530 from fluctuating.
[0048]
After plating is continued for a predetermined time, the cathode electrode 512 and the anode 526 are disconnected from the plating power supply 550, the on-off valve 566 is closed, the inside of the anode chamber 530 is returned to the atmospheric pressure, and the inside of the air bag 540 is further increased. The pressure is returned to the atmospheric pressure, and the pressing of the lower layer pad 534a against the substrate W is released. Then, the electrode head 502 is raised.
The above operation is repeated a predetermined number of times as necessary to form a copper layer 7 (see FIG. 1B) having a thickness sufficient to fill the fine recesses for wiring on the surface (plated surface) of the substrate W. After the film is formed, the electrode head 502 is turned to return to the original position (idling position).
[0049]
FIG. 5 shows a plating solution management and supply system for controlling the composition and temperature of the plating solution and supplying the plating solution to the plating apparatus 18. As shown in FIG. 5, a plating solution tray 600 for immersing the electrode head 502 of the plating apparatus 18 and performing idling is provided, and the plating solution tray 600 is connected to a reservoir 604 via a plating solution discharge pipe 602. The plating solution discharged through the plating solution discharge pipe 602 enters the reservoir 604.
[0050]
Then, the plating solution that has entered the reservoir 604 enters the plating solution adjustment tank 608 as the pump 606 is driven. The plating solution adjusting tank 608 is provided with a temperature controller 610 and a plating solution analyzing unit 612 for taking out and analyzing a sample solution, and further, a component replenishing pipe 614 for replenishing components that are insufficient by the analysis of the plating solution analyzing unit 612. Is connected, and the plating solution in the plating solution adjustment tank 608 flows along the plating solution supply pipe 618 with the driving of the pump 616, passes through the filter 620, and is returned to the plating solution tray 600. It has become.
[0051]
As described above, the composition and temperature of the plating solution are adjusted to be constant in the plating solution adjusting tank 608, and the adjusted plating solution is supplied to the electrode head 502 of the plating apparatus 18 and held by the electrode head 502. A plating solution having a constant composition and temperature can always be supplied to the electrode head 502 of the plating apparatus 18.
[0052]
6 and 7 show an example of a cleaning / drying apparatus 20 for cleaning (rinsing) and drying a substrate. That is, the cleaning / drying device 20 is a device that first performs chemical cleaning and pure water cleaning (rinsing), and then completely drys the cleaned substrate W by rotating a spindle. A substrate stage 422 having a clamp mechanism 420 for gripping, and a substrate attaching / detaching elevating plate 424 for opening and closing the clamp mechanism 420 are provided.
[0053]
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.
[0054]
Further, the cleaning / drying device 20 includes a chemical solution nozzle 430 that supplies a processing liquid to the surface of the substrate W gripped by the clamp mechanism 420, a plurality of pure water nozzles 432 that supplies 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. In addition, a clean air inlet 438 for introducing clean air into the apparatus is provided above the cleaning / drying apparatus 20.
[0055]
In the cleaning / drying apparatus 20 having such a configuration, the processing liquid is supplied from the chemical solution nozzle 430 toward the cleaning sponge 434 while the substrate W is gripped and rotated by the clamp mechanism 420 and the rotation arm 436 is rotated. Meanwhile, the surface of the substrate W is cleaned by rubbing the cleaning sponge 434 on the surface of the substrate W. 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.
[0056]
FIG. 8 shows an example of the bevel etching / back surface cleaning device 22. The bevel etching / back surface cleaning device 22 simultaneously etches and cleans the back surface of the copper layer 7 (see FIG. 1) attached to the edge (bevel) portion of the substrate, and furthermore, removes the copper in the circuit forming portion provided on the substrate surface. The structure is such that the growth of a natural oxide film is suppressed. The substrate W is positioned inside the bottomed cylindrical waterproof cover 920 and the spin chuck 921 is used to face up the substrate W at a plurality of locations along the circumferential direction of the peripheral edge thereof. A substrate stage 922 held horizontally and rotated at a high speed, a center nozzle 924 arranged above a substantially central portion on the front side of the substrate W held by the substrate stage 922, and arranged above a peripheral edge of the substrate W Edge nozzle 926. The center nozzle 924 and the edge nozzle 926 are respectively arranged facing downward. Further, a back nozzle 928 is arranged upward at a position substantially below the central portion on the back surface side of the substrate W. The edge nozzle 926 is configured to be movable in the diameter direction and the height direction of the substrate W.
[0057]
The moving width L of the edge nozzle 926 can be arbitrarily determined from the outer peripheral end surface of the substrate toward the center thereof. Normally, the edge cut width C is set in the range of 2 mm to 5 mm. If the amount of liquid flowing from the back surface to the front surface is equal to or higher than the rotation speed at which no problem occurs, the copper layer and the like within the set cut width C are removed. can do.
[0058]
Next, a cleaning method using the bevel etching / back surface cleaning device 22 will be described. First, the substrate W is horizontally rotated integrally with the substrate stage 922 while the substrate is held horizontally by the substrate stage 922 via the spin chuck 921. In this state, the acid solution is supplied from the center nozzle 924 to the central portion on the front side of the substrate W. The acid solution may be any non-oxidizing acid, such as hydrofluoric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, citric acid, oxalic acid and the like. On the other hand, the oxidant solution is continuously or intermittently supplied from the edge nozzle 926 to the peripheral portion of the substrate W. As the oxidant solution, any one of ozone water, hydrogen peroxide solution, nitric acid solution, sodium hypochlorite solution or the like is used, or a combination thereof is used.
[0059]
Accordingly, in the region of the edge cut width C at the peripheral portion of the substrate W, the copper layer or the like formed on the upper surface and the end surface is rapidly oxidized by the oxidizing agent solution, and is simultaneously supplied from the center nozzle 924 to cover the entire surface of the substrate. It is etched and dissolved and removed by the spreading acid solution. As described above, by mixing the acid solution and the oxidizing agent solution at the periphery of the substrate, it is possible to obtain a sharper etching profile than when the mixed water is supplied in advance from a nozzle. At this time, the etching rate of copper is determined by those concentrations. Further, when a natural oxide film of copper is formed on the circuit forming portion on the surface of the substrate, the natural oxide is immediately removed by an acid solution which spreads over the entire surface of the substrate with the rotation of the substrate and grows. Never. After the supply of the acid solution from the center nozzle 924 is stopped, the supply of the oxidant solution from the edge nozzle 926 is stopped, thereby oxidizing the silicon exposed on the surface and suppressing the adhesion of copper. be able to.
[0060]
On the other hand, an oxidizing agent solution and a silicon oxide film etching agent are simultaneously or alternately supplied from the back nozzle 928 to the center of the back surface of the substrate. Thus, copper or the like adhering to the rear surface of the substrate W in a metal form can be removed together with the silicon of the substrate by oxidizing with an oxidizing agent solution and etching with a silicon oxide film etching agent. It is preferable to use the same oxidant solution as the oxidant solution supplied to the surface in order to reduce the number of chemicals. Also, hydrofluoric acid can be used as the silicon oxide film etching agent, and the use of hydrofluoric acid in the acid solution on the surface of the substrate can reduce the number of chemicals. Thus, if the supply of the oxidant is stopped first, a hydrophobic surface is obtained, and if the etchant solution is stopped first, a saturated surface (hydrophilic surface) is obtained, and the back surface is adjusted to meet the requirements of the subsequent process. You can also.
[0061]
After the acid solution, that is, the etching solution is supplied to the substrate to remove metal ions remaining on the surface of the substrate W, pure water is further supplied, the pure water is replaced, and the etching solution is removed. And spin drying. In this manner, the removal of the copper layer within the edge cut width C at the peripheral portion of the substrate surface and the removal of copper contamination on the back surface are simultaneously performed, and this processing can be completed within, for example, 80 seconds. Although the edge cut width of the edge can be set arbitrarily (2 mm to 5 mm), the time required for etching does not depend on the cut width.
[0062]
9 and 10 show the heat treatment (annealing) device 26. FIG. The heat treatment apparatus 26 is located inside a chamber 1002 having a gate 1000 for taking in and out the substrate W, and cools the substrate W by flowing a hot plate 1004 for heating the substrate W to, for example, 400 ° C., and cooling water, for example. Cool plates 1006 are arranged vertically. In addition, a plurality of elevating pins 1008 that extend vertically through the inside of the cool plate 1006 and that mount and hold the substrate W are arranged at the upper end so as to be able to move up and down. Further, a gas introduction pipe 1010 for introducing a gas for preventing oxidation between the substrate W and the hot plate 1004 during annealing, and a gas introduced from the gas introduction pipe 1010 and flowing between the substrate W and the hot plate 1004 Gas exhaust pipes 1012 for exhausting gas are arranged at positions facing each other with the hot plate 1004 interposed therebetween.
[0063]
The gas introduction pipe 1010 is a mixer 1020 that mixes N 2 gas flowing in an N 2 gas introduction path 1016 having a filter 1014a therein and H 2 gas flowing in an H 2 gas introduction path 1018 having a filter 1014b therein. It is connected to a mixed gas introduction path 1022 through which the mixed gas flows in the mixer 1020.
[0064]
Thus, the substrate W carried into the chamber 1002 through the gate 1000 is held by the elevating pins 1008, and the distance between the substrate W holding the elevating pins 1008 by the elevating pins 1008 and the hot plate 1004 is, for example, 0.1 to 0.1. Raise it to about 1.0 mm. In this state, the substrate W is heated via the hot plate 1004 to, for example, 400 ° C., and at the same time, a gas for preventing oxidation is introduced from the gas introduction pipe 1010 to flow between the substrate W and the hot plate 1004. Exhaust from the gas exhaust pipe 1012. In this way, the substrate W is annealed while preventing oxidation, and this annealing is continued, for example, for about several tens to 60 seconds, and the annealing is completed. The heating temperature of the substrate is selected from 100 to 600C.
[0065]
After the annealing, the lifting pins 1008 are lowered until the distance between the substrate W held by the lifting pins 1008 and the cool plate 1006 becomes, for example, about 0 to 0.5 mm. In this state, the substrate is cooled by introducing cooling water into the cool plate 1006 until the temperature of the substrate W becomes 100 ° C. or lower, for example, for about 10 to 60 seconds. Transport to
[0066]
In this example, as the oxidation preventing gas, a mixed gas obtained by mixing N 2 gas and several percent of H 2 gas is allowed to flow, but only N 2 gas may be allowed to flow.
[0067]
11 to 17 show a pretreatment device 28 for performing a pretreatment for electroless plating of a substrate. The pre-processing device 28 includes a fixed frame 52 attached to an upper portion of a frame 50, and a moving frame 54 that moves up and down relative to the fixed frame 52. The moving frame 54 opens downward. A processing head 60 having a bottomed cylindrical housing portion 56 and a substrate holder 58 is suspended and supported. 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.
[0068]
As shown in FIG. 14, 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.
[0069]
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.
[0070]
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. 15 and 16, 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.
[0071]
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.
[0072]
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.
[0073]
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.
[0074]
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.
[0075]
Further, as shown in FIG. 17, inside the inner tank 100b of the processing tank 100, a plurality of injection nozzles 124a for injecting the chemical supplied from the chemical tank 120 in accordance 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.
[0076]
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.
[0077]
According to this pre-processing device 28, as shown in FIG. 11, the substrate W is inserted and held inside the processing head 60 in a state where the processing head 60 is raised, and thereafter, as shown in FIG. 60 is lowered to a position where the upper end opening of the processing tank 100 is covered. 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 retracted 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.
[0078]
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. .
[0079]
18 to 24 show an electroless plating apparatus 30. The electroless plating apparatus 30 is for forming the protective film 9 shown in FIG. 1D, and includes a plating tank 200 (see FIGS. 22 and 24) and a substrate disposed above the plating tank 200. It has a substrate head 204 that detachably holds W.
[0080]
As shown in detail in FIG. 18, the substrate head 204 has a housing portion 230 and a head portion 232, and the head portion 232 mainly includes a suction head 234 and a substrate receiver 236 surrounding 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.
[0081]
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.
[0082]
As shown in detail in FIGS. 19 to 21, a suction ring 250 for holding the substrate W by suction is attached to a peripheral portion of the lower surface 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 supplying N 2 to the vacuum line 252.
[0083]
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.
[0084]
Thus, as shown in FIG. 19, 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 as shown in FIG. 20, 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. 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. 21, the substrate receiver 236 is lowered by several mm, the substrate W is separated from the claw portion 254, and the substrate W is brought into a state where it is sucked and held only by the suction ring 250. 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.
[0085]
FIG. 22 shows details of the plating tank 200. The plating tank 200 is connected at the bottom to a plating solution supply pipe 308 (see FIG. 24), and a plating solution recovery groove 260 is provided on 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.
[0086]
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.
[0087]
As shown in FIG. 24, 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.
[0088]
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.
[0089]
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.
[0090]
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.
[0091]
FIG. 23 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.
[0092]
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.
[0093]
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.
[0094]
In the electroless plating apparatus 30, 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.
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.
[0095]
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.
[0096]
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.
[0097]
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 transferred to the transfer robot 16 at a transfer position. The substrate W is transferred to the transfer robot 16 and transferred to the next process.
[0098]
As shown in FIG. 24, the electroless plating apparatus 30 measures the amount of the plating solution held by the electroless plating apparatus 30 and uses, for example, an absorptiometric method, a titration method, an electrochemical measurement, or the like to measure the amount of the plating solution. A plating solution management unit 330 is provided for analyzing the composition of the plating solution and replenishing the insufficient components in the plating solution. 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.
[0099]
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 apparatus 30 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.
[0100]
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.
[0101]
FIG. 25 shows an example of a polishing apparatus (CMP apparatus) 32. The polishing apparatus 32 includes a polishing table 822 that forms a polishing surface by attaching a polishing cloth (polishing pad) 820 to the upper surface, and a top ring 824 that holds the substrate W with the surface to be polished facing the polishing table 822. Have. Then, the polishing table 822 and the top ring 824 are respectively rotated, and while the polishing liquid is supplied from a polishing liquid nozzle 826 provided above the polishing table 822, the substrate W is fixed at a constant pressure by the top ring 824. Is pressed against the polishing pad 820 to polish the surface of the substrate W. Note that a polishing pad that employs a fixed abrasive method in which abrasive particles are previously placed may be used as the polishing pad.
[0102]
When the polishing operation is continued using such a CMP apparatus 32, the polishing power of the polishing surface of the polishing pad 820 decreases. However, in order to recover the polishing power, a dresser 828 is provided, and the substrate to be polished is formed by the dresser 828. The dressing of the polishing pad 820 is performed at the time of replacing W or the like. In this dressing process, the dressing surface (dressing member) of the dresser 828 is pressed against the polishing cloth 820 of the polishing table 822 and is rotated, thereby removing the abrasive fluid and the cutting debris attached to the polishing surface, The polished surface is flattened and dressed, and the polished surface is regenerated. Further, a monitor for monitoring the state of the surface of the substrate may be attached to the polishing table 822 to detect the end point (end point) of polishing on the spot (In-situ), or the substrate may be detected on the spot (In-situ). A monitor for inspecting the finished state of the camera may be attached.
[0103]
26 and 27 show a film thickness measuring device 24 provided with a reversing machine. As shown in the figure, the film thickness measuring device 24 includes a reversing device 339, and the reversing device 339 includes reversing arms 353 and 353. The reversing arms 353 and 353 have a function of sandwiching and holding the outer periphery of the substrate W from both left and right sides thereof and reversing the substrate W by rotating it by 180 °. Then, a circular mounting table 355 is installed immediately below the reversing arms 353 and 353 (reversing stage), and a plurality of film thickness sensors S are mounted on the mounting table 355. The mounting base 355 is configured to be vertically movable by a driving mechanism 357.
[0104]
At the time of reversing the substrate W, the mounting base 355 waits at the position indicated by the solid line below the substrate W, and moves up or to the position shown by the dotted line before or after the reversal to move the film thickness sensor S to the reversing arms 353 and 353. The substrate is brought close to the gripped substrate W, and its thickness is measured.
[0105]
According to this example, since there is no restriction such as an arm of the transfer robot, the film thickness sensor S can be installed at an arbitrary position on the mounting table 355. Further, since the mounting base 355 is configured to be vertically movable, it is also possible to adjust the distance between the substrate W and the sensor during measurement. Further, it is also possible to mount a plurality of types of sensors according to the detection purpose and change the distance between the substrate W and each sensor for each measurement of each sensor. However, since the mounting base 355 moves up and down, a certain measurement time is required.
[0106]
Here, as the film thickness sensor S, for example, an eddy current sensor is used. The eddy current sensor generates an eddy current, conducts the substrate W, detects the frequency and loss of the returned current, and measures the film thickness, and is used in a non-contact manner. Further, as the film thickness sensor S, an optical sensor is also suitable. The optical sensor irradiates the sample with light and can directly measure the film thickness from the information of the reflected light.It can measure not only metal films but also insulating films such as oxide films. It is. The installation position of the film thickness sensor S is not limited to the one shown in the figure, and an arbitrary number is attached to a position to be measured.
[0107]
Next, a series of processes for forming copper wiring on the substrate on which the seed layer 6 is formed as shown in FIG. 1A by the substrate processing apparatus having the above-described configuration will be described with reference to FIG.
[0108]
First, the substrates W having the seed layer 6 formed on the surface are taken out one by one from the transport box 10 and loaded into the load / unload station 14. Then, the substrate W carried into the loading / unloading station 14 is transferred to the film thickness measuring device 24 by the transfer robot 16, and the initial film thickness (the film thickness of the seed layer 6) is measured by the film thickness measuring device 24. Thereafter, if necessary, the substrate is turned over and transported to the plating apparatus 18, where the copper layer 7 is deposited on the surface of the substrate W as shown in FIG. Is embedded.
[0109]
Then, the substrate on which the copper layer 7 is formed is transported to the cleaning / drying device 20 by the transport robot 16 and the substrate W is washed with pure water and spin-dried, or the plating device 18 has a spin-drying function. If provided, the substrate W is spin-dried (liquid drainage) by the plating apparatus 18 and the dried substrate is conveyed to the bevel etching / back surface cleaning apparatus 22.
[0110]
In the bevel etching / back surface cleaning device 22, unnecessary copper adhered to the bevel (edge) portion of the substrate W is removed by etching, and at the same time, the back surface of the substrate is cleaned with pure water or the like. The substrate W is transported to the cleaning / drying device 20 by the robot 16 and the substrate W is cleaned with pure water and spin-dried, or when the bevel etching / back surface cleaning device 22 has a spin-drying function, The substrate W is spin-dried by the bevel etching / backside cleaning device 22, and the dried substrate is transferred to the heat treatment device 26 by the transfer robot 16.
[0111]
The heat treatment apparatus 26 performs heat treatment (annealing) of the substrate W. Then, the substrate W after the heat treatment is transferred to the film thickness measuring device 24 by the transfer robot 16, where the copper film thickness is measured. From the difference between the measurement result and the above-described measurement result of the initial film thickness, the copper W is measured. The film thickness of the layer 7 (see FIG. 1 (b)) is obtained, and the plating time for the substrate is adjusted, for example, according to the measured film thickness. Perform additional film formation. Then, the substrate W after the thickness measurement is transferred to the polishing device 32 by the transfer robot 16.
[0112]
As shown in FIG. 1C, the unnecessary copper layer 7 and the seed layer 6 deposited on the surface of the substrate W are polished and removed by the polishing apparatus 32 to planarize the surface of the substrate W. At this time, for example, the film thickness and the finished condition of the substrate are inspected by a monitor, and when the monitor detects an end point (end point), the polishing is finished. Then, the polished substrate W is transported to the cleaning / drying device 20 by the transport robot 16, and the substrate surface is cleaned by the cleaning / drying device 20 with a chemical solution, further rinsed with pure water (rinse), and then rotated at high speed. And spin dry. Then, the substrate W after the spin drying is transferred to the pretreatment device 28 by the transfer robot 16.
[0113]
In this pretreatment device 28, at least one plating pretreatment such as attachment of a Pd catalyst to the substrate surface or removal of an oxide film attached to the exposed surface of the substrate is performed. Then, the substrate after the plating pretreatment is transferred to the cleaning / drying device 20 by the transfer robot 16 as described above, and the substrate W is washed with pure water and spin-dried. If the substrate W has a spin drying function, the substrate W is spin-dried (liquid drainage) by the pre-processing device 28 and the dried substrate is transferred to the electroless plating device 30 by the transfer robot 16. .
[0114]
As shown in FIG. 1D, the surface of the exposed wiring 8 is subjected to, for example, electroless Co-WP plating, and the exposed surface of the wiring 8 is exposed to Co. A wiring 8 is protected by selectively forming a protective film (plating film) 9 made of a -WP alloy film. The thickness of the protective film 9 is about 0.1 to 500 nm, preferably about 1 to 200 nm, and more preferably about 10 to 100 nm. At this time, for example, the thickness of the protective film 9 is monitored, and when the thickness reaches a predetermined value, that is, when the end point is detected, the electroless plating is terminated.
[0115]
Then, the substrate on which the electroless plating has been completed is transported to the cleaning / drying device 20 by the transport robot 16, and the substrate surface is cleaned with the chemical liquid by the cleaning / drying device 20 and further rinsed with pure water (rinse). Spin at high speed to spin dry. Then, the substrate W after the spin drying is returned to the transfer box 10 by the transfer robot 16 via the load / unload station 14.
Although this example shows an example in which copper is used as the wiring material, a copper alloy, silver, a silver alloy, or the like may be used in addition to the copper.
[0116]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, by using an anode made of an insoluble material, it becomes unnecessary to replace the anode, and when a soluble anode is used, the black film is peeled off. Generation of particles can be prevented. Moreover, the oxygen gas generated on the anode surface is guided into the anode chamber, and the oxygen gas in the anode chamber is exhausted, so that it is possible to prevent the oxygen gas from reaching the substrate and causing a defect of the substrate. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of forming a wiring in a semiconductor device in the order of steps.
FIG. 2 is a plan view of a substrate processing apparatus including a plating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing a main part of the plating apparatus shown in FIG.
FIG. 4 is a schematic diagram of a plating apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a system diagram showing an example of a plating solution management supply system.
6 is a vertical sectional front view showing an example of the washing / drying apparatus shown in FIG.
FIG. 7 is also a plan view.
8 is a schematic view showing an example of the bevel etching / back surface cleaning apparatus shown in FIG.
9 is a vertical sectional front view showing an example of the heat treatment apparatus shown in FIG.
FIG. 10 is also a plan sectional view.
FIG. 11 is a front view of the pretreatment apparatus shown in FIG. 3 when the substrate is delivered.
FIG. 12 is also a front view at the time of chemical solution processing.
FIG. 13 is a front view at the time of rinsing.
FIG. 14 is a sectional view showing the processing head when the substrate is delivered.
15 is an enlarged view of a portion A in FIG.
FIG. 16 is a diagram corresponding to FIG. 15 when the substrate is fixed.
FIG. 17 is also a system diagram.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a substrate head when the electroless plating apparatus shown in FIG. 3 delivers a substrate.
19 is an enlarged view of a portion B in FIG. 18;
FIG. 20 is a diagram corresponding to FIG. 19, showing the substrate head when the substrate is fixed.
FIG. 21 is a view similar to FIG. 19, showing the substrate head during the plating process.
FIG. 22 is a partially cutaway front view showing the plating tank when the plating tank cover is closed.
FIG. 23 is a cross-sectional view showing a cleaning tank.
FIG. 24 is a system diagram similarly.
FIG. 25 is a schematic view showing an example of the polishing apparatus shown in FIG.
FIG. 26 is a schematic front view of the vicinity of a reversing machine in the film thickness measuring device shown in FIG.
FIG. 27 is also a plan view of a reversing arm portion.
FIG. 28 is a processing flowchart in the substrate processing apparatus shown in FIG. 3;
[Explanation of symbols]
3 micro holes (micro concaves)
4 Wiring groove (fine recess)
7 Copper layer 8 Wiring 9 Protective film 10 Transport box 18 Plating device 20 Cleaning / drying device 22 Bevel etching / back surface cleaning device 24 Film thickness measuring device 26 Heat treatment device 28 Pretreatment device 30 Electroless plating device 32 Polishing device 56 Housing unit 58 Substrate holder 60 Processing head 100 Processing tank 102 Lid 112 Nozzle plate 112a Injection nozzle 120 Chemical liquid tank 122 Chemical liquid pump 124 Nozzle plate 124a Injection nozzle 132 Rinse liquid supply source 200 Plating tank 202 Cleaning tank 204 Substrate head 230 Housing section 232 Head section 234 Suction head 268 Injection nozzle 280 Injection nozzle 282 Nozzle plate 286 Head cleaning nozzle 316 Heater 320 Heat exchanger 322 Heating device 324 Stirring pump 330 Plating solution management unit 332 Dissolved oxygen concentration meter 422 Substrate stage 4 8 Cleaning Cup 430 Chemical Liquid Nozzle 432 Pure Water Nozzle 434 Cleaning Sponge 436 Swivel Arm 500 Swing Arm 502 Electrode Head 504 Substrate Stage 506 Cathode 512 Cathode Electrode 514 Sealing Material 520 Rotating Housing 522 Vertical Moving Housing 524 Rotating Body 526 Anode 528 Porous body 530 Anode chamber 532 Plating solution impregnating material 534 Porous pad 540 Air bag 544 Plating solution introduction tube 550 Power supply 564 Exhaust port 566 Open / close valve 568 Vacuum pump 570 Exhaust line 572 Pressure sensor 574 Control unit 580 Integrator 600 Plating solution tray 604 Reservoir 608 Plating solution adjustment tank 610 Temperature controller 612 Plating solution analysis unit 820 Polishing cloth 822 Polishing table 824 Top ring 826 Abrasive solution nozzle 828 Lesser 922 Substrate stage 924 Center nozzle 926 Edge nozzle 928 Back nozzle 1002 Chamber 1004 Hot plate 1006 Cool plate
