JP2005136225A - 基板処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の外径誤差に左右されることなく、基板をより正確に基板ステージに位置決め保持して、電解めっき等の各種処理を行うことができるようにする。
【解決手段】 上下動自在で基板Ｗを水平に支持した状態で着脱自在に保持する基板ステージ１２と、基板ステージ１２の周囲を囲繞するように配置された位置決めガイド５４とを備え、位置決めガイド５４は、基板ステージ１２で水平に支持して下降または上昇させた基板Ｗの外周端面に接触して該基板Ｗを基板ステージ１２に対して位置決めするテーパ面５４ａを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板処理装置及び方法に関し、特に半導体ウエハ等の基板の表面に形成された微細配線パターン（窪み）に銅等の金属（配線材料）を埋込んで配線を形成する電解めっき装置や、基板の表面に形成乃至付着した薄膜等の少なくとも一部をエッチング除去するエッチング装置、或いは基板の表面を鏡面研磨するポリッシング装置等の基板保持装置として使用される基板処理装置及び方法に関する。

例えば、半導体基板の表面にめっきを行った時の、めっき性能を評価する一つの手法としてめっき膜厚の面内均一性が挙げられる。基板の表面に形成されためっき膜の膜厚は、基板の中央部から外周部にかけて、一様に平坦となることが望ましい。
ここで、例えば一般的な規格では、φ３００ｍｍの半導体ウエハ等の基板に対する外径の誤差範囲は、±０．２ｍｍ（３００±０．２ｍｍ）程度である。このため、このような基板を基板保持装置で保持する場合には、この基板保持装置に、０．４ｍｍ程度の誤差を吸収できるようにした機構を備えることが必要となる。

図５乃至図７は、例えば電解めっき装置に使用される基板保持装置の概要を示す。図５乃至図７に示すように、基板保持装置は、上下動自在なスプライン軸１０の上端に連結した基板ステージ１２と、スプライン軸１０の周囲を囲繞する回転自在な主軸１４の上端に連結した回転円板１６とを備えている。この主軸１４は、ハウジング１８に軸受２０を介して回転自在に支承され、またスプライン軸１０と主軸１４との間には、ボールスプライン２２が介装されている。これにより、スプライン軸１０は、主軸１４に対して相対的に上下動し、主軸１４の回転に伴って該主軸１４及び回転円板１６と一体に回転するようになっている。

基板ステージ１２の周縁部には、円周方向に沿った所定のピッチで、内側に段部２４ａを有する複数の台座２４が設けられている。この段部２４ａは、基板Ｗの周縁部下面を当接させて基板Ｗを載置支持するためのもので、前述のように、例えばφ３００ｍｍの基板Ｗを保持する場合には、０．４ｍｍ程度の誤差を吸収できる形状に形成されている。台座２４には、鈎状のチャック２６がその長さ方向に沿った中央部で回転自在に支承されており、このチャック２６の下端には、コイルばね２８を介して下方に付勢させた押圧ロッド３０の上端が回転自在に連結されている。

これにより、押圧ロッド３０がコイルばね２８の弾性力で下方に移動すると、チャック２６が内方に閉じるように回転し、このチャック２６の回転によって、台座２４の段部２４ａに載置支持された基板Ｗの周縁部を該段部２４ａとチャック２６の先端との間で挟持して基板Ｗを機械的に保持する。そして、コイルばね２８の弾性力に抗して押圧ロッド３０が上方に移動すると、チャック２６が外方に開くように回転し、このチャック２６の回転によって、台座２４の段部２４ａに載置された基板Ｗの周縁部の該段部２４ａとチャック２６の先端との間での挟持を解くように構成されている。

回転円板１６の周縁部には、円周方向に沿った所定ピッチで複数の支柱３２が立設され、この支柱３２の上端に、この例では、例えば６分割されたカソード３４と、このカソード３４の上方を覆うリング状のシールリング３６が取付けられている。このシールリング３６は、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、内周縁部が下方に向けて垂下するように構成されている。

これにより、図７に示すように、基板ステージ１２がめっき位置まで上昇した時に、この基板ステージ１２で保持した基板Ｗの周縁部にカソード３４が押付けられて通電する。同時に、シールリング３６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Ｗ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３４を汚染することを防止するようになっている。
基板ステージ１２と回転円板１６との間には、スプライン軸１０等が存在する機構部側にめっき液が入り込むのを防止する伸縮自在なベローズ３８が配置されている。

この基板保持装置にあっては、図５に示す基板ステージ１２が下降した位置（基板受渡し位置）にあるとき、押圧ロッド３０の下端が回転円板１６の上面に接触して該押圧ロッド３０がコイルばね２８の弾性力に抗して上方に持ち上げられ、チャック２６が外方に移動して開く。これにより、台座２４の段部２４ａ上に基板Ｗを載置したり、または段部２４ａ上に載置された基板Ｗを搬出したりする処理が行える状態となる。

そして、図６に示す基板ステージ１２がやや上昇した位置（洗浄位置）にあるとき、押圧ロッド３０がコイルばね２８の弾性力で下方に押し下げられ、チャック２６が内方に移動して閉じることで、基板Ｗがその外周端部において、チャック２６によって機械的に保持される。これによって、主軸１４を回転させることで、基板ステージ１２を回転円板１６と一体に回転させながら、基板Ｗのめっき前処理やスピン乾燥等の処理を行える状態となる。

更に、図７に示す基板ステージ１２が更に上昇した位置（めっき位置）にあるとき、基板ステージ１２で保持した基板Ｗの周縁部にカソード３４が押付けられて通電し、同時にシールリング３６の内周端部が基板Ｗの周縁部上面に圧接して、ここが水密的にシールされる。これによって、基板の表面（上面）にめっき液を供給し、カソード３４と該カソード３４の上方の基板Ｗと対面する位置に配置されめっき液中に浸漬させたカソード（図示せず）との間に電圧を印加することで、めっきが行える状態となる。

ここで、シールリング３６は、一般的にはゴム製であり、例えばフッ素ゴム、シリコンゴムまたは各種エラストマを成形して構成され、このシールリング３６を金属や樹脂製のホルダに取付けて使用するようにしている。

従来の基板保持装置にあっては、基板外径の寸法誤差を吸収するため、公差が最大となる外径の基板を考慮して設計された基板ステージの台座上に、複数のメカチャックで基板を固定するようにしている。このため、基板Ｗの外径の誤差吸収分が、そのまま基板Ｗの基板ステージに対する位置決め誤差に直結し、例えば、外径が２９９．８ｍｍ（外径誤差；−０．２ｍｍ）の基板Ｗを基板保持装置で保持して処理する場合、カソード３４の基板Ｗとのコンタクトポイント、及びシールリング３６の基板Ｗとの接触ポイントには、基板Ｗのエッジからの距離で、最大０．４ｍｍ程度の誤差が発生する。このように、位置決めが不完全な状態で基板を基板保持装置で保持して、例えば上方に配置したカソードやシールリングに接触させると、基板とカソードやシールリングとの接触位置にばらつき（誤差）が生じる。

そして、基板とカソードやシールリングとの接触位置にばらつき（誤差）が生じると、例えば、次世代の狭小配線幅の薄膜シード層を有する基板にめっきを行う場合や、カソードと基板の距離が極端に小さいレイアウトのめっき装置でめっきを行う場合に、基板表面での電流の流れ方が一様でなくなり、基板の表面に成膜されるめっき膜の膜厚に、基板の中央部と周縁部で大きな差異が発生する。

一方、シールリング３６にあっては、図８に示すように、シールリング３６の基板Ｗとの接触面付近では、一般にゴム製のシールリング３６の変形量も大きくなり、基板Ｗへの押付け方の如何でシールリング３６に不均一な変形が生じる。このシールリング３６の不均一な変形は、シール面の撚れとなり、めっき液の漏れの原因となるばかりでなく、基板外周部からのシール境界までの距離にもばらつきを生じ、めっき後のめっき膜厚の面内均一性を乱す要因となる。

なお、上記にあっては、めっき装置の基板保持装置について説明しているが、電解エッチング装置等の他の電解処理装置や、ポリッシング装置等の基板保持装置にあっても、ほぼ同様な問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、基板の外径誤差に左右されることなく、基板をより正確に基板ステージに位置決め保持して、電解めっき等の各種処理を行うことができるようにした基板処理装置及び方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、上下動自在で基板を水平に支持した状態で着脱自在に保持する基板ステージと、前記基板ステージの周囲を囲繞するように配置された位置決めガイドとを備え、前記位置決めガイドは、前記基板ステージで水平に支持して下降または上昇させた基板の外周端面に接触して該基板の前記基板ステージに対する位置決めを行うテーパ面を有することを特徴とする基板処理装置である。

これにより、基板の外周端面を基準となし、この基板の外周端面を位置決めガイドのテーパ面に接触させて、基板の基板ステージに対する位置決めを行うことで、基板は、どのような外径であっても、つまり外径寸法に誤差があっても、その中心位置には変化がないため、基板の外径寸法に左右されることなく、基板の基板ステージに対する位置決めをより正確に行うことができる。つまり、基板に外径に寸法誤差があった場合には、水平な状態の基板を位置決めガイドのテーパ面に接触させた際、基板の位置決めガイドに対する高さ位置は変化するものの、位置決めガイドに対する基板の中心位置は変化せず、従って、この状態から、例えば真空チャックを介して基板を基板ステージで吸着保持することで、基板ステージの中心と基板の中心とを互いに一致させることができる。

請求項２に記載の発明は、前記位置決めガイドは円筒状に形成され、前記テーパ面は、基板外周端面のほぼ全周に亘って該外周端面に接触して基板の位置決めガイドに対する位置決めを行うことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置である。
これにより、基板外周端面のほぼ全周を基準として、基板の基板ステージに対する位置決めをより正確に行うことができる。なお、略円筒状の位置決めガイドの一部に、例えばハンドリングのための切欠き等があってもよい。

請求項３に記載の発明は、前記基板ステージの上方には、前記基板ステージで保持した基板の周縁部に接触して給電する電極と、該基板の周縁部に圧接してシールするシールリングがそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置である。
これにより、めっき装置に適用した場合に、基板ステージで保持した基板の、カソード及びシールリングに対するより正確な位置決めが可能となり、基板のカソード及びシールリングとの接触位置を、基板の外径からより等距離となるようにして、どのような外径寸法を有する基板に対しても、めっき膜厚の面内均一性を向上させることができる。

請求項４に記載の発明は、前記シールリングは、金属の表面をゴムで被覆した複合材で構成されていることを特徴とする請求項３記載の基板処理装置である。
これにより、シールリングの剛性を上げ、シールリングで基板をシールした時のシールリングの変形量を最小限に抑え形状安定性を向上させてめっき液等の漏れを確実に防止するとともに、シールリングを寸法精度の良好なものとして、基板外周端面からシール境界までの距離が常にほぼ一定となるようにすることができる。

請求項５に記載の発明は、前記基板ステージは、基板を真空吸着して保持するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板処理装置である。
これにより、例えばメカチャックのような、外部に突出したものを基板ステージに備える必要をなくして、位置決めガイドに支持された基板を、基板ステージで確実に保持することができる。

請求項６に記載の発明は、前記基板ステージの内部には、該基板ステージの温度を制御する温度制御部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理装置である。
これにより、例えばめっき液等の薬液ばかりでなく、基板ステージや該基板ステージで保持した基板の温度を一定に制御することで、基板処理時に基板に供給される薬液の効果を最大限に生かすようにすることができる。この温度制御部としては、電熱ヒータやベルチェ素子、熱電対等が挙げられる。
請求項７に記載の発明は、前記温度制御部は、内部に温度を制御した熱媒体を流す流体流路からなることを特徴とする請求項６記載の基板処理装置である。
この熱媒体としては、加熱媒体や冷却媒体が使用される。

請求項８に記載の発明は、基板ステージで水平に支持した基板を下降または上昇させ、該基板ステージを囲繞するように配置した位置決めガイドのテーパ面に基板の外周端面を接触させて該基板の前記基板ステージに対する位置決めを行って、基板を基板ステージで保持することを特徴とする基板処理方法である。
請求項９に記載の発明は、前記位置決めガイドのテーパ面を、基板外周端面のほぼ全周に亘って該外周端面に接触させて基板の基板ステージに対する位置決めを行うことを特徴とする請求項８記載の基板処理方法である。

請求項１０に記載の発明は、前記基板ステージで保持した基板を上昇させ、基板の周縁部に電極を接触させて給電するとともに、該基板の周縁部にシールリングを圧接させてシールすることを特徴とする請求項８または９記載の基板処理方法である。
請求項１１に記載の発明は、前記シールリングは、金属の表面をゴムで被覆した複合材で構成されていることを特徴とする請求項１０記載の基板処理方法である。
請求項１２に記載の発明は、基板を真空吸着して前記基板ステージで保持することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の基板処理方法である。

請求項１３に記載の発明は、前記基板ステージの温度を制御することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の基板処理方法である。
請求項１４に記載の発明は、前記基板ステージの内部に、温度を制御した熱媒体を流して該基板ステージの温度を制御することを特徴とする請求項１３記載の基板処理方法である。

本発明によれば、基板外径の寸法誤差に左右されることなく、基板の基板ステージに対する位置決め精度を向上させ、これによって、例えば、電解めっき装置の基板保持装置に適用した場合に、基板ステージで保持した基板とカソード及びシールリングとの接触位置をより正確にすることができる。これによって、基板外径に誤差があった場合でも、めっき膜厚の面内均一性を向上させるとともに、カソードコンタクト位置やシールリング接触位置に与えていたマージンも、例えば２．５ｍｍから２．０ｍｍへと小さくして、基板の有効面積をより拡大することができる。このことは、今後、基板が継続的に大口径化する中で、製品の歩留りを向上させる上で大いに有益である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図５乃至図７に示す従来例と同一または相当する部材には同一符号を伏して重複した説明を省略する。なお、この実施の形態は、電解めっき装置の基板保持装置に適用した例を示しているが、電解エッチング装置等の他の電解処理装置や、ポリッシング装置等の基板保持装置にも適用でき、また、表面（処理面）を上向き（フェースアップ）で基板を保持して処理するようにした例を示しているが、表面を下向き（フェースダウン）で基板を保持して処理してもよいことは勿論である。

図１は、本発明の実施の形態における基板保持装置としての基板処理装置を備えた電解めっき装置のめっき時の概要を、図２は、基板保持装置（基板処理装置）の基板を保持する前の状態の要部概要を、図３は、基板保持装置の基板を保持した後の状態の要部概要をそれぞれ示す。

図１に示すように、電解めっき装置は、基板保持装置（基板処理装置）４０と電極ヘッド４２とから主に構成されている。基板保持装置４０は、上下動自在なスプライン軸１０の上端に連結した略円板状の基板ステージ１２を備えている。この基板ステージ１２の内部には、基板ステージ１２の上面で開口する多数の吸着口を有する真空通路１２ａが設けられ、この真空通路１２ａは、スプライン軸１０の内部を上下に貫通する真空通路１０ａに連通し、この真空通路１０ａに、真空ポンプ等の真空源４４から延びる真空ライン４６が接続されている。これによって、真空源４４を介して、基板ステージ１２の内部に設けた真空通路１２ａ内を真空引きすることで、基板ステージ１２の上面に載置保持した基板Ｗを吸着保持し、この真空引きを解除することで、基板Ｗの吸着保持を解くようになっている。

このように、基板ステージ１２で基板Ｗを真空吸着して保持することで、例えばメカチャックのような、外部に突出したものを基板ステージに備える必要をなくして、下記のようにして位置決めガイドに支持された基板を、基板ステージ１２で確実に保持することができる。

更に、基板ステージ１２の内部には、熱媒体を流して基板ステージ１２の温度を一定に制御する、温度制御部としての流体流路１２ｂが設けられ、この流体流路１２ｂの一端は、スプライン軸１０の内部を上下に貫通する一方の流体通路１０ｂに、多端は、スプライン軸１０の内部を上下に貫通する他方の流体流路１０ｃにそれぞれ連通している。そして、この一方の流体流路１０ｂに、熱媒体供給源４８から延びる熱媒体供給ライン５０が、他方の流体流路１０ｃに、熱媒体供給源４８から延びる熱媒体排出ライン５２がそれぞれ接続されている。これにより、熱媒体供給源４８で温度が制御された、例えば加熱媒体や冷却媒体からなる熱媒体は、基板ステージ１２の内部の流体流路１２ｂに供給され、流体流路１２ｂに沿って一方向に流れて循環することで、基板ステージ１２、更にはこの基板ステージ１２で保持した基板Ｗの温度を一定に制御するようになっている。

このように、例えばめっき液等の薬液ばかりでなく、基板ステージ１２や該基板ステージ１２で保持した基板Ｗの温度を一定に制御することで、基板処理時に基板Ｗに供給される薬液の効果を最大限に生かすようにすることができる。なお、この例では、温度制御部を流体流路１２ｂで構成した例を示しているが、温度制御部を、例えば、電熱ヒータやベルチェ素子、熱電対等で構成するようにしてもよい。

主軸１４の上端に連結された回転円板１６の上面には、略円筒状で、上端内周面に、下方に向けて徐々に縮径するテーパ面５４ａを設けた位置決めガイド５４が、基板ステージ１２と同心状で、該基板ステージ１２の周囲を囲繞するように設けられている。この位置決めガイド５４のテーパ面５４ａにおける上端開口の直径Ｄ１は、基板ステージ１２で保持する基板Ｗの直径に、該基板Ｗに対する最大誤差を加えた値、例えばφ３００ｍｍの基板であれば、これに最大誤差＋０．２ｍｍを加えた値（３００．２ｍｍ）よりも大きく、かつ、必要な余裕を持った大きさ、例えば３０２〜３１０ｍｍ程度に設定されている。テーパ面５４ａの下端開口の直径Ｄ２は、基板ステージ１２で保持する基板Ｗの直径に、該基板Ｗに対する最小誤差を加えた値、例えばφ３００ｍｍの基板であれは、これに最小誤差−０．２ｍｍを加えた値（２９９．８ｍｍ）よりも小さく、かつ、必要な余裕を持った大きさ、例えば２９０〜２９９ｍｍ程度に設定されされている。また、テーパ面５４ａの傾斜角度θは、例えば５〜３０°に設定されている。

これにより、下記のように、基板ステージ１２で支持した基板Ｗが、該基板ステージ１２の下降に伴って、位置決めガイド５４の内部に該位置決めガイド５４と干渉することなくスムーズに入り込み、しかも、基板ステージ１２の更なる下降に伴って、基板Ｗが位置決めガイド５４から抜け落ちてしまうことなく位置決めガイド５４で支持されて、基板ステージ１２のみが下降するようになっている。

この位置決めガイド５４は、耐薬品性、低摩擦、強度及び加工性等を考慮して、ＰＥＥＫ材で構成されている。例えばＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＰＶＣ、ＰＰ等の他の樹脂材で構成してもよく、またステンレス、チタン等の金属材で構成してもよいことは勿論である。また、この位置決めガイド５４は、膜付けの処理が終了した後、水洗、薬品での洗浄及びスピン乾燥を行う対象となるため、水はけのよい形状であることが望ましく、例えば、基板Ｗの表面からの位置決めガイド５４の飛び出し量が極力少ないようにした位置関係で、基板Ｗと位置決めガイド５４の水洗や薬品洗浄を行うことが望ましい。

この位置決めガイド５４は、主軸１４の回転に伴って、基板ステージ１２と一体に回転するが、位置決めのため可動部を備えておらず、位置決めガイド５４の表面に基板Ｗを置くことのみで基板Ｗの基板ステージ１２に対する位置決めが完了する。

回転円板１６の周縁部には、支柱３２が立設され、この支柱３２の上端に、図１に示すように、基板Ｗが上昇した位置（めっき位置）にあるとき、基板Ｗの周縁部に接触して通電するカソード３４と、基板Ｗの周縁部に圧接してここをシールするリング状のシールリング３６が内方に突出して配置されている。このシールリング３６は、金属からなる芯材５６の表面を、弾性を有するゴムからなる被覆材５８で被覆した複合材で構成されている。この芯材（金属）５６としては、ステンレス、チタンまたはハステロイ等の耐食性の良好な材料が望ましい。また、被覆材（ゴム）としては、フッ素ゴム、シリコンゴムまたは樹脂エラストマが望ましい。使用する薬品等により、金属、ゴムとも、前記以外の材料であってもよいことは勿論である。

このように、金属の表面をゴムで被覆した複合材でシールリング３６を構成することにより、図４に示すように、シールリング３６自体の剛性を上げて、シールリング３６で基板Ｗをシールした時のシールリング３６の変形量を最小限に抑え形状安定性を向上させて、めっき液の漏れを確実に防止するとともに、シールリング３６を寸法精度の良好なものとして、基板Ｗの外周端面からシールリング３６によるシール境界までの距離Ｓが常にほぼ一定となるようにすることができる。

この基板保持装置４０で基板Ｗを吸着保持する時には、先ず基板ステージ１２をやや上昇させた状態で、この上面に基板Ｗを載置して水平に支持する。つまり、基板Ｗが基板ステージ１２の上面に沿って水平移動できるようにしておく。この基板Ｗを水平にした状態で、基板ステージ１２を下降させ、図２に示すように、基板Ｗを、その外周端面のほぼ全周に亘って、位置決めガイド５４のテーパ面５４ａに接触させ、更に基板ステージ１２を下降させることで、基板Ｗを基板ステージ１２の支持から位置決めガイド５４のテーパ面５４ａでの支持に変える。これによって、基板Ｗの基板ステージ１２に対する位置決めを行う。

そして、必要に応じて、基板ステージ１２を再度上昇させ、位置決めガイド５４のテーパ面５４ａで支持した基板Ｗを基板ステージ１２で水平に支持して持ち上げ、しかる後、基板ステージ１２を下降させて、基板Ｗを基板ステージ１２の支持から位置決めガイド５４のテーパ面５４ａでの支持に変える操作を１回以上繰返す。

次に、基板ステージ１２で基板Ｗを吸着保持できる状態で、つまり真空源４４を介して、基板ステージ１２の内部に設けた真空通路１２ａ内を真空吸引しながら、基板ステージ１２を上昇させ、これによって、図３に示すように、基板ステージ１２の上面に位置決めガイド５４のテーパ面５４ａで支持した基板Ｗが互いに当接した時点で基板Ｗを基板ステージ１２の上面に吸着保持し、更に基板ステージ１２を上昇させて停止させる。

このように、基板Ｗの外周端面を基準となし、この基板Ｗの外周端面を位置決めガイド５４のテーパ面５４ａに接触させて、基板Ｗの基板ステージ１２に対する位置決めを行うことで、基板Ｗは、どのような外径であっても、つまり外径寸法に誤差があっても、その中心位置には変化がないため、基板Ｗの外径寸法に左右されることなく、基板Ｗの基板ステージ１２に対する位置決めをより正確に行うことができる。つまり、基板Ｗに外径に寸法誤差があった場合には、水平な状態の基板Ｗを位置決めガイド５４のテーパ面５４ａに接触させて基板Ｗを支持した時、基板Ｗの位置決めガイド５４に対する高さ位置は変化する（基板Ｗの外径が大きいほど、基板Ｗは、テーパ面５４ａのより上方で支持される）ものの、位置決めガイド５４に対する基板Ｗの中心位置は変化せず、従って、この状態から、例えば真空チャックを介して基板を基板ステージで吸着保持することで、基板ステージの中心と基板の中心とを互いに一致させることができる。

位置決めガイド５４として、この例のように、円筒状のものを使用し、基板Ｗの外周端面のほぼ全周に亘って該外周端面をテーパ面５４ａに接触させて、基板Ｗの位置決めガイド５４に対する位置決めを行うことで、この位置決めをより正確に行うことができる。なお、略円筒状の位置決めガイド５４の一部に、例えばハンドリングのための切欠き等があってもよい。

電極ヘッド４２は、上下動自在な支持板６０に取付けたハウジング６２と、このハウジング６２の下端開口部を塞ぐように配置された高抵抗構造体６４とを有している。すなわち、このハウジング６２の下部には、内方に突出した内方突出部６２ａが、高抵抗構造体６４の上部にはフランジ部６４ａがそれぞれ設けられ、このフランジ部６４ａを内方突出部６２ａに引っ掛けて、ハウジング６２に高抵抗構造体６４が保持されている。これによって、ハウジング６２の内部に中空のめっき液室６６が区画形成されている。

この高抵抗構造体６４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。

このように高抵抗構造体６４を備え、この高抵抗構造体６４によって大きな抵抗を発生させることで、例えば基板Ｗの表面に形成したシード層（図示せず）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。

めっき液室６６の内部には、アノード６８が配置され、ハウジング６２には、めっき液室６６内にめっき液７０を導入するめっき液導入管（図示せず）が取付けられている。そして、めっき液導入管からめっき液室６６内に導入されためっき液７０は、アノード６８を浸漬させ、高抵抗構造体６４の内部を通過して該高抵抗構造体６４の下方に達するようになっている。

ここで、アノード６８は、例えば銅めっきを行う場合にあっては、スライムの生成を抑制するため、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成されているが、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であってもよく、交換が不要なことから、不溶解性金属あるいは不溶解性電極であることが好ましい。更に、めっき液の流通のしやすさから、網状であってもよい。
そして、カソード３４はめっき電源の陽極に、アノード６８はめっき電源の陰極にそれぞれ電気的に接続される。

次に、このめっき装置でめっきを行う時の動作を説明する。
先ず、前述のようにして、基板ステージ１２で基板Ｗをより正確に位置決めして吸着保持し、この基板Ｗを図１に示す上昇位置（めっき位置）まで上昇させ、これによって、基板Ｗの周縁部にカソード３４を接触させて、同時に、基板Ｗの周縁部にシールリング３６を圧接させてここをシールする。そして、電極ヘッド４２を下降させ、この電極ヘッド４２の高抵抗構造体６４の下面が基板Ｗの表面と０．１〜３ｍｍ程度まで近接した位置に達したときに電極ヘッド４２の下降を停止させる。この時、めっき液室６６の内部にはめっき液７０が導入され、高抵抗構造体６４の内部にはめっき液が含浸保持されている。

この状態で、例えば基板Ｗと高抵抗構造体６４との間の隙間を、例えば約１００ｃｃ以下のめっき液７０で満たし、更にカソード３４をめっき電源の陽極に、アノード６８をめっき電源の陰極にそれぞれ電気的に接続して、基板Ｗの表面にめっきを施す。このめっき時に、必要に応じて、主軸１４を回転させて、基板ステージ１２を、例えば、１〜４０ｍｉｎ^−１の回転速度で回転させ、これにより、電極の形状による不均一な電界集中によって、基板に対して局部的にめっき処理が行われることを緩和して、成膜されるめっき膜の膜厚の面内均一性を向上させる。この時、前述のように、必要に応じて、流体通路１２ａに熱媒体（加熱媒体または冷却媒体）を流し、基板ステージ１２及び基板ステージ１２で保持した基板Ｗの温度を一定に制御（加熱または冷却）し、これによって、めっき性能を向上させる。めっき処理終了後、電極ヘッド４２を上昇させて、退避位置に移動させる。

次に、基板Ｗの上に残っためっき液７０を、例えば、基板Ｗの上を移動自在なアスピレータノズルで、残液量が、例えば数ｃｃ程度になるまで回収し、このめっき液回収後、アスピレータノズルを退避位置に戻す。

そして、主軸１４を回転させて基板ステージ１２を回転させながら、基板Ｗの表面に純水を供給し、この純水で基板Ｗの表面を洗浄する。この時、基板Ｗの表面に残った、数ｃｃの残液は、純水と共に洗い流され、シールリング３６の外周より遠心力でこぼれ落ちる。この希釈されためっき液の飛散を最小限にするため、基板ステージ１２の回転速度を数十〜百数十ｍｉｎ^−１に制御することが好ましい。

次に、基板ステージ１２を、図３に示す位置（洗浄位置）まで下降させて、基板Ｗとシールリング３６及びカソード３４とを離し、しかる後、主軸１４を回転させて基板ステージ１２を回転させながら、基板Ｗの表面に純水を供給して、この純水で基板Ｗの表面を洗浄し、同時に位置決めガイド５４も洗浄する。この時、基板ステージ１２の回転速度を増して、水洗に効果的な回転速度で回転させることが好ましい。
水洗完了後、純水の供給を停止し、基板ステージ１２の回転速度を増して、基板Ｗ及び位置決めガイド５４をスピン乾燥させる。

基板Ｗのスピン乾燥後、基板ステージ１２の回転を停止させて、基板ステージ１２を、図２に示す位置（基板受渡し位置）まで下降させる。この時、基板ステージ１２の内部に設けた真空通路１２ａの真空を破壊する。すると、基板Ｗは、位置決めガイド５４のテーパ面５４ａに接触し、基板ステージ１２から離脱すると同時に、前述と同様に、位置決めガイド５４のテーパ面５４ａにより正確に位置決めされて支持される。
次に、基板ステージ１２を上昇させて、基板Ｗを位置決めガイド５４のテーパ面５４ａで支持した基板Ｗを基板ステージ１２で水平に支持して持ち上げ、次工程に搬送する。

上記の例では、本願発明の基板処理装置を電解めっき装置の基板保持装置に適用した例を示している。このように、電解めっき装置の基板保持装置に適用することで、基板ステージで保持した基板とカソード及びシールリングとの接触位置をより正確にして、基板外径に誤差があった場合でも、めっき膜厚の面内均一性を向上させるとともに、カソードコンタクト位置やシールリング接触位置に与えていたマージンも、例えば２．５ｍｍから２．０ｍｍへと小さくして、基板の有効面積をより拡大することができる。

なお、前記のアノードとカソードとを逆にして、めっき液に代わりにエッチング液を使用することで、電解エッチング装置の基板保持装置として使用することができ、またポリッシング装置の基板保持装置として使用できることは勿論である。

本発明の実施の形態における基板保持装置としての基板処理装置を備えた電解めっき装置のめっき時の概要を示す図である。 図１に示す基板保持装置（基板処理装置）の基板ステージで基板を保持する前の状態の要部概要図である。 図１に示す基板保持装置（基板処理装置）の基板ステージで基板を保持した後の状態の要部概要図である。 シールリングと基板との関係を拡大して示す図である。 電解めっき装置に使用される従来の基板保持装置の基板ステージで基板を保持する前の状態の概要図である。 電解めっき装置に使用される従来の基板保持装置の基板ステージで基板を保持した時の状態の概要図である。 電解めっき装置に使用される従来の基板保持装置の基板ステージで基板を保持し更にめっき位置まで上昇させた時の状態の概要図である。 電解めっき装置に使用される従来の基板保持装置のシールリングと基板と関係を拡大して示す図である。

符号の説明

１０ スプライン軸
１０ａ 真空通路
１０ｂ，１０ｃ 流体流路
１２ 基板ステージ
１２ａ 真空通路
１２ｂ 流体流路
１４ 主軸
１６ 回転円板
１８ ハウジング
２０ 軸受
２２ ボールスプライン
３４ カソード（電極）
３６ シールリング
４０ 基板保持装置（基板処理装置）
４２ 電極ヘッド
４４ 真空源
４６ 真空ライン
４８ 熱媒体供給源
５０ 熱媒体供給ライン
５２ 熱媒体排出ライン
５４ 位置決めガイド
５４ａ テーパ面
５６ 芯材
５８ 被覆材
６４ 高抵抗構造体
６６ めっき液室
６８ アノード
７０ めっき液

Claims (14)

1. 上下動自在で基板を水平に支持した状態で着脱自在に保持する基板ステージと、
   前記基板ステージの周囲を囲繞するように配置された位置決めガイドとを備え、
   前記位置決めガイドは、前記基板ステージで水平に支持して下降または上昇させた基板の外周端面に接触して該基板の前記基板ステージに対する位置決めを行うテーパ面を有することを特徴とする基板処理装置。
2. 前記位置決めガイドは円筒状に形成され、前記テーパ面は、基板外周端面のほぼ全周に亘って該外周端面に接触して基板の位置決めガイドに対する位置決めを行うことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記基板ステージの上方には、前記基板ステージで保持した基板の周縁部に接触して給電する電極と、該基板の周縁部に圧接してシールするシールリングがそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
4. 前記シールリングは、金属の表面をゴムで被覆した複合材で構成されていることを特徴とする請求項３記載の基板処理装置。
5. 前記基板ステージは、基板を真空吸着して保持するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板処理装置。
6. 前記基板ステージの内部には、該基板ステージの温度を制御する温度制御部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 前記温度制御部は、内部に温度を制御した熱媒体を流す流体流路からなることを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。
8. 基板ステージで水平に支持した基板を下降または上昇させ、該基板ステージを囲繞するように配置した位置決めガイドのテーパ面に基板の外周端面を接触させて該基板の前記基板ステージに対する位置決めを行って、基板を基板ステージで保持することを特徴とする基板処理方法。
9. 前記位置決めガイドのテーパ面を、基板外周端面のほぼ全周に亘って該外周端面に接触させて基板の基板ステージに対する位置決めを行うことを特徴とする請求項８記載の基板処理方法。
10. 前記基板ステージで保持した基板を上昇させ、基板の周縁部に電極を接触させて給電するとともに、該基板の周縁部にシールリングを圧接させてシールすることを特徴とする請求項８または９記載の基板処理方法。
11. 前記シールリングは、金属の表面をゴムで被覆した複合材で構成されていることを特徴とする請求項１０記載の基板処理方法。
12. 基板を真空吸着して前記基板ステージで保持することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の基板処理方法。
13. 前記基板ステージの温度を制御することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の基板処理方法。
14. 前記基板ステージの内部に、温度を制御した熱媒体を流して該基板ステージの温度を制御することを特徴とする請求項１３記載の基板処理方法。

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