JP3813865B2 - Polishing method and polishing apparatus - Google Patents

Description

この不溶性のオキシン銅は、機械的に極めて脆弱で、研磨パッド等の研磨具を使用した研磨によって容易に研削除去される。しかも、比較的高い電気抵抗を示し、オキシン銅で覆われた部分への通電が抑制される。
【００１７】
請求項１に記載の発明は、表面に銅を成膜して該銅を微細窪み内に埋込んだ基板の表面を研磨するにあたり、水溶性の無機酸あるいはその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類の１種類以上と、ヒドロキシキノリン類の１種類以上を含む研磨液中で基板の表面を電解研磨し、前記研磨液中に添加したヒドロキシキノリン類と反応して銅の表面に生成されるオキシン銅皮膜を同時に研削することを特徴とする銅を含む研磨面の電気化学的・化学的・機械的な複合研磨方法である。
【００１８】
これにより、銅とヒドロキシキノリン類とが反応して銅の表面に生成される不溶性のオキシン銅皮膜の研削除去を繰り返しながら研磨することができる。このオキシン銅皮膜は、比較的高い電気抵抗を示し、このオキシン銅皮膜で覆われた部分への通電は抑制され、金属面が露出している部分へ電流が集中する性質があり、しかも機械的にきわめて脆弱で、回転する低い圧力の研磨パッド等の研磨具で容易に研削除去できる。このため、例えば半導体基板製造のダマシン法における、絶縁層表面の凹凸ある過剰な銅膜の研磨に際し、ヒドロキシキノリン類を含む研磨液中で銅表面を陽極として電解しながら、同時にその表面を研磨パッド等の研磨具で研磨すると、銅表面に生成されたオキシン銅皮膜は、凸部のみが選択的に研削除去され、露出した銅表面には電流が集中して直ちに再度オキシン銅皮膜が生成される。これによって、有効な電流を通電しながらこの操作を継続することで、従来の技術よりも速い速度で、しかも効果的に平坦化しながら銅膜を研磨することが可能となる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、直流またはパルス電流の一方、或いはこれらの重畳電流を流して電解研磨を行うことを特徴とする請求項１記載の研磨方法である。
請求項３に記載の発明は、電解研磨開始時に、銅の表面積に対して電流密度が０．５〜５．０Ａ／ｄｍ^２となる電流を流して電解研磨を行うことを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法である。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、基板の表面に成膜した銅と向かわせて前記研磨液中に多数の陽極と陰極とを該陰極を前記陽極より基板により近接させて交互に配置し、この陽極と陰極との間に電圧を印加して、この時のバイポーラ現象により発生する銅表面の正の極性により銅の表面に前記オキシン銅皮膜を生成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨方法である。
これにより、例えば基板の表面に堆積させた余剰な銅膜の除去が進んで、バリア層等の下地層が露出し、これによって、電気接点等の外部端子から銅膜への一様な通電ができなくなった時でも、バイポーラ現象を利用することで、銅の表面にオキシン銅皮膜を生成することができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、前記研磨液中における前記陰極と前記陽極との間の極間抵抗が１０〜５０Ωｃｍであり、前記陰極と前記陽極との間に印加される電圧が１０〜１００Ｖであることを特徴とする請求項４記載の研磨方法である。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、表面に銅を成膜して該銅を微細窪みに埋込んだ基板の表面を研磨する研磨装置であって、水溶性の無機酸あるいはその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類の１種類以上と、ヒドロキシキノリン類の１種類以上を含む研磨液を用いた電解研磨と、前記研磨液中に添加したヒドロキシキノリン類と反応して銅の表面に生成されるオキシン銅皮膜の研削を同時に行うようにしたことを特徴とする研磨装置である。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、基板を下向きで保持する基板保持部と、水溶性の無機酸あるいはその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類の１種類以上と、ヒドロキシキノリン類の１種類以上を含む研磨液を保持する研磨槽と、前記研磨槽内に保持した研磨液中に浸漬させて配置した陰極板と、前記陰極板に対向させて前記研磨槽内に保持した研磨液中に浸漬させて配置した研磨具と、前記基板保持部で保持した基板と前記研磨具を相対移動させる相対移動機構を有することを特徴とする研磨装置である。
請求項８に記載の発明は、前記陰極板の表面には、面内を全長に亘って連続して延びる多数の溝が形成されていることを特徴とする請求項７記載の研磨装置である。これにより、溝を通過させて研磨液を供給するとともに、生成物や水素ガス、酸素ガス等を排出することができる。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、基板を保持する基板保持部と、水溶性の無機酸あるいはその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類の１種類以上と、ヒドロキシキノリン類の１種類以上を含む研磨液を保持する研磨槽と、多数の陽極と陰極とを該陰極を前記陽極より前記基板保持部で保持した基板により近接させ絶縁して交互に配置した電極板と、前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加する電源と、前記電極板に対向させて前記研磨液中に浸漬させて配置した研磨具と、前記基板保持部で保持した基板と前記研磨具を相対移動させる相対移動機構を有することを特徴とする研磨装置である。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、前記電極板の表面には、面内を全長に亘って延びる多数の溝が設けられていることを特徴とする特徴とする請求項９記載の研磨装置である。
請求項１１に記載の発明は、請求項７記載の研磨装置と、請求項９記載の研磨装置とを同一モジュール内の仕切られた部屋の中に配置し、各研磨装置間の基板の移動を前記モジュール内に配置した旋回アームによって行うことを特徴とする研磨装置である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明に使用される研磨液は、水溶性の無機酸あるいはその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類の少なくとも一種以上と、ヒドロキシキノリン類の１種以上を含んでいるが、この研磨液の組成及びその性質、研磨液中のヒドロキシキノリン類の作用及び効果、研磨液を用いた研磨に使用される研磨装置の構成を順に説明し、更にこの研磨液を用いて実際に研磨を行った時の実施例について説明する。
【００２７】
〔研磨液の組成及びその性質〕
本発明に使用される研磨液に含まれる水溶性の無機酸あるいはその塩類としては、りん酸、ピロりん酸、硫酸、硝酸、塩酸スルファミン酸、フッ化水素酸などの無機酸あるいはこれら無機酸のカリウム塩あるいはアンモニウム塩が挙げられる。また、水溶性の有機酸あるいはその塩類としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、蓚酸、マロン酸、マイレン酸、コハク酸、クエン酸、グルコン酸、酪酸、グリシン、アミノ安息香酸、ニコチン酸、メタンスルホン酸などの有機酸あるいはこれら有機酸のカリウン塩、アンモニウム塩、アルキルアミン基あるいはヒドロシアルキルアミン塩が挙げられる。これらは、単独あるいは２種類以上の混合溶液として用いてもよく、この水溶性の無機酸あるいはその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類の濃度（総濃度）は、例えば０.０１〜５．０ｍｏｌ／Ｌである。研磨液の導伝率は、例えば０．５〜１００ｍＳ／ｃｍで、電解電流を１Ａ／ｄｍ^２以上とする時は、好ましくは５ｍＳ／ｃｍ以上である。
【００２８】
ヒドロキシキノリン類は、例えば、２−ヒドロキシキノリン、４−ヒドロキシキノリン、５−ヒドロキシキノリンあるいは８−ヒドロキシキノリンのいずれか１種類以上が使用されるが、性能および価格の面から８−ヒドロキシキノリンが最も適切である。その濃度は、例えば０.００１〜１．０重量％、好ましくは０.０５〜０.２重量％である。この８−ヒドロキシキノリンは、一部で工業用薬品として使用されており、比較的低価格で容易に入手することができる。
【００２９】
ここで、水溶性の無機酸あるいはその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類、および８−ヒドロキシキノリンを含む研磨液中で銅を陽極として電解研磨すると、銅は溶解と同時に８−ヒドロキシキノリンと前述の反応式に従って反応して、銅の表面に不溶性のオキシン銅が生成され、このオキシン銅は、電解の継続ととともに燐片状の皮膜となって成長する。このオキシン銅皮膜は、電気抵抗が高く、電圧の上昇をきたすが、更に電解を継続すると、銅表面から脱落し、この脱落した後に新たなオキシン銅が生成し皮膜に成長することを繰り返す。
【００３０】
研磨液は、そのｐＨが、例えば３〜１１の広い範囲で使用されるが、研磨液中で銅を陽極とした電解研磨で銅の表面に不溶性のオキシン銅皮膜が特に生成しやすいｐＨの領域は５〜９であり、オキシン銅皮膜は、その厚みが最大１ｍｍにも成長する。研磨液のｐＨは、研磨工程の目的および進行度により選定することができる。すなわち、基本的には全工程に亘りオキシン銅皮膜が最も生成されやすい中性領域で使用されるが、例えば絶縁層の全面が銅膜に覆われている前段では、研磨液のｐＨを低くし、高い電流密度で電解研磨を主体に銅を速やかに除去することもできる。この場合は、りん酸濃度を高くし、平滑化効果を上げるためにアルキレングリコール類あるいはアルキレングリコールアルキルエーテルなどを添加併用するのが好ましい。また、研磨の最終工程は、バリア層の研磨選択性を高めるため、研磨液のｐＨを低く、或いは高くすることもできる。
【００３１】
研磨液に、銅の変色及び腐食防止剤として、ベンゾトリアゾールやその誘導体、ベンゾイミダゾールまたはフェナセチンなどを、例えば１０〜１０００ｍｇ／Ｌの濃度で添加することで、銅の変色や腐食を効果的に防止することができる。しかし、ｐＨが８以上の研磨液にベンゾトリアゾールを１００ｍｇ／Ｌ以上添加すると、銅の表面に安定な錯体皮膜が過剰に生成され、オキシン銅の生成が防げられる。このため、薬品の種類と濃度は、研磨液の状態に応じて適切に選定する必要がある。
【００３２】
研磨液に界面活性剤を添加することで、絶縁層や配線用溝に埋込んだ銅配線の過剰な研磨を抑制し、残存するバリア層の研磨速度を高くして、銅膜の研磨の最終工程に適するようにすることができる。この場合、選択的研磨性、砥粒の分散性、水洗性、後の処理工程への影響などを総合的に勘案すると、非イオン系のポリオキシエチレングリコールアルキルエーテル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレン縮合物、アセチレン系グリコール類、エチレンジアミンポリオキシアルキレングリコールなどの界面活性剤が適切である。
【００３３】
研磨液に含まれる研磨砥粒としては、銅の研磨が目的となる前段の工程では、アルミナ、コロイダルシリカあるいはアルミナとコロイダルシリカとを併用したものを使用することが好ましく、後段の工程のバリア層を含む研磨には、コロイダルシリカを使用することが好ましい。
【００３４】
また、例えば絶縁層上に堆積した過剰な銅膜の膜厚が１０００ｎｍを超えるような厚い場合には、研磨砥粒を含まず、りん酸およびアルキレングリコール類などを含み、電解時に銅表面の分極作用が大きい研磨液を使用し、３Ａ／ｄｍ^２以上の電流で電解研磨して、過剰な銅膜の大半を高速度で研磨することも効率的である。この研磨液は、銅の研磨混入による性状変化が少なく、研磨装置からの排液を回収し、ろ過した後、濃度の調整することにより、再度使用する工程の合理化が図れる。
【００３５】
〔研磨液中のヒドロキシキノリン類の作用および効果〕
導電性成分として、蓚酸アンモニウム：１０ｇ／Ｌ、グリシン：１０ｇ／Ｌ、りん酸：３０ｇ／Ｌを純水に添加して溶解させ、アンモニア水を加えて、ｐＨを８．５に調整し、次いで、８−ヒドロキシキノリン：２ｇ／Ｌを添加し溶解させた研磨液を用意した。この研磨液の温度を２５℃に保ち、光沢硫酸銅めっきで得られた銅箔試片を研磨液中に浸漬させたところ、銅箔面に薄い黄緑色のオキシン銅が生成された。予め重量を測った複数の銅箔試片を研磨液中に浸漬させ、一定時間毎に１枚ずつ引き上げ、表面のオキシン銅皮膜を拭き取り、水洗、乾燥及び秤量して銅箔の減量を求めた。その結果を図１に示す。この図１により、研磨液中で銅は徐々に溶解してオキシン銅を生成するが、数分後に銅の表面がオキシン銅の皮膜で覆われると銅の溶解が殆ど停止することが判る。
【００３６】
一対の銅箔を陽極と陰極として、前述と同様な研磨液中に互いに対峙させて浸漬させ、直流電源（整流器）から両極極間に電圧を印加して、３Ａ／ｄｍ^２の一定電流を流した。この時の両極間の電圧を測定した結果を図２に示す。この図２により、当初は低い電圧で通電されるが、銅の表面にオキシン銅の皮膜が生成されると抵抗が次第に大きくなり、数分後には初期のほぼ２倍の電圧となることが判る。
【００３７】
前項と同様の実験を、両極間の電圧を５.０Ｖの一定に保ちながら電解して行った。この時の電流の変化と銅箔の減量を経時的に測定した結果を図３に示す。この図３から、当初は４Ａ／ｄｍ^２の電流が流れたが、時間とともに電流が低下し、数分後には、初期の１／２以下となり、また、銅箔の減量も通電量にほぼ一致することが判る。
【００３８】
また、この時に銅箔の表面に生成されるオキシン銅皮膜は、機械的に脆弱で、特に研磨液中で生成され濡れた状態では容易に拭き落とすことができることが確かめられている。従って、例えば研磨パッド等の研磨具の圧力を１００〜３００ｇ／ｃｍ^２に低くして研削しても、銅（オキシン銅皮膜）の十分な研磨速度を確保することができる。
【００３９】
以上により、ヒドロキシキノリン類と銅が反応して生成されるオキシン銅皮膜の性状から、半導体装置製造のダマシン法において、絶縁層上の過剰な銅膜を平坦に研磨する際、ヒドロキシキノリン類を含む研磨液中で銅面を陽極として電解研磨しつつ、回転する研磨パッド等の研磨具により研磨することで、電解により銅膜の表面に生成されたオキシン銅皮膜が、凸部のみ選択的に研削除去され、凹部は保護される。そして、有効な電流を流してこの操作を継続することにより、銅膜を平坦化する研磨を効率的に行い、かつ銅配線層の損傷の少ない製品を製造できることが判る。
【００４０】
〔研磨液を用いた研磨に使用される研磨装置の構成〕
前述の研磨液を用いた研磨に使用される研磨装置について以下説明する。
図４は、本発明の第１の実施の形態の研磨装置１０ａを示す。この研磨装置１０ａは、上方に開口して内部に研磨液１２を保持する有底円筒状の研磨槽１４と、研磨槽１４の上方に配置され基板Ｗを着脱自在に下向きに保持する基板保持部１６ａとを有している。
【００４１】
研磨槽１４は、モータ等の駆動に伴って回転する主軸１８に直結され、底部には、例えばＳＵＳ，Ｐｔ／Ｔｉ，Ｉｒ／Ｔｉ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂなど研磨液に対して安定でかつ電解により不動体化しない金属からなり、研磨液１２中に浸漬されてカソードとなる平板状の陰極板２０が水平に配置されている。この陰極板２０の上面には、縦及び横方向に面内の全長に亘って直線状に延びる格子状の長溝２０ａが設けられている。更に、陰極板２０の上面には、例えば、連続発泡体式で不織布タイプの硬度研磨パッド（例えば：ロデールニッタ社 ＳＵＢＡ８００）からなる研磨具２２が貼り付けられている。
【００４２】
これによって、主軸１８の回転に伴って研磨槽１４が研磨具２２と一体に回転し、研磨液１２の供給に伴って研磨液１２が長溝２０ａを通って流れ、しかも電解研磨に伴って生成される生成物や、水素ガス、酸素ガス等も長溝２０ａを通って基板Ｗと研磨具２２の間から外方に排出されるようになっている。
【００４３】
なお、この例では、研磨槽１４が回転するようにした例を示しているが、スクロール運動（並進回転運動）するようにしたり、往復動するようにしたりしてもよい。また、長溝２０ａの形状は、陰極板２０の中央部と外周部とで電流密度に差が生じてしまうことを防止するとともに、研磨液や水素ガス等が長溝２０ａに沿ってスムーズに流れるようにするため、研磨槽１４がスクロール運動を行う場合には、格子状であることが好ましく、また研磨槽１４が往復動を行う場合には、この移動方向に沿った平行であることが好ましい。
【００４４】
基板保持部１６ａは、回転速度が制御可能な回転機構と研磨圧力が調整可能な上下動機構を備えた支持ロッド２４の下端に連結され、この下面に、例えば真空吸着方式で基板Ｗを吸着保持するようになっている。
基板保持部１６ａの下面外周部には、基板保持部１６ａで基板Ｗを吸着保持した時、基板Ｗの周縁部乃至ベベル部と接触して、基板Ｗの表面に堆積した銅膜６（図１０（ａ）参照）を陽極（アノード）にする電気接点２６が設けられている。この電気接点２６は、支持ロッド２４に内蔵されたロール摺動コネクタおよび配線２８ａにより、外部に配置した直流及びパルス電流電源としての整流器３０の陽極端子へ結線され、前記陰極板２０は、配線２８ｂを介して整流器３０の陰極端子に結線される。
【００４５】
この整流器３０は、例えば低電圧仕様で、８インチウエハの場合は、１５Ｖ×２０Ａ程度、１２インチウエハの場合は、１５Ｖ×３０Ａ程度の容量のものが使用される。パルス電流の周波数は、例えば通常〜ｍsec.までのものが使用される。
更に、研磨槽１４の上方に位置して、この内部に研磨液１２を供給する研磨液供給ユニット３２が配置され、更に各機器及び運転全般を調節し管理する制御ユニット３４および安全装置（図示せず）などが備えられている。
【００４６】
この研磨装置１０ａは、図１０（ａ）に示すように、基板Ｗの表面に堆積した余剰な銅膜６が一様に連続している時に該銅膜６を研磨するのに適するもので、その研磨動作について説明する。
【００４７】
研磨槽１４内に研磨液１２を供給し、この研磨液１２が研磨槽１４をオーバフローする状態で、例えば９０ｒｐｍ程度の回転速度で研磨槽１４と研磨具２２を一体に回転させる。一方、銅めっき等のめっき処理を施した基板Ｗを基板保持部１６ａで下向きに吸着保持しておく。この状態で、基板Ｗを前記研磨槽１４とは反対方向に、例えば９０ｒｐｍ程度の回転速度で回転させながら下降させ、この基板Ｗの表面（下面）を、例えば３００ｇ／ｃｍ^２程度の一定の圧力で研磨具２２の表面に接触させ、同時に、整流器３０により陰極板２０と電気接点２６との間に直流、または、例えば基板上の銅の表面積当たりの電流密度が１〜４Ａ／ｄｍ^２程度で、例えば１０×１０^−３秒間通電し、同じく１０×１０^−３秒間停止するパルス電流を流す。
【００４８】
すると、銅膜は、従来の技術よりも速い速度で、しかも効果的に平坦化されながら研磨される。つまり、前述のように、研磨液１２として、ヒドロキシキノリン類を含むものを使用し、銅を陽極として電解研磨すると、図５（ａ）に示すように、銅とヒドロキシキノリン類とが反応して銅膜６の表面に不溶性のオキシン銅皮膜６ａが生成される。このオキシン銅皮膜６ａは、機械的にきわめて脆弱であり、回転する低い圧力の研磨具で容易に研削除去できる。このため、研磨具２２で研磨すると、図５（ｂ）に示すように、銅膜６の凸部表面に生成されたオキシン銅皮膜６ａが主に研削除去され、この研削除去された部分で銅膜６が外部に露出する。すると、オキシン銅皮膜６ａは、比較的高い電気抵抗を示し、このオキシン銅皮膜６ａで覆われた部分への通電は抑制され、金属面が露出している部分６ｂへ電流が集中する性質があり、このため、図５（ｃ）に示すように、先に研磨されて銅膜６が露出した表面にオキシン銅皮膜６ａが直ちに生成され、前述と同様に、この後に生成されたオキシン銅皮膜６ａが主に研削除去される。つまり、銅膜６の凹部の表面は、オキシン銅皮膜６ａで覆われたままの状態で、ここの研磨が抑制され、これによって、銅膜６の凸部のみが選択的に研削除去される。銅の不動態化を利用した複合電解研磨である。
【００４９】
この時、陰極板２０の表面に設けた長溝２０ａから基板Ｗと研磨具２２との間に研磨液１２が供給され、この研磨液１２中に浮遊する粒子や、反応によって生成される水素ガス等は長溝２０ａの中を通過して外方にスムーズに流出する。
そして、研磨終了後、基板保持部１６ａで保持した基板Ｗを上昇させ、この基板Ｗの回転を停止して、研磨終了後の基板Ｗを次工程に搬送する。
【００５０】
図６は、本発明の第２の実施の形態の研磨装置１０ｂを示す。この研磨装置１０ｂの前記図４に示す研磨装置１０ａと異なる点は、研磨槽１４の底部に、内部に多数の陰極ロッド１４０と陽極ロッド４２とを交互に配置した、絶縁材からなる電極板４４を水平に配置した点である。ここに、この電極板４４の上面には、縦及び横方向に面内の全長に亘って直線状に延びる格子状の長溝４４ａが設けられている。そして、陽極ロッド４２は、この長溝４４ａに沿って、その上面が長溝４４ａの底面とほぼ面一となるように配置され、陰極ロッド１４０は、この長溝４４ａに沿って、その上面が長溝４４ａの底面から、例えば１０〜３０ｍｍ下方に位置するように配置され、この陰極ロッド１４０の上方には、発生する微少なガス及び研磨液が流通できる有孔性の充填材１４５が充填されている。
【００５１】
そして、全ての陽極ロッド４２は、配線４６ｂを介して外部に配置された直流及びパルス電流電源としての整流器１４８の陽極端子へ結線されており、また全ての陰極ロッド１４０は、配線４６ａを介して互いに整流器１４８の陰極端子に結線されている。
この整流器１４８は、例えば低電圧仕様で、１００Ｖ×１０Ａ程度の容量のものが使用される。パルス電流の周波数は、例えば通常〜ｍsec.までのものが使用される。
【００５２】
これにより、電極板４４に金属（銅）を近接して配置し、この電極板４４の陰極ロッド１４０と陽極ロッド４２との間に整流器１４８から電圧を印加すると、この時のバイポーラ現象により、金属（銅）の表面の陰極ロッド１４０に近接した位置に、局部的に正の極性が発生するようになっている。
更に、この例にあっては、研磨槽１４をオーバフローした研磨液１２を回収し、ろ過した後、再生する研磨液再生ユニット５０が備えられている。また、基板保持部１６ｂとして、電気接点を有さないものが使用されている。
【００５３】
この研磨装置１０ｂは、図１０（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に堆積した余剰な銅膜６の研磨が進み、バリア層５が表面に露出して銅膜６が島状になった時に基板の表面のバリア層５及び銅膜６を研磨するのに適するものである。つまり、このように、銅膜６が島状になると、電気接点等の外部端子から銅膜６への一様な通電ができなくなる。このような場合でも、この実施の形態の研磨装置１０ｂによれば、バイポーラ現象を利用し、銅の表面を局部的に正の極性とすることで、銅の表面にオキシン銅皮膜を生成することができる。
この研磨装置１０ｂの研磨動作は、電解研磨の際に電極板４４に設けた陰極ロッド１４０と陽極ロッド４２との間に、例えば５０Ｖの電圧を印加する以外は、前述の研磨装置１０ａの場合と同様である。
【００５４】
この研磨装置１０ｂによれば、バリア層５及び銅膜６とが表面に露出している場合であっても、銅膜６の過剰な研磨を抑制し、残存するバリア層５の研磨速度を高くして、両者を同一レートで平坦に研磨し、しかも配線となる銅膜６の欠損を防ぐことができる。つまり、前述のように、研磨液１２として、ヒドロキシキノリン類を含むものを使用し、銅をバイポーラ現象により正極化して電解研磨すると、図７（ａ）に示すように、銅とヒドロキシキノリン類とが反応して銅膜６の表面に不溶性のオキシン銅皮膜６ａが生成される。このオキシン銅皮膜６ａは、電解液に溶けず、このため、このオキシン銅皮膜６ａで覆われた銅膜６はケミカルエッチングを受けない。このため、バリア層５の表面のみが電解研磨され、このバリア層５の電解研磨によって、図７（ｂ）に示すように、銅膜６がバリア層５のなす平面から上方に突出する。すると、このように、上方に突出した銅膜６の表面には、前述のように、機械的にきわめて脆弱で、回転する低い圧力の研磨具で容易に研削除去できるオキシン銅皮膜６ａが生成されており、このためこのオキシン銅皮膜６ａが研削除去されて平坦となる。しかも、回転する低い圧力の研磨具２２で銅膜６（オキシン銅皮膜６ａ）を研削除去するため、銅膜６の表面が欠損することを防止することができる。
なお、バリア層５が露出する前にあっては、前述の研磨装置１０ａの場合と同様にして、銅膜６の凸部のみが選択的に研削除去される。
第１研磨処理液と第２研磨処理液は、組成を変えてもよい。第２研磨工程では導電性の異なる銅膜とバリア膜を同時に同じレートで研磨する必要があるため、銅膜は不動態膜化するが、バリア膜は化学研磨要素を多くした研磨液が必要となる。
【００５５】
図８は、図４に示す研磨装置１０ａと図６に示す研磨装置１０ｂとを備えた配線形成装置の平面配置図を示す。この配線形成装置は、ハウジング５２の内部に位置して、ロード・アンロード部５４と、このロード・アンロード部５４の反対側から順に配置された銅めっき装置１５６、洗浄装置１５８、アニール装置１６０、図４に示す研磨装置（第１研磨装置）１０ａ、図６に示す研磨装置（第２研磨装置）１０ｂ及び洗浄乾燥装置１６２とを有し、更に搬送経路６６に沿って走行自在で、これらの間で基板の受渡しを行う搬送装置６８が備えられている。
【００５６】
次に、図９及び図１０を参照して配線形成処理について説明する。表面にシード層７を形成した基板Ｗ（図１８（ａ）参照）をロード・アンロード部５４から搬送装置６８で一枚ずつ取り出し、銅めっき装置１５６に搬入する。そして、このこの銅めっき装置１５６で、例えば電解銅めっき処理を行って、図１０（ａ）に示すように、基板Ｗの表面に銅膜６を形成する。
次に、この銅めっき処理後の基板Ｗを洗浄装置１５８に搬送して洗浄し、しかる後、アニール装置１６０に搬送する。そして、銅膜６を堆積させた基板Ｗに熱処理を施して銅膜６をアニールし、第１研磨装置１０ａに搬送する。
【００５７】
そして、この第１研磨装置１０ａで、基板Ｗの表面に（被めっき面）に第１研磨処理を施し、これによって、バリア層５の上面に堆積させた銅膜６を研磨し、バリア層５の銅膜６の膜厚が所定の値に達した時に第１研磨を終了する。このように、第１研磨装置１０ａで第１研磨を行うことで、研磨速度を速くすることができる。しかる後、この基板Ｗを第２研磨装置１０ｂに搬送して基板Ｗの表面に第２研磨処理を施す。この時、図１０（ｂ）に示すように、バリア層５が露出した時点で、絶縁層２上のバリア層５と銅膜６の表面とを同時に研磨し、これによって、図１０（ｃ）に示すように、絶縁層２の表面と銅膜６からなる配線の表面が同一平面となるようにする。すなわち、第２研磨装置１０ｂにあっては、従来の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）に合わせバイポーラ現象を利用し、銅の表面を局部的に正の極性とすることで、銅の表面にオキシン銅皮膜を生成することができ、このため、バリア層５が露出して銅膜６が島状に分離した状態になっても、研磨処理を継続することができる。
そして、この研磨処理後の基板を洗浄乾燥装置１６２に搬送し、ここで基板を洗浄し乾燥させた後、搬送装置６８でロード・アンロード部５４の元のカセットに戻す。
【００５８】
図１１及び図１２は、本発明の更に他の実施の形態の研磨装置１０ｃを示す。この研磨装置１０ｃは、図４に示す研磨装置（第１研磨装置）１０ａと図６に示す第２研磨装置（第２研磨装置）１０ｂとを同一モジュール７０内の仕切られた部屋の中に配置し、この部屋の内部に配置した旋回アーム７２によって、基板Ｗの第１研磨装置１０ａと第２研磨装置１０ｂとの間の受渡しを行うようにしたものである。すなわち、この研磨装置１０ｃは、図１２に示すように、着脱自在な電極リング７４を備え、旋回アーム７２の自由端に連結された基板保持部７６を有し、この電極リング７４を装着した基板保持部７６によって第１研磨装置１０ａの基板保持部１６ａを、電極リング７４を外した基板保持部７６によって第２研磨装置１０ｂの基板保持部１６ｂをそれぞれ構成するようになっている。そして、モジュール７０の内部に、電極リング７４を着脱する電極リング着脱ステージ７８が配置されている。
【００５９】
この例によれば、電極リング７４を装着した状態で、モジュール７０の外部で基板を基板保持部７６で吸着保持してモジュール７０の内部に搬入し、この電極リング７４を装着した基板保持部７６で第１研磨装置１０ａを構成して、前述と同様な第１研磨処理を行う。そして、この第１研磨処理終了後、基板Ｗを保持したまま、基板保持部７６を電極リング着脱ステージ７８に移動させ、ここで電極リング７４を外し、この電極リング７４を外した基板保持部７６で第２研磨装置１０ｂを構成して、前述と同様な第２研磨処理を行う。そして、この第２研磨処理終了後の基板を基板保持部７６で保持したまま、モジュール７０の外部に搬送する。
【００６０】
この研磨装置１０ｃにあっては、図１３に示すように、図８に示す第１研磨装置１０ａと第２研磨装置１０ｂの配置位置に研磨装置１０ｃを配置することで、連続した配線形成処理を行うことができる。
【００６１】
図１４乃至図１６は、本発明の更に他の実施の形態の研磨装置１０ｄを示す。この研磨装置１０ｄは、前述の第１研磨処理と第２研磨処理を同一の研磨槽内で行えるようにしたもので、前記図６に示す研磨装置１０ｂと異なる点は、図４に示す研磨装置１０ａに備えられている基板保持部１６ａと整流器（第１整流器）３０とを備え、この第１整流器３０の陽極から延びる配線２８ａを基板保持部１６ａの電気接点２６に結線し、陰極から延びる配線２８ｂを整流器（第２整流器）１４８の陰極から延びる配線４６ａに繋ぎ、更に、この整流器３０，１４８の切換えを行えるようにしたものである。
【００６２】
また、この例にあっては、研磨槽１４がスクロール運動を行うように構成されているとともに、研磨槽１４及び電極板４４の内部に上下に連通する研磨液流通路５１（図１５参照）が設けられ、この研磨液流通路５１から研磨液１２が研磨槽１４の内部に供給されるようになっている。
【００６３】
更に、電極板４４の上面に、例えば深さＨ_１が３ｍｍ程度の長溝４４ａが設けられ、この長溝４４ａの底面と陽極ロッド４２の上面が面一となり、また長溝４４ａで仕切られて矩形状に突出した各部の中央に陰極ロッド１４０が配置され、この陰極ロッド１４０の上部には、例えば深さＨ_２が１ｍｍの凹部４４ｂが設けられ、この凹部４４ｂと長溝４４ａとが十字状に延びる連通溝４４ｃを介して互いに連通するようになっている。
これにより、研磨液流通路５１から研磨槽１４内に供給された研磨液１２は、長溝４４ａに沿って流れ、更に連通溝４４ｃから凹部４４ｂの内部に達し、これによって、陰極ロッド１４０及び陽極ロッド４２の上面が研磨液１２に接触する。
【００６４】
この例によれば、第１整流器３０から電気接点２６と陰極ロッド１４０との間に電圧を印加して、前述の第１研磨処理を行い、整流器を切換えて、第２整流器１４８から陰極ロッド１４０と陽極ロッド４２との間に電圧を印加して、前述の第２研磨処理を行うことができる。
【００６５】
図１９乃至図２７は、図８に備えられている銅めっき装置１５６を構成する電気めっき装置を示す。この電気めっき装置は、図１９に示すように、略円筒状で内部にめっき液４５を収容するめっき処理槽４６と、このめっき処理槽４６の上方に配置されて基板Ｗを保持するヘッド部４７とから主に構成されている。なお、図６は、ヘッド部４７で基板Ｗを保持してめっき液４５の液面を上昇させためっき位置にある時の状態を示している。
【００６６】
前記めっき処理槽４６には、上方に開放し、アノード４８を底部に配置しためっき室４９を有し、このめっき室４９内にめっき液４５を保有するめっき槽５０が備えられている。前記めっき槽５０の内周壁には、めっき室４９の中心に向かって水平に突出するめっき液噴出ノズル５３が円周方向に沿って等間隔で配置され、このめっき液噴出ノズル５３は、めっき槽５０の内部を上下に延びるめっき液供給路に連通している。
【００６７】
更に、この例では、めっき室４９内のアノード４８の上方位置に、例えば３ｍｍ程度の多数の穴を設けたパンチプレート２２０が配置され、これによって、アノード４８の表面に形成されたブラックフィルムがめっき液４５によって巻き上げられ、流れ出すことを防止するようになっている。
【００６８】
また、めっき槽５０には、めっき室４９内のめっき液４５を該めっき室４９の底部周縁から引抜く第１めっき液排出口５７と、めっき槽５０の上端部に設けた堰部材５８をオーバフローしためっき液４５を排出する第２めっき液排出口５９と、この堰部材５８をオーバフローする前のめっき液４５を排出する第３めっき液排出口１２０が設けられ、更に、堰部材５８の下部には、図２５に示すように、所定間隔毎に所定幅の開口２２２が設けられている。
【００６９】
これによって、めっき処理時にあって、供給めっき量が大きい時には、めっき液を第３めっき液排出口１２０から外部に排出する共に、図２５（ａ）に示すように、堰部材５８をオーバフローさせ、更に開口２２２を通過させて第２めっき液排出口５９からも外部に排出する。また、めっき処理時にあって、供給めっき量が小さい時には、めっき液を第３めっき液排出口１２０から外部に排出すると共に、図２５（ｂ）に示すように、開口２２２を通過させて第２めっき液排出口５９からも外部に排出し、これによって、めっき量の大小に容易に対処できるようになっている。
【００７０】
更に、図２５（ｄ）に示すように、めっき液噴出ノズル５３の上方に位置して、めっき室４９と第２めっき液排出口５９とを連通する液面制御用の貫通孔２２４が円周方向に沿った所定のピッチで設けられ、これによって、非めっき時にめっき液を貫通孔２２４を通過させ第２めっき液排出口５９から外部に排出することで、めっき液の液面を制御するようになっている。なお、この貫通孔２２４は、めっき処理時にオリフィスの如き役割を果たして、ここから流れ出すめっき液の量が制限される。
【００７１】
図２０に示すように、第１めっき液排出口５７は、めっき液排出管６０ａを介してリザーバ２２６に接続され、このめっき液排出管６０ａの途中に流量調整器６１ａが介装されている。第２めっき液排出口５９と第３めっき液排出口１２０は、めっき槽５０の内部で合流した後、めっき液排出管６０ｂを介して直接リザーバ２２６に接続されている。
【００７２】
このリザーバ２２６に入っためっき液４５は、リザーバ２２６からポンプ２２８によりめっき液調整タンク４０に入る。このめっき液調整タンク４０には、温度コントローラ２３０や、サンプル液を取り出して分析するめっき液分析ユニット２３２が付設されており、単一のポンプ２３４の駆動に伴って、めっき液調整タンク４０からフィルタ２３６を通して、めっき液４５が銅めっき装置１５６のめっき液噴出ノズル５３に供給されるようになっている。このめっき液調整タンク４０から銅めっき装置１５６に延びるめっき液供給管５５の途中に、二次側の圧力を一定にする制御弁５６が備えられている。
【００７３】
図１９に戻って、めっき室４９の内部の周辺近傍に位置して、該めっき室４９内のめっき液４５の上下に分かれた上方の流れでめっき液面の中央部を上方に押上げ、下方の流れをスムーズにするとともに、電流密度の分布をより均一になるようにした鉛直整流リング６２と水平整流リング６３が該水平整流リング６３の外周端をめっき槽５０に固着して配置されている。
【００７４】
一方、ヘッド部４７には、回転自在な下方に開口した有底円筒状で周壁に開口９４を有するハウジング７０と、下端に押圧リング２４０を取付けた上下動自在な押圧ロッド２４２が備えられている。ハウジング７０の下端には、図１０及び図２３及び図２４に示すように、内方に突出するリング状の基板保持部７２が設けられ、この基板保持部７２に、内方に突出し、上面の先端が上方に尖塔状に突出するリング状のシール材２４４が取付けられている。更に、このシール材２４４の上方にカソード電極用接点７６が配置されている。また、基板保持部７２には、水平方向に外方に延び、更に外方に向けて上方に傾斜して延びる空気抜き穴７５が円周方向に沿って等間隔に設けられている。
【００７５】
これによって、図１９に示すように、めっき液４５の液面を下げた状態で、図２３及び図２４に示すように、基板Ｗを吸着ハンドＨ等で保持してハウジング７０の内部に入れて基板保持部７２のシール材２４４の上面に載置し、吸着ハンドＨをハウジング７０から引抜いた後、押圧リング２４０を下降させる。これにより、基板Ｗの周縁部をシール材２４４と押圧リング２４０の下面で挟持して基板Ｗを保持し、しかも基板Ｗを保持した時に基板Ｗの下面とシール材２４４が圧接して、ここを確実にシールし、同時に、基板Ｗとカソード電極用接点７６とが通電するようになっている。
【００７６】
図１９に戻って、ハウジング７０は、モータ２４６の出力軸２４８に連結されて、モータ２４６の駆動によって回転するように構成されている。また、押圧ロッド２４２は、モータ２４６を囲繞する支持体２５０に固着したガイド付きシリンダ２５２の作動によって上下動するスライダ２５４の下端にベアリング２５６を介して回転自在に支承したリング状の支持枠２５８の円周方向に沿った所定位置に垂設され、これによって、シリンダ２５２の作動によって上下動し、しかも基板Ｗを保持した時にハウジング７０と一体に回転するようになっている。
【００７７】
支持体２５０は、モータ２６０の駆動に伴って回転するボールねじ２６１と螺合して上下動するスライドベース２６２に取付けられ、更に上部ハウジング２６４で囲繞されて、モータ２６０の駆動に伴って、上部ハウジング２６４と共に上下動するようになっている。また、めっき槽５０の上面には、めっき処理時にハウジング７０の周囲を囲繞する下部ハウジング２５７が取付けられている。
【００７８】
これによって、図２２に示すように、支持体２５０と上部ハウジング２６４とを上昇させた状態で、メンテナンスを行うことができるようになっている。また、堰部材５８の内周面にはめっき液の結晶が付着し易いが、このように、支持体２５０と上部ハウジング２６４とを上昇させた状態で多量のめっき液を流して堰部材５８をオーバフローさせることで、堰部材５８の内周面へのめっき液の結晶の付着を防止することができる。また、めっき槽５０には、めっき処理時にオーバフローするめっき液の上方を覆うめっき液飛散防止カバー５０ｂが一体に設けられているが、このめっき液飛散防止カバー５０ｂの下面に、例えばＨＩＲＥＣ（ＮＴＴアドバンステクノロジ社製）等の超撥水材をコーティングすることで、ここにめっき液の結晶が付着することを防止することができる。
【００７９】
ハウジング７０の基板保持部７２の上方に位置して、基板Ｗの芯出しを行う基板芯出し機構２７０が、この例では円周方向に沿った４カ所に設けられている。図２６は、この基板芯出し機構２７０の詳細を示すもので、これは、ハウジング７０に固定した門形のブラケット２７２と、このブラケット２７２内に配置した位置決めブロック２７４とを有し、この位置決めブロック２７４は、その上部において、ブラケット２７２に水平方向に固定した枢軸２７６を介して揺動自在に支承され、更にハウジング７０と位置決めブロック２７４との間に圧縮コイルばね２７８が介装されている。これによって、位置決めブロック２７４は、圧縮コイルばね２７８を介して枢軸２７６を中心に下部が内方に突出するように付勢され、その上面２７４ａがストッパとしての役割を果たしブラケット２７２の上部下面２７２ａに当接することで、位置決めブロック２７４の動きが規制されるようになっている。更に、位置決めブロック２７４の内面は、上方に向けて外方に拡がるテーパ面２７４ｂとなっている。
【００８０】
これによって、例えば搬送ロボット等の吸着ハンドで基板を保持しハウジング７０内に搬送して基板保持部７２の上に載置した際、基板の中心が基板保持部７２の中心からずれていると圧縮コイルばね２７８の弾性力に抗して位置決めブロック２７４が外方に回動し、搬送ロボット等の吸着ハンドによる把持を解くと、圧縮コイルばね２７８の弾性力で位置決めブロック２７４が元の位置に復帰することで、基板の芯出しを行うことができるようになっている。
【００８１】
図２７は、カソード電極用接点７６のカソード電極板２０８に給電する給電接点（プローブ）７７を示すもので、この給電接点７７は、プランジャで構成されているとともに、カソード電極板２０８に達する円筒状の保護体２８０で包囲されて、めっき液から保護されている。
【００８２】
次に、この銅めっき装置（電気めっき装置）１５６によるめっき処理について説明する。
先ず、銅めっき装置１５６に基板を受渡す時には、図８に示す搬送ロボット６８の吸着ハンドと該ハンドで表面を下に向けて吸着保持した基板Ｗを、ハウジング７０の開口９４からこの内部に挿入し、吸着ハンドを下方に移動させた後、真空吸着を解除して、基板Ｗをハウジング７０の基板保持部７２上に載置し、しかる後、吸着ハンドを上昇させてハウジング７０から引抜く。次に、押圧リング２４０を下降させて、基板Ｗの周縁部を基板保持部７２と押圧リング２４０の下面で挟持して基板Ｗを保持する。
【００８３】
そして、めっき液噴出ノズル５３からめっき液４５を噴出させ、同時にハウジング７０とそれに保持された基板Ｗを中速で回転させ、めっき液４５が所定の量まで充たされ、更に数秒経過した時に、ハウジング７０の回転速度を低速回転（例えば、１００ｍｉｎ^−１）に低下させ、アノード４８を陽極、基板処理面を陰極としてめっき電流を流して電解めっきを行う。
【００８４】
通電を終了した後、図２５（ｄ）に示すように、めっき液噴出ノズル５３の上方に位置する液面制御用の貫通孔２２４のみからめっき液が外部に流出するようにめっき液の供給量を減少させ、これにより、ハウジング７０及びそれに保持された基板をめっき液面上に露出させる。このハウジング７０とそれに保持された基板Ｗが液面より上にある位置で、高速（例えば、５００〜８００ｍｉｎ^−１）で回転させてめっき液を遠心力により液切りする。液切りが終了した後、ハウジング７０が所定の方向に向くようにしてハウジング７０の回転を停止させる。
【００８５】
ハウジング７０が完全に停止した後、押圧リング２４０を上昇させる。次に、搬送ロボット２８ｂの吸着ハンドを吸着面を下に向けて、ハウジング７０の開口９４からこの内部に挿入し、吸着ハンドが基板を吸着できる位置にまで吸着ハンドを下降させる。そして、基板を吸着ハンドにより真空吸着し、吸着ハンドをハウジング７０の開口９４の上部の位置にまで移動させて、ハウジング７０の開口９４から吸着ハンドとそれに保持した基板を取り出す。
【００８６】
この銅めっき装置１５６によれば、ヘッド部４７の機構的な簡素化及びコンパクト化を図り、かつめっき処理槽４６内のめっき液の液面がめっき時液面にある時にめっき処置を、基板受渡し時液面にある時に基板の水切りと受渡しを行い、しかもアノード４８の表面に生成されたブラックフィルムの乾燥や酸化を防止することができる。
【００８７】
図２８乃至図３３は、銅めっき装置１５６を構成する他の電気めっき装置を示す。この銅めっき装置には、図２８に示すように、めっき処理及びその付帯処理を行う基板処理部２−１が設けられ、この基板処理部２−１に隣接して、めっき液を溜めるめっき液トレー２−２が配置されている。また、回転軸２−３を中心に揺動するアーム２−４の先端に保持され、基板処理部２−１とめっき液トレー２−２との間を揺動する電極部２−５を有する電極アーム部２−６が備えられている。
【００８８】
更に、基板処理部２−１の側方に位置して、プレコート・回収アーム２−７と、純水やイオン水等の薬液、更には気体等を基板に向けて噴射する固定ノズル２−８が配置されている。ここでは、３個の固定ノズル２−８が配置され、その内の１個を純水供給用に用いている。基板処理部２−１は、図２９及び図３０に示すように、めっき面を上にして基板Ｗを保持する基板保持部２−９と、この基板保持部２−９の上方で該基板保持部２−９の周縁部を囲むように配置されたカソード部２−１０が備えられている。更に基板保持部２−９の周囲を囲んで処理中に用いる各種薬液の飛散を防止する有底略円筒状のカップ２−１１が、エアシリンダ２−１２を介して上下動自在に配置されている。
【００８９】
ここで、基板保持部２−９は、エアシリンダ２−１２によって、下方の基板受け渡し位置Ａと、上方のめっき位置Ｂと、これらの中間の前処理・洗浄位置Ｃとの間を昇降するようになっている。また基板保持部２−９は、回転モータ２−１４及びベルト２−１５を介して任意の加速度及び速度で前記カソード部２−１０と一体に回転するように構成されている。この基板受け渡し位置Ａに対向して、電解銅めっき装置のフレーム側面の搬送ロボット（図示せず）側には、基板搬出入口（図示せず）が設けられ、基板保持部２−９がめっき位置Ｂまで上昇したときに、基板保持部２−９で保持された基板Ｗの周縁部に下記のカソード部２−１０のシール部材２−１６とカソード電極２−１７が当接するようになっている。一方、カップ２−１１は、その上端が前記基板搬出入口の下方に位置し、図３０の仮想線で示すように、上昇したときにカソード部２−１０の上方に達するようになっている。
【００９０】
基板保持部２−９がめっき位置Ｂまで上昇した時に、この基板保持部２−９で保持した基板Ｗの周縁部にカソード電極２−１７が押し付けられ基板Ｗに通電される。これと同時にシール部材２−１６の内周端部が基板Ｗの周縁上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板Ｗの上面に供給されるめっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止すると共に、めっき液がカソード電極２−１７を汚染するのを防止している。
【００９１】
電極アーム部２−６の電極部２−５は、図３１に示すように、揺動アーム２−４の自由端に、ハウジング２−１８と、このハウジング２−１８の周囲を囲む中空の支持枠２−１９と、ハウジング２−１８と支持枠２−１９で周縁部を挟持して固定したアノード２−２０とを有している。アノード２−２０は、ハウジング２−１８の開口部を覆っており、ハウジング２−１８の内部には、吸引室２−２１が形成されている。そして吸引室２−２１には、図３２及び図３３に示すように、めっき液を導入排出するめっき液導入管２−２８及びめっき液排出管（図示せず）が接続されている。さらにアノード２−２０には、その全面に亘って上下に連通する多数の通孔２−２０ｂが設けられている。
【００９２】
この実施の形態にあっては、アノード２−２０の下面に該アノード２−２０の全面を覆う保水性材料からなるめっき液含浸材２−２２を取付け、このめっき液含浸材２−２２にめっき液を含ませて、アノード２−２０の表面を湿潤させることで、ブラックフィルムの基板のめっき面への脱落を防止し、同時に基板のめっき面とアノード２−２０との間にめっき液を注入する際に、空気を外部に抜きやすくしている。このめっき液含浸材２−２２は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、テフロン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン及びこれらの誘導体の少なくとも１つの材料からなる織布、不織布またはスポンジ状の構造体、あるいはポーラスセラミックスからなる。
【００９３】
めっき液含浸材２−２２のアノード２−２０への取付けは、次のように行っている。即ち、下端に頭部を有する多数の固定ピン２−２５を、この頭部をめっき液含浸材２−２２の内部に上方に脱出不能に収納し軸部をアノード２−２０の内部を貫通させて配置し、この固定ピン２−２５をＵ字状の板ばね２−２６を介して上方に付勢させることで、アノード２−２０の下面にめっき液含浸材２−２２を板ばね２−２６の弾性力を介して密着させて取付けている。このように構成することにより、めっきの進行に伴って、アノード２−２０の肉厚が徐々に薄くなっても、アノード２−２０の下面にめっき液含浸材２−２２を確実に密着させることができる。したがって、アノード２−２０の下面とめっき液含浸材２−２２との間に空気が混入してめっき不良の原因となることが防止される。
【００９４】
なお、アノードの上面側から、例えば径が２ｍｍ程度の円柱状のＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製のピンをアノードを貫通させて配置し、アノード下面に現れた該ピンの先端面に接着剤を付けてめっき液含浸材と接着固定するようにしても良い。アノードとめっき液含浸材は、接触させて使用することもできるが、アノードとめっき液含浸材との間に隙間を設け、この隙間にめっき液を保持させた状態でめっき処理することもできる。この隙間は２０ｍｍ以下の範囲から選ばれるが、好ましくは０．１〜１０ｍｍ、より好ましくは１〜７ｍｍの範囲から選ばれる。特に、溶解性アノードを用いた場合には、下からアノードが溶解していくので、アノードとめっき液含浸材の間隙は時間を経るにつれて大きくなり、０〜２０ｍｍ程度の隙間ができる。
【００９５】
そして、前記電極部２−５は、基板保持部２−９がめっき位置Ｂ（図３０参照）にある時に、基板保持部２−９で保持された基板Ｗとめっき液含浸材２−２２との隙間が、０．１〜１０ｍｍ程度、好ましくは０．３〜３ｍｍ、より好ましくは０．５〜１ｍｍ程度となるまで下降し、この状態で、めっき液供給管からめっき液を供給して、めっき液含浸材２−２２にめっき液を含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード２−２０との間にめっき液を満たし、基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード２−２０との間にめっき電源から電圧を印加することで、基板Ｗの被めっき面にめっきが施される。
【００９６】
次に、この銅めっき装置（電気めっき装置）１５６によるめっき処理について説明する。
先ず、基板受け渡し位置Ａにある基板保持部２−９にめっき処理前の基板Ｗを搬送ロボット６８（図８参照）で搬入し、基板保持部２−９上に載置する。次にカップ２−１１を上昇させ、同時に基板保持部２−９を前処理・洗浄位置Ｃに上昇させる。この状態で退避位置にあったプレコート・回収アーム２−７を基板Ｗの対峙位置へ移動させ、その先端に設けたプレコートノズルから、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板Ｗの被めっき面に間欠的に吐出する。この時、基板保持部２−９は回転しているため、プレコート液は基板Ｗの全面に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム２−７を退避位置に戻し、基板保持部２−９の回転速度を増して、遠心力により基板Ｗの被めっき面のプレコート液を振り切って乾燥させる。
【００９７】
続いて、電極アーム部２−６を水平方向に旋回させ、電極部２−５がめっき液トレー２−２上方からめっきを施す位置の上方に位置させ、この位置で電極２−５をカソード部２−１０に向かって下降させる。電極部２−５の下降が完了した時点で、アノード２−２０とカソード部２−１０にめっき電圧を印加し、めっき液を電極部２−５の内部に供給して、アノード２−２０を貫通しためっき液供給口よりめっき液含浸材２−２２にめっき液を供給する。この時、めっき液含浸材２−２２は基板Ｗの被めっき面に接触せず、０．１〜１０ｍｍ程度、好ましくは０．３〜３ｍｍ、より好ましくは０．５〜１ｍｍ程度に接近した状態となっている。
【００９８】
めっき液の供給が続くと、めっき液含浸材２−２２から染み出したＣｕイオンを含んだめっき液が、めっき液含浸材２−２２と基板Ｗの被めっき面との間の隙間に満たされ、基板Ｗの被めっき面にＣｕめっきが施される。この時、基板保持部２−９を低速で回転させても良い。
【００９９】
めっき処理が完了すると、電極アーム部２−６を上昇させた後に旋回させて、電極部２−５をめっき液トレー２−２上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、プレコート・回収アーム２−７を退避位置から基板Ｗに対峙する位置へ移動させて下降させ、めっき液回収ノズル（図示せず）から基板Ｗ上のめっき液の残部を回収する。このめっき液の残部の回収が終了した後、プレコート・回収アーム２−７を待避位置に戻し、基板Ｗの中央部に純水を吐出し、同時に基板保持部２−９をスピードを増して回転させ基板Ｗの表面のめっき液を純水に置換する。
【０１００】
上記リンス終了後、基板保持部２−９をめっき位置Ｂから前処理・洗浄位置Ｃへ下降させ、純水用の固定ノズル２−８から純水を供給しつつ基板保持部２−９及びカソード部２−１０を回転させて水洗を実施する。この時、カソード部２−１０に直接供給した純水、又は基板Ｗの面から飛散した純水によってシール部材２−１６、カソード電極２−１７も基板Ｗと同時に洗浄することができる。
【０１０１】
水洗完了後に、固定ノズル２−８からの純水の供給を停止し、更に基板保持部２−９及びカソード部２−１０の回転スピードを増して、遠心力により基板Ｗの表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シール部材２−１６及びカソード電極２−１７も乾燥される。上記乾燥が終了すると基板保持部２−９及びカソード部２−１０の回転を停止させ、基板保持部２−９を基板受渡し位置Ａまで下降させる。
【０１０２】
図３４は、前述のめっき装置を備えた基板処理装置の平面配置図を示す。図示するように、この基板処理装置は、半導体基板を収容した基板カセットの受け渡しを行う搬入・搬出エリア５２０と、プロセス処理を行うプロセスエリア５３０と、プロセス処理後の半導体基板の洗浄及び乾燥を行う洗浄・乾燥エリア５４０を具備する。洗浄・乾燥エリア５４０は、搬入・搬出エリア５２０とプロセスエリア５３０の間に配置されている。搬入・搬出エリア５２０と洗浄・乾燥エリア５４０には隔壁５２１を設け、洗浄・乾燥エリア５４０とプロセスエリア５３０の間には隔壁５２３を設けている。
【０１０３】
隔壁５２１には、搬入・搬出エリア５２０と洗浄・乾燥エリア５４０との間で半導体基板を受け渡すための通路（図示せず）を設け、該通路を開閉するためのシャッター５２２を設けている。また、隔壁５２３にも洗浄・乾燥エリア５４０とプロセスエリア５３０との間で半導体基板を受け渡すための通路（図示せず）を設け、該通路を開閉するためのシャッター５２４を設けている。洗浄・乾燥エリア５４０とプロセスエリア５３０は独自に給排気できるようになっている。
【０１０４】
上記構成の半導体基板配線用の基板処理装置はクリーンルーム内に設置され、各エリアの圧力は、
（搬入・搬出エリア５２０の圧力）＞（洗浄・乾燥エリア５４０の圧力）＞（プロセスエリア５３０の圧力）
に設定され、且つ搬入・搬出エリア５２０の圧力は、クリーンルーム内圧力より低く設定される。これにより、プロセスエリア５３０から洗浄・乾燥エリア５４０に空気が流出しないようにし、洗浄・乾燥エリア５４０から搬入・搬出エリア５２０に空気が流出しないようにし、さらに搬入・搬出エリア５２０からクリーンルーム内に空気が流出しないようにしている。
【０１０５】
搬入・搬出エリア５２０には、半導体基板を収容した基板カセットを収納するロードユニット５２０ａとアンロードユニット５２０ｂが配置されている。洗浄・乾燥エリア５４０には、めっき処理後の処理を行う各２基の水洗部５４１、乾燥部５４２が配置されると共に、半導体基板の搬送を行う搬送部（搬送ロボット）５４３が備えられている。ここに水洗部５４１としては、例えば前端にスポンジがついたペンシル型のものやスポンジ付きローラ形式のものが用いられる。乾燥部５４２としては、例えば半導体基板を高速でスピンさせて脱水、乾燥させる形式のものが用いられる。
プロセスエリア５３０内には、半導体基板のめっきの前処理を行う前処理槽５３１と、銅めっき処理を行うめっき槽（めっき装置）５３２が配置されると共に、半導体基板の搬送を行う搬送部（搬送ロボット）５３３が備えられている。
【０１０６】
図３５は、基板処理装置内の気流の流れを示す。洗浄・乾燥エリア５４０においては、配管５４６より新鮮な外部空気が取込まれ、高性能フィルタ５４４を通してファンにより押込まれ、天井５４０ａよりダウンフローのクリーンエアとして水洗部５４１、乾燥部５４２の周囲に供給される。供給されたクリーンエアの大部分は、床５４０ｂより循環配管５４５により天井５４０ａ側に戻され、再び高性能フィルタ５４４を通してファンにより押込まれて、洗浄・乾燥エリア５４０内に循環する。一部の気流は、水洗部５４１及び乾燥部５４２内からダクト５５２を通って排気される。
【０１０７】
プロセスエリア５３０は、ウエットゾーンといいながらも、半導体基板表面にパーティクルが付着することは許されない。このためプロセスエリア５３０内に天井５３０ａより、ファンにより押込まれて高性能フィルタ５３３を通してダウンフローのクリーンエアを流すことにより、半導体基板にパーティクルが付着することを防止している。
しかしながら、ダウンフローを形成するクリーンエアの全流量を外部からの給排気に依存すると、膨大な給排気量が必要となる。このため、室内を負圧に保つ程度の排気のみをダクト５５３よりの外部排気とし、ダウンフローの大部分の気流を、配管５３４，５３５を通した循環気流でまかなうようにしている。
【０１０８】
循環気流とした場合に、プロセスエリア５３０を通過したクリーンエアは、薬液ミストや気体を含むため、これをスクラバ５３６及びミトセパレータ５３７，５３８を通して除去する。これにより天井５３０ａ側の循環ダクト５３４に戻ったエアは、薬液ミストや気体を含まないものとなり、再びファンにより押込まれて高性能フィルタ５３３を通ってプロセスエリア５３０内にクリーンエアとして循環する。
床部５３０ｂよりプロセスエリア５３０内を通ったエアの一部は、ダクト５５３を通って外部に排出され、薬液ミストや気体を含むエアがダクト５５３を通って外部に排出される。天井５３０ａのダクト５３９からは、これらの排気量に見合った新鮮な空気がプロセスエリア５３０内に負圧に保った程度に供給される。
【０１０９】
上記のように搬入・搬出エリア５２０、洗浄・乾燥エリア５４０及びプロセスエリア５３０のそれぞれの圧力は、
（搬入・搬出エリア５２０の圧力）＞（洗浄・乾燥エリア５４０の圧力）＞（プロセスエリア５３０の圧力）
に設定されている。従って、シャッター５２２，５２４（図３４参照）を開放すると、これらのエリア間の空気の流れは、図３５に示すように、搬入・搬出エリア５２０、洗浄・乾燥エリア５４０及びプロセスエリア５３０の順に流れる。また、排気はダクト５５２及び５５３を通して、図３７に示すように、集合排気ダクト５５４に集められる。
【０１１０】
図３６は、基板処理装置がクリーンルーム内に配置された一例を示す外観図である。搬入・搬出エリア５２０のカセット受渡し口５５５と操作パネル５５６のある側面が仕切壁５５７で仕切られたクリーンルームのクリーン度の高いワーキングゾーン５５８に露出しており、その他の側面は、クリーン度の低いユーティリティゾーン５５９に収納されている。
【０１１１】
上記のように、洗浄・乾燥エリア５４０を搬入・搬出エリア５２０とプロセスエリア５３０の間に配置し、搬入・搬出エリア５２０と洗浄・乾燥エリア５４０の間及び洗浄・乾燥エリア５４０とプロセスエリア５３０の間にはそれぞれ隔壁５２１を設けたので、ワーキングゾーン５５８から乾燥した状態でカセット受渡し口５５５を通して半導体基板配線用の基板処理装置内に搬入される半導体基板は、基板処理装置内でめっき処理され、洗浄・乾燥した状態でワーキングゾーン５５８に搬出されるので、半導体基板面にはパーティクルやミストが付着することなく、且つクリーンルーム内のクリーン度の高いワーキングゾーン５５８をパーティクルや薬液や洗浄液ミストで汚染することはない。
【０１１２】
なお、図３４及び図３５では、基板処理装置が搬入・搬出エリア５２０、洗浄・乾燥エリア５４０、プロセスエリア５３０を具備する例を示したが、プロセスエリア５３０内又はプロセスエリア５３０に隣接してＣＭＰ装置を配置するエリアを設け、該プロセスエリア５３０又はＣＭＰ装置を配置するエリアと搬入・搬出エリア５２０の間に洗浄・乾燥エリア５４０を配置するように構成しても良い。要は半導体基板配線用の基板処理装置に半導体基板が乾燥状態で搬入され、めっき処理の終了した半導体基板が洗浄され、乾燥した状態で排出される構成であればよい。
【０１１３】
上記例では、基板処理装置を半導体基板配線用のめっき装置を例に説明したが、基板は半導体基板に限定されるものではなく、まためっき処理する部分も基板面上に形成された配線部に限定されるものではない。また、上記例では銅めっきを例に説明したが、銅めっきに限定されるものではない。
【０１１４】
図３８は、半導体基板配線用の他の基板処理装置の平面構成を示す図である。図示するように、半導体基板配線用の基板処理装置は、半導体基板を搬入する搬入部６０１、銅めっきを行う銅めっき槽６０２、水洗浄を行う水洗槽６０３，６０４、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行うＣＭＰ部６０５、水洗槽６０６，６０７、乾燥槽６０８及び配線層形成が終了した半導体基板を搬出する搬出部６０９を具備し、これら各槽に半導体基板を移送する図示しない基板移送手段が１つの装置として配置され、半導体基板配線用の基板処理装置を構成している。
【０１１５】
上記配置構成の基板処理装置において、基板移送手段により、搬入部６０１に載置された基板カセット６０１−１から、配線層が形成されていない半導体基板を取り出し、銅めっき槽６０２に移送する。該銅めっき槽６０２において、配線溝や配線孔（コンタクトホール）からなる配線部を含む半導体基板Ｗの表面上に銅めっき層を形成する。
【０１１６】
前記銅めっき槽６０２で銅めっき層の形成が終了した半導体基板Ｗを、基板移送手段で水洗槽６０３及び水洗槽６０４に移送し、水洗を行う。続いて該水洗浄の終了した半導体基板Ｗを基板移送手段でＣＭＰ部６０５に移送し、該ＣＭＰ部６０５で、銅めっき層から配線溝や配線孔に形成した銅めっき層を残して半導体基板Ｗの表面上の銅めっき層を除去する。
【０１１７】
続いて上記のように銅めっき層から配線溝や配線孔からなる配線部に形成した銅めっき層を残して半導体基板Ｗの表面上の不要の銅めっき層の除去が終了した半導体基板Ｗを、基板移送手段で水洗槽６０６及び水洗槽６０７に送り、水洗浄し、更に水洗浄の終了した半導体基板Ｗは乾燥槽６０８で乾燥させ、乾燥の終了した半導体基板Ｗを配線層の形成の終了した半導体基板として、搬出部６０９の基板カセット６０９−１に格納する。
【０１１８】
図３９は、半導体基板配線用の他の基板処理装置の平面構成を示す図である。図３９に示す基板処理装置が図３８に示す装置と異なる点は、銅めっき槽６０２、水洗槽６１０、前処理槽６１１、銅めっき膜の表面に保護膜を形成する蓋めっき槽６１２、ＣＭＰ部６１５、水洗槽６１３、６１４を追加し、これらを含め１つの装置として構成した点である。
【０１１９】
上記配置構成の基板処理装置において、配線溝や配線孔（コンタクトホール）からなる配線部を含む半導体基板Ｗの表面上に銅めっき層を形成する。続いて、ＣＭＰ部６０５で銅めっき層から配線溝や配線孔に形成した銅めっき層を残して半導体基板Ｗの表面上の銅めっき層を除去する。
【０１２０】
続いて、上記のように銅めっき層から配線溝や配線孔からなる配線部に形成した銅めっき層を残して半導体基板Ｗの表面上の銅めっき層を除去した半導体基板Ｗを水洗槽６１０に移送し、ここで水洗浄する。続いて、前処理槽６１１で、後述する蓋めっきを行うための前処理を行う。該前処理の終了した半導体基板Ｗを蓋めっき槽６１２に移送し、蓋めっき槽６１２で配線部に形成した銅めっき層の上に保護膜を形成する。この保護膜としては、例えばＮｉ−Ｂ無電解めっき槽を用いる。保護膜を形成した後、半導体基板Ｗを水洗槽６０６，６０７で水洗浄し、更に乾燥槽６０８で乾燥させる。
そして、銅めっき層上に形成した保護膜の上部をＣＭＰ部６１５で研磨し、平坦化して、水洗槽６１３，６１４で水洗浄した後、乾燥槽６０８で乾燥させ、半導体基板Ｗを搬出部６０９の基板カセット６０９−１に格納する。
【０１２１】
図４０は半導体基板配線用の他の基板処理装置の平面構造を示す図である。図示するように、この基板処理装置は、ロボット６１６を中央に配置し、その周囲のロボットアーム６１６−１が到達する範囲に銅めっきを行う銅めっき槽６０２、水洗槽６０３、水洗槽６０４、ＣＭＰ部６０５、蓋めっき槽６１２、乾燥槽６０８及びロード・アンロード部６１７を配置して１つの装置として構成したものである。なお、ロード・アンロード部６１７に隣接して半導体基板の搬入部６０１及び搬出部６０９が配置されている。
【０１２２】
上記構成の半導体基板配線用の基板処理装置において、半導体基板の搬入部６０１から配線めっきの済んでいない半導体基板がロード・アンロード部６１７に移送され、該半導体基板をロボットアーム６１６−１が受け取り、銅めっき槽６０２に移送し、該めっき槽で配線溝や配線孔からなる配線部を含む半導体基板の表面上に銅めっき層を形成する。該銅めっき層の形成された半導体基板をロボットアーム６１６−１によりＣＭＰ部６０５に移送し、該ＣＭＰ部６０５で銅めっき層から配線溝や配線孔からなる配線部に形成した銅めっき層を残して半導体基板Ｗの表面上の余分な銅めっき層を除去する。
【０１２３】
表面の余分な銅めっき層が除去された半導体基板はロボットアーム６１６−１により、水洗槽６０４に移送され、水洗処理された後、前処理槽６１１に移送され、該前処理槽６１１で蓋めっき用の前処理が行われる。該前処理の終了した半導体基板はロボットアーム６１６−１により、蓋めっき槽６１２に移送され、該蓋めっき槽６１２で、配線溝や配線孔からなる配線部に形成され銅めっき層の上に保護膜を形成する。保護膜が形成された半導体基板はロボットアーム６１６−１により、水洗槽６０４に移送されここで水洗処理された後、乾燥槽６０８に移送され、乾燥した後、ロード・アンロード部６１７に移送される。該配線めっきの終了した半導体基板は搬出部６０９に移送される。
【０１２４】
図４１は、他の半導体基板処理装置の平面構成を示す図である。この半導体基板処理装置は、ロード・アンロード部７０１、銅めっきユニット７０２、第１ロボット７０３、第３洗浄機７０４、反転機７０５、反転機７０６、第２洗浄機７０７、第２ロボット７０８、第１洗浄機７０９、第１ポリッシング装置７１０及び第２ポリッシング装置７１１を配置した構成である。第１ロボット７０３の近傍には、めっき前後の膜厚を測定するめっき前後膜厚測定機７１２、研磨後で乾燥状態の半導体基板Ｗの膜厚を測定する乾燥状態膜厚測定機７１３が配置されている。
【０１２５】
第１ポリッシング装置（研磨ユニット）７１０は、研磨テーブル７１０−１、トップリング７１０−２、トップリングヘッド７１０−３、膜厚測定機７１０−４、プッシャー７１０−５を具備している。第２ポリッシング装置（研磨ユニット）７１１は、研磨テーブル７１１−１、トップリング７１１−２、トップリングヘッド７１１−３、膜厚測定機７１１−４、プッシャー７１１−５を具備している。
【０１２６】
コンタクトホールと配線用の溝が形成され、その上にシード層が形成された半導体基板Ｗを収容したカセット７０１−１をロード・アンロード部７０１のロードポートに載置する。第１ロボット７０３は、半導体基板Ｗをカセット７０１−１から取り出し、銅めっきユニット７０２に搬入し、銅めっき膜を形成する。その時、めっき前後膜厚測定機７１２でシード層の膜厚を測定する。銅めっき膜の成膜は、まず半導体基板Ｗの表面の親水処理を行い、その後銅めっきを行って形成する。銅めっき膜の形成後、銅めっきユニット７０２でリンス若しくは洗浄を行う。時間に余裕があれば、乾燥してもよい。
【０１２７】
第１ロボット７０３で銅めっきユニット７０２から半導体基板Ｗを取り出したとき、めっき前後膜厚測定機７１２で銅めっき膜の膜厚を測定する。その測定結果は、記録装置（図示せず）に半導体基板の記録データとして記録され、なお且つ、銅めっきユニット７０２の異常の判定にも使用される。膜厚測定後、第１ロボット７０３が反転機７０５に半導体基板Ｗを渡し、該反転機７０５で反転させる（銅めっき膜が形成された面が下になる）。第１ポリッシング装置７１０、第２ポリッシング装置７１１による研磨には、シリーズモードとパラレルモードがある。以下、シリーズモードの研磨について説明する。
【０１２８】
シリーズモード研磨は、１次研磨をポリッシング装置７１０で行い、２次研磨をポリッシング装置７１１で行う研磨である。第２ロボット７０８で反転機７０５上の半導体基板Ｗを取り上げ、ポリッシング装置７１０のプッシャー７１０−５上に半導体基板Ｗを載せる。トップリング７１０−２はプッシャー７１０−５上の該半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル７１０−１の研磨面に半導体基板Ｗの銅めっき膜形成面を当接押圧し、１次研磨を行う。該１次研磨では基本的に銅めっき膜が研磨される。研磨テーブル７１０−１の研磨面は、ＩＣ１０００のような発泡ポリウレタン、又は砥粒を固定若しくは含浸させたもので構成されている。該研磨面と半導体基板Ｗの相対運動で銅めっき膜が研磨される。
【０１２９】
銅めっき膜の研磨終了後、トップリング７１０−２で半導体基板Ｗをプッシャー７１０−５上に戻す。第２ロボット７０８は、該半導体基板Ｗを取り上げ、第１洗浄機７０９に入れる。この時、プッシャー７１０−５上にある半導体基板Ｗの表面及び裏面に薬液を噴射しパーティクルを除去したり、つきにくくしたりすることもある。
【０１３０】
第１洗浄機７０９において洗浄終了後、第２ロボット７０８で半導体基板Ｗを取り上げ、第２ポリッシング装置７１１のプッシャー７１１−５上に半導体基板Ｗを載せる。トップリング７１１−２でプッシャー７１１−５上の半導体基板Ｗを吸着し、該半導体基板Ｗのバリア層を形成した面を研磨テーブル７１１−１の研磨面に当接押圧して２次研磨を行う。この２次研磨ではバリア層が研磨される。但し、上記１次研磨で残った銅膜や酸化膜も研磨されるケースもある。
【０１３１】
研磨テーブル７１１−１の研磨面は、ＩＣ１０００のような発泡ポリウレタン、又は砥粒を固定若しくは含浸させたもので構成され、該研磨面と半導体基板Ｗの相対運動で研磨される。このとき、砥粒若しくはスラリーには、シリカ、アルミナ、セリア等が用いられる。薬液は、研磨したい膜種により調整される。
【０１３２】
２次研磨の終点の検知は、光学式の膜厚測定機を用いてバリア層の膜厚を測定し、膜厚が０になったこと又はＳｉＯ_２ からなる絶縁膜の表面検知で行う。また、研磨テーブル７１１−１の近傍に設けた膜厚測定機７１１−４として画像処理機能付きの膜厚測定機を用い、酸化膜の測定を行い、半導体基板Ｗの加工記録として残したり、２次研磨の終了した半導体基板Ｗを次の工程に移送できるか否かの判定を行う。また、２次研磨終点に達していない場合は、再研磨を行ったり、なんらかの異常で規定値を超えて研磨された場合は、不良品を増やさないように次の研磨を行わないよう半導体基板処理装置を停止させる。
【０１３３】
２次研磨終了後、トップリング７１１−２で半導体基板Ｗをプッシャー７１１−５まで移動させる。プッシャー７１１−５上の半導体基板Ｗは第２ロボット７０８で取り上げる。この時、プッシャー７１１−５上で薬液を半導体基板Ｗの表面及び裏面に噴射してパーティクルを除去したり、つきにくくすることがある。
【０１３４】
第２ロボット７０８は、半導体基板Ｗを第２洗浄機７０７に搬入し、洗浄を行う。第２洗浄機７０７の構成も第１洗浄機７０９と同じ構成である。半導体基板Ｗの表面は、主にパーティクル除去のために、純水に界面活性剤、キレート剤、またｐＨ調整剤を加えた洗浄液を用いて、ＰＶＡスポンジロールによりスクラブ洗浄される。半導体基板Ｗの裏面には、ノズルからＤＨＦ等の強い薬液を噴出し、拡散している銅をエッチングしたり、又は拡散の問題がなければ、表面と同じ薬液を用いてＰＶＡスポンジロールによるスクラブ洗浄をする。
【０１３５】
上記洗浄の終了後、半導体基板Ｗを第２ロボット７０８で取り上げ、反転機７０６に移し、該反転機７０６で反転させる。該反転させた半導体基板Ｗを第１ロボット７０３で取り上げ第３洗浄機７０４に入れる。第３洗浄機７０４では、半導体基板Ｗの表面に超音波振動により励起されたメガソニック水を噴射して洗浄する。そのとき純水に界面活性剤、キレート剤、またｐＨ調整剤を加えた洗浄液を用いて公知のペンシル型スポンジで半導体基板Ｗの表面を洗浄してもよい。その後、スピン乾燥により、半導体基板Ｗを乾燥させる。
上記のように研磨テーブル７１１−１の近傍に設けた膜厚測定機７１１−４で膜厚を測定した場合は、そのままロード・アンロード部７０１のアンロードポートに載置するカセットに収容する。
【０１３６】
図４２は、他の半導体基板処理装置の平面構成を示す図である。この半導体基板処理装置の図４１に示す半導体基板処理装置と異なる点は、図４１に示す銅めっきユニット７０２の代わりに蓋めっきユニット７５０を設けた点である。
銅膜を形成した半導体基板Ｗを収容したカセット７０１−１は、ロード・アンロード部７０１に載置される。半導体基板Ｗは、カセット７０１−１から取り出され、第１ポリッシング装置７１０または第２ポリッシング装置７１１に搬送されて、ここで銅膜の表面が研磨される。この研磨終了後、半導体基板Ｗは、第１洗浄機７０９に搬送されて洗浄される。
【０１３７】
第１洗浄機７０９で洗浄された半導体基板Ｗは、蓋めっきユニット７５０に搬送され、ここで銅めっき膜の表面に保護膜が形成され、これによって、銅めっき膜が大気中で酸化することが防止される。蓋めっきを施した半導体基板Ｗは、第２ロボット７０８によって蓋めっきユニット７５０から第２洗浄機７０７に搬送され、ここで純水または脱イオン水で洗浄される。この洗浄後の半導体基板Ｗは、ロード・アンロード部７０１に載置されたカセット７０１−１に戻される。
【０１３８】
図４３は、更に他の半導体基板処理装置の平面構成を示す図である。この半導体基板処理装置の図４２に示す半導体基板処理装置と異なる点は、図４２に示す第１洗浄機７０９の代わりにアニールユニット７５１を設けた点である。
前述のようにして、第１ポリッシング装置７１０または第２ポリッシング装置７１１で研磨され、第２洗浄機７０７で洗浄された半導体基板Ｗは、蓋めっきユニット７５０に搬送され、ここで銅めっき膜の表面に蓋めっきが施される。この蓋めっきが施された半導体基板Ｗは、第１ロボット７０３によって、蓋めっきユニット７５０から第３洗浄機７０４に搬送され、ここで洗浄される。
【０１３９】
第１洗浄機７０９で洗浄された半導体基板Ｗは、アニールユニット７５１に搬送され、ここでアニールされる。これによって、銅めっき膜が合金化されて銅めっき膜のエレクトロンマイグレーション耐性が向上する。アニールが施された半導体基板Ｗは、アニールユニット７５１から第２洗浄機７０７に搬送され、ここで純水または脱イオン水で洗浄される。この洗浄後の半導体基板Ｗは、ロード・アンロード部７０１に載置されたカセット７０１−１に戻される。
【０１４０】
図４４は、基板処理装置の他の平面配置構成を示す図である。図４４において、図４１と同一符号を付した部分は、同一又は相当部分を示す。この基板研磨装置は、第１ポリッシング装置７１０と第２ポリッシング装置７１１に接近してプッシャーインデクサー７２５を配置し、第３洗浄機７０４と銅めっきユニット７０２の近傍にそれぞれ基板載置台７２１、７２２を配置し、第１洗浄機７０９と第３洗浄機７０４の近傍にロボット７２３を配置し、第２洗浄機７０７と銅めっきユニット７０２の近傍にロボット７２４を配置し、更にロード・アンロード部７０１と第１ロボット７０３の近傍に乾燥状態膜厚測定機７１３を配置している。
【０１４１】
上記構成の基板処理装置において、第１ロボット７０３は、ロード・アンロード部７０１のロードポートに載置されているカセット７０１−１から半導体基板Ｗを取り出し、乾燥状態膜厚測定機７１３でバリア層及びシード層の膜厚を測定した後、該半導体基板Ｗを基板載置台７２１に載せる。なお、乾燥状態膜厚測定機７１３が、第１ロボット７０３のハンドに設けられている場合は、そこで膜厚を測定し、基板載置台７２１に載せる。第２ロボット７２３で基板載置台７２１上の半導体基板Ｗを銅めっきユニット７０２に移送し、銅めっき膜を成膜する。銅めっき膜の成膜後、めっき前後膜厚測定機７１２で銅めっき膜の膜厚を測定する。その後、第２ロボット７２３は、半導体基板Ｗをプッシャーインデクサー７２５に移送し搭載する。
【０１４２】
〔シリーズモード〕
シリーズモードでは、トップリングヘッド７１０−２がプッシャーインデクサー７２５上の半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル７１０−１に移送し、研磨テーブル７１０−１上の研磨面に該半導体基板Ｗを押圧して研磨を行う。研磨の終点検知は上記と同様な方法で行い、研磨終了後の半導体基板Ｗはトップリングヘッド７１０−２でプッシャーインデクサー７２５に移送され搭載される。第２ロボット７２３で半導体基板Ｗを取り出し、第１洗浄機７０９に搬入し洗浄し、続いてプッシャーインデクサー７２５に移送し搭載する。
【０１４３】
トップリングヘッド７１１−２がプッシャーインデクサー７２５上の半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル７１１−１に移送し、その研磨面に該半導体基板Ｗを押圧して研磨を行う。研磨の終点検知は上記と同様な方法で行い、研磨終了後の半導体基板Ｗは、トップリングヘッド７１１−２でプッシャーインデクサー７２５に移送され搭載される。第３ロボット７２４は、半導体基板Ｗを取り上げ、膜厚測定機７２６で膜厚を測定した後、第２洗浄機７０７に搬入し洗浄する。続いて第３洗浄機７０４に搬入し、ここで洗浄した後にスピンドライで乾燥を行い、その後、第３ロボット７２４で半導体基板Ｗを取り上げ、基板載置台７２２上に載せる。
【０１４４】
〔パラレルモード〕
パラレルモードでは、トップリングヘッド７１０−２又は７１１−２がプッシャーインデクサー７２５上の半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル７１０−１又は７１１−１に移送し、研磨テーブル７１０−１又は７１１−１上の研磨面に該半導体基板Ｗを押圧してそれぞれ研磨を行う。膜厚を測定した後、第３ロボット７２４で半導体基板Ｗを取り上げ、基板載置台７２２上に載せる。
第１ロボット７０３は、基板載置台７２２上の半導体基板Ｗを乾燥状態膜厚測定機７１３に移送し、膜厚を測定した後、ロード・アンロード部７０１のカセット７０１−１に戻す。
【０１４５】
図４５は、基板処理装置の他の平面配置構成を示す図である。この基板処理装置では、シード層が形成されていない半導体基板Ｗに、シード層及び銅めっき膜を形成し、研磨して回路配線を形成する基板処理装置である。
この基板研磨装置は、第１ポリッシング装置７１０と第２ポリッシング装置７１１に接近してプッシャーインデクサー７２５を配置し、第２洗浄機７０７とシード層成膜ユニット７２７の近傍にそれぞれ基板載置台７２１、７２２を配置し、シード層成膜ユニット７２７と銅めっきユニット７０２に接近してロボット７２３を配置し、第１洗浄機７０９と第２洗浄機７０７の近傍にロボット７２４を配置し、更にロード・アンロード部７０１と第１ロボット７０３の近傍に乾燥膜厚測定機７１３を配置している。
【０１４６】
第１ロボット７０３でロード・アンロード部７０１のロードポートに載置されているカセット７０１−１から、バリア層が形成されている半導体基板Ｗを取り出して基板載置台７２１に載せる。次に第２ロボット７２３は、半導体基板Ｗをシード層成膜ユニット７２７に搬送し、シード層を成膜する。このシード層の成膜は無電解めっきで行う。第２ロボット７２３は、シード層の形成された半導体基板をめっき前後膜厚測定機７１２でシード層の膜厚を測定する。膜厚測定後、銅めっきユニット７０２に搬入し、銅めっき膜を形成する。
【０１４７】
銅めっき膜を形成後、その膜厚を測定し、プッシャーインデクサー７２５に移送する。トップリング７１０−２又は７１１−２は、プッシャーインデクサー７２５上の半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル７１０−１又は７１１−１に移送し研磨する。研磨後、トップリング７１０−２又は７１１−２は、半導体基板Ｗを膜厚測定機７１０−４又は７１１−４に移送し、膜厚を測定し、プッシャーインデクサー７２５に移送して載せる。
【０１４８】
次に、第３ロボット７２４は、プッシャーインデクサー７２５から半導体基板Ｗを取り上げ、第１洗浄機７０９に搬入する。第３ロボット７２４は、第１洗浄機７０９から洗浄された半導体基板Ｗを取り上げ、第２洗浄機７０７に搬入し、洗浄し乾燥した半導体基板を基板載置台７２２上に載置する。次に、第１ロボット７０３は、半導体基板Ｗを取り上げ乾燥状態膜厚測定機７１３で膜厚を測定し、ロード・アンロード部７０１のアンロードポートに載置されているカセット７０１−１に収納する。
【０１４９】
図４５に示す基板処理装置においても、回路パターンのコンタクトホール又は溝が形成された半導体基板Ｗ上にバリア層、シード層及び銅めっき膜を形成して、研磨して回路配線を形成することができる。
バリア層形成前の半導体基板Ｗを収容したカセット７０１−１を、ロード・アンロード部７０１のロードポートに載置する。そして、第１ロボット７０３でロード・アンロード部７０１のロードポートに載置されているカセット７０１−１から、半導体基板Ｗを取り出して基板載置台７２１に載せる。次に、第２ロボット７２３は、半導体基板Ｗをシード層成膜ユニット７２７に搬送し、バリア層とシード層を成膜する。このバリア層とシード層の成膜は、無電解めっきで行う。第２ロボット７２３は、めっき前後膜厚測定機７１２で半導体基板Ｗに形成されたバリア層とシード層の膜厚を測定する。膜厚測定後、銅めっきユニット７０２に搬入し、銅めっき膜を形成する。
【０１５０】
図４６は、基板処理装置の他の平面配置構成を示す図である。この基板処理装置は、バリア層成膜ユニット８１１、シード層成膜ユニット８１２、めっきユニット８１３、アニールユニット８１４、第１洗浄ユニット８１５、ベベル・裏面洗浄ユニット８１６、蓋めっきユニット８１７、第２洗浄ユニット８１８、第１アライナ兼膜厚測定器８４１、第２アライナ兼膜厚測定器８４２、第１基板反転機８４３、第２基板反転機８４４、基板仮置き台８４５、第３膜厚測定器８４６、ロード・アンロード部８２０、第１ポリッシング装置８２１、第２ポリッシング装置８２２、第１ロボット８３１、第２ロボット８３２、第３ロボット８３３、第４ロボット８３４を配置した構成である。なお、膜厚測定器８４１，８４２，８４６はユニットになっており、他のユニット（めっき、洗浄、アニール等のユニット）の間口寸法と同一サイズにしているため、入れ替え自在である。
この例では、バリア層成膜ユニット８１１は、無電解Ｒｕめっき装置、シード層成膜ユニット８１２は、無電解銅めっき装置、めっきユニット８１３は、電解めっき装置を用いることができる。
【０１５１】
図４７は、この基板処理装置内での各工程の流れを示すフローチャートである。このフローチャートにしたがって、この装置内での各工程について説明する。先ず、第１ロボット８３１によりロード・アンロードユニット８２０に載置されたカセット８２０ａから取り出された半導体基板は、第１アライナ兼膜厚測定ユニット８４１内に被めっき面を上にして配置される。ここで、膜厚計測を行うポジションの基準点を定めるために、膜厚計測用のノッチアライメントを行った後、銅膜形成前の半導体基板の膜厚データを得る。
【０１５２】
次に、半導体基板は、第１ロボット８３１により、バリア層成膜ユニット８１１へ搬送される。このバリア層成膜ユニット８１１は、無電解Ｒｕめっきにより半導体基板上にバリア層を形成する装置で、半導体装置の層間絶縁膜（例えば、ＳｉＯ_２）への銅拡散防止膜としてＲｕを成膜する。洗浄、乾燥工程を経て払い出された半導体基板は、第１ロボット８３１により第１アライナ兼膜厚測定ユニット８４１に搬送され、半導体基板の膜厚、即ちバリア層の膜厚を測定される。
【０１５３】
膜厚測定された半導体基板は、第２ロボット８３２でシード層成膜ユニット８１２へ搬入され、前記バリア層上に無電解銅めっきによりシード層が成膜される。洗浄、乾燥工程を経て払い出された半導体基板は、第２ロボット８３２により含浸めっきユニットであるめっきユニット８１３に搬送される前に、ノッチ位置を定めるために第２アライナ兼膜厚測定器８４２に搬送され、銅めっき用のノッチのアライメントを行う。ここで、必要に応じて銅膜形成前の半導体基板の膜厚を再計測してもよい。
【０１５４】
ノッチアライメントが完了した半導体基板は、第３ロボット８３３によりめっきユニット８１３へ搬送され、銅めっきが施される。洗浄、乾燥工程を経て払い出された半導体基板は、第３ロボット８３３により半導体基板端部の不要な銅膜（シード層）を除去するためにベベル・裏面洗浄ユニット８１６へ搬送される。ベベル・裏面洗浄ユニット８１６では、予め設定された時間でベベルのエッチングを行うとともに、半導体基板裏面に付着した銅をフッ酸等の薬液により洗浄する。この時、ベベル・裏面洗浄ユニット８１６へ搬送する前に、第２アライナ兼膜厚測定器８４２にて半導体基板の膜厚測定を実施して、めっきにより形成された銅膜厚の値を得ておき、その結果により、ベベルのエッチング時間を任意に変えてエッチングを行っても良い。なお、ベベルエッチングによりエッチングされる領域は、基板の周縁部であって回路が形成されない領域、または回路が形成されていても最終的にチップとして利用されない領域である。この領域にはベベル部分が含まれる。
【０１５５】
ベベル・裏面洗浄ユニット８１６で洗浄、乾燥工程を経て払い出された半導体基板は、第３ロボット８３３で基板反転機８４３に搬送され、該基板反転機８４３にて反転され、被めっき面を下方に向けた後、第４ロボット８３４により配線部を安定化させるためにアニールユニット８１４へ投入される。アニール処理前及び／又は処理後、第２アライナ兼膜厚測定ユニット８４２に搬入し、半導体基板に形成された、銅膜の膜厚を計測する。この後、半導体基板は、第４ロボット８３４により第１ポリッシング装置８２１に搬入され、半導体基板の銅層、シード層の研磨を行う。
【０１５６】
この際、砥粒等は所望のものが用いられるが、ディッシングを防ぎ、表面の平面度を出すために、固定砥粒を用いることもできる。第１ポリッシング終了後、半導体基板は、第４ロボット８３４により第１洗浄ユニット８１５に搬送され、洗浄される。この洗浄は、半導体基板直径とほぼ同じ長さを有するロールを半導体基板の表面と裏面に配置し、半導体基板及びロールを回転させつつ、純水又は脱イオン水を流しながら洗浄するスクラブ洗浄である。
【０１５７】
第１の洗浄終了後、半導体基板は、第４ロボット８３４により第２ポリッシング装置８２２に搬入され、半導体基板上のバリア層が研磨される。この際、砥粒等は所望のものが用いられるが、ディッシングを防ぎ、表面の平面度を出すために、固定砥粒を用いることもできる。第２ポリッシング終了後、半導体基板は、第４ロボット８３４により、再度第１洗浄ユニット８１５に搬送され、スクラブ洗浄される。洗浄終了後、半導体基板は、第４ロボット８３４により第２基板反転機８４４に搬送され反転されて、被めっき面を上方に向けられ、更に第３ロボット８３３により基板仮置き台８４５に置かれる。
【０１５８】
半導体基板は、第２ロボット８３２により基板仮置き台８４５から蓋めっきユニット８１７に搬送され、銅の大気による酸化防止を目的に銅面上にニッケル・ボロンめっきを行う。蓋めっきが施された半導体基板は、第２ロボット８３２により蓋めっきユニット８１７から第３膜厚測定器８４６に搬入され、銅膜厚が測定される。その後、半導体基板は、第１ロボット８３１により第２洗浄ユニット８１８に搬入され、純水又は脱イオン水により洗浄される。洗浄が終了した半導体基板は、台１ロボット８３１によりロード・アンロード部８２０に載置されたカセット８２０ａ内に戻される。
アライナ兼膜厚測定器８４１及びアライナ兼膜厚測定器８４２は、基板ノッチ部分の位置決め及び膜厚の測定を行う。
【０１５９】
ベベル・裏面洗浄ユニット８１６は、エッジ（ベベル）銅エッチングと裏面洗浄が同時に行え、また基板表面の回路形成部の銅の自然酸化膜の成長を抑えることが可能である。図４８に、ベベル・裏面洗浄ユニット８１６の概略図を示す。図４８に示すように、ベベル・裏面洗浄ユニット８１６は、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保持部９２２と、この基板保持部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。
【０１６０】
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内の銅膜を除去することができる。
【０１６１】
次に、この洗浄装置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保持部９２２で水平に保持した状態で、半導体基板Ｗを基板保持部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。
【０１６２】
これにより、半導体基板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膜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。
【０１６３】
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。これにより半導体基板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。
【０１６４】
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。このようにして半導体基板表面の周縁部のエッジカット幅Ｃ内の銅膜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。
【０１６５】
めっき後のＣＭＰ工程前に、アニール処理を行うことが、この後のＣＭＰ処理や配線の電気特性に対して良い効果を示す。アニール無しでＣＭＰ処理後に幅の広い配線（数μｍ単位）の表面を観察するとマイクロボイドのような欠陥が多数見られ、配線全体の電気抵抗を増加させたが、アニールを行うことでこの電気抵抗の増加は改善された。アニール無しの場合に、細い配線にはボイドが見られなかったことより、粒成長の度合いが関わっていることが考えられる。つまり、細い配線では粒成長が起こりにくいが、幅の広い配線では粒成長に伴い、アニール処理に伴うグレン成長の過程で、めっき膜中のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）でも見えないほどの超微細ポアが集結しつつ上へ移動することで配線上部にマイクロボイド用の凹みが生じたという推測ができる。アニールユニットのアニール条件としては、ガスの雰囲気は水素を添加（２％以下）、温度は３００〜４００℃程度で１〜５分間で上記の効果が得られた。
【０１６６】
図５１及び図５２は、アニールユニット８１４を示すものである。このアニールユニット８１４は、半導体基板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、半導体基板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半導体基板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、上端に半導体基板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、アニール時に半導体基板Ｗとホットプレート１００８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、半導体基板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。
【０１６７】
ガス導入管１０１０は、内部にフィルタ１０１４ａを有するＮ_２ガス導入路１０１６内を流れるＮ_２ガスと、内部にフィルタ１０１４ｂを有するＨ_２ガス導入路１０１８内を流れるＨ_２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。
【０１６８】
これにより、ゲート１０００を通じてチャンバ１００２の内部に搬入した半導体基板Ｗを昇降ピン１００８で保持し、昇降ピン１００８を該昇降ピン１００８で保持した半導体基板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を介して半導体基板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半導体基板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、酸化を防止しつつ半導体基板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。
【０１６９】
アニール終了後、昇降ピン１００８を該昇降ピン１００８で保持した半導体基板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、半導体基板Ｗの温度が１００℃以下となるまで、例えば１０〜６０秒程度、半導体基板を冷却し、この冷却終了後の半導体基板を次工程に搬送する。
なお、この例では、酸化防止用のガスとして、Ｎ_２ガスと数％のＨ_２ガスを混合した混合ガスを流すようにしているが、Ｎ_２ガスのみを流すようにしてもよい。
【０１７０】
図４９は、無電解めっき装置の概略構成図である。図４９に示すように、この無電解めっき装置は、被めっき部材である半導体基板Ｗをその上面に保持する保持手段９１１と、保持手段９１１に保持された半導体基板Ｗの被めっき面（上面）の周縁部に当接して該周縁部をシールする堰部材９３１と、堰部材９３１でその周縁部をシールされた半導体基板Ｗの被めっき面にめっき液を供給するシャワーヘッド９４１を備えている。無電解めっき装置は、さらに保持手段９１１の上部外周近傍に設置されて半導体基板Ｗの被めっき面に洗浄液を供給する洗浄液供給手段９５１と、排出された洗浄液等（めっき廃液）を回収する回収容器９６１と、半導体基板Ｗ上に保持しためっき液を吸引して回収するめっき液回収ノズル９６５と、前記保持手段９１１を回転駆動するモータＭとを備えている。以下、各部材について説明する。
【０１７１】
保持手段９１１は、その上面に半導体基板Ｗを載置して保持する基板載置部９１３を設けている。この基板載置部９１３は、半導体基板Ｗを載置して固定するように構成されており、具体的には半導体基板Ｗをその裏面側に真空吸着する図示しない真空吸着機構を設置している。一方、基板載置部９１３の裏面側には、面状であって半導体基板Ｗの被めっき面を下面側から暖めて保温する裏面ヒータ９１５が設置されている。この裏面ヒータ９１５は、例えばラバーヒータによって構成されている。この保持手段９１１は、モータＭによって回転駆動されると共に、図示しない昇降手段によって上下動できるように構成されている。
堰部材９３１は、筒状であってその下部に半導体基板Ｗの外周縁をシールするシール部９３３を設け、図示の位置から上下動しないように設置されている。
【０１７２】
シャワーヘッド９４１は、先端に多数のノズルを設けることで、供給されためっき液をシャワー状に分散して半導体基板Ｗの被めっき面に略均一に供給する構造のものである。また洗浄液供給手段９５１は、ノズル９５３から洗浄液を噴出する構造である。
めっき液回収ノズル９６５は、上下動且つ旋回できるように構成されていて、その先端が半導体基板Ｗの上面周縁部の堰部材９３１の内側に下降して半導体基板Ｗ上のめっき液を吸引するように構成されている。
【０１７３】
次に、この無電解めっき装置の動作を説明する。まず図示の状態よりも保持手段９１１を下降して堰部材９３１との間に所定寸法の隙間を設け、基板載置部９１３に半導体基板Ｗを載置・固定する。半導体基板Ｗとしては例えばφ８インチ基板を用いる。
次に、保持手段９１１を上昇して図示のようにその上面を堰部材９３１の下面に当接させ、同時に半導体基板Ｗの外周を堰部材９３１のシール部９３３によってシールする。このとき半導体基板Ｗの表面は開放された状態となっている。
【０１７４】
次に、裏面ヒータ９１５によって半導体基板Ｗ自体を直接加熱して、例えば半導体基板Ｗの温度を７０℃にし（めっき終了まで維持する）、次に、シャワーヘッド９４１から、例えば５０℃に加熱されためっき液を噴出して半導体基板Ｗの表面の略全体にめっき液を降り注ぐ。半導体基板Ｗの表面は、堰部材９３１によって囲まれているので、注入しためっき液は全て半導体基板Ｗの表面に保持される。供給するめっき液の量は、半導体基板Ｗの表面に１ｍｍ厚（約３０ｍｌ）となる程度の少量で良い。なお被めっき面上に保持するめっき液の深さは１０ｍｍ以下であれば良く、この例のように１ｍｍでも良い。この例のように供給するめっき液が少量で済めばこれを加熱する加熱装置も小型のもので良くなる。そしてこの例においては、半導体基板Ｗの温度を７０℃に、めっき液の温度を５０℃に加熱しているので、半導体基板Ｗの被めっき面は例えば６０℃になり、この例におけるめっき反応に最適な温度にできる。このように半導体基板Ｗ自体を加熱するように構成すれば、加熱するのに大きな消費電力の必要なめっき液の温度をそれほど高く昇温しなくても良いので、消費電力の低減化やめっき液の材質変化の防止が図れ、好適である。なお半導体基板Ｗ自体の加熱のための消費電力は小さくて良く、また半導体基板Ｗ上に溜めるめっき液の量は少ないので、裏面ヒータ９１５による半導体基板Ｗの保温は容易に行え、裏面ヒータ９１５の容量は小さくて良く装置のコンパクト化を図ることができる。また半導体基板Ｗ自体を直接冷却する手段を用いれば、めっき中に加熱・冷却を切替えてめっき条件を変化させることも可能である。半導体基板上に保持されているめっき液は少量なので、感度良く温度制御が行える。
【０１７５】
そして、モータＭによって半導体基板Ｗを瞬時回転させて被めっき面の均一な液濡れを行い、その後半導体基板Ｗを静止した状態で被めっき面のめっきを行う。具体的には、半導体基板Ｗを１ｓｅｃだけ１００ｒｐｍ以下で回転して半導体基板Ｗの被めっき面上をめっき液で均一に濡らし、その後静止させて１ｍｉｎ間無電解めっきを行わせる。なお瞬時回転時間は長くても１０ｓｅｃ以下とする。
【０１７６】
上記めっき処理が完了した後、めっき液回収ノズル９６５の先端を半導体基板Ｗの表面周縁部の堰部材９３１の内側近傍に下降し、めっき液を吸い込む。このとき半導体基板Ｗを例えば１００ｒｐｍ以下の回転速度で回転させれば、半導体基板Ｗ上に残っためっき液を遠心力で半導体基板Ｗの周縁部の堰部材９３１の部分に集めることができ、効率良く、且つ高い回収率でめっき液の回収ができる。そして保持手段９１１を下降させて半導体基板Ｗを堰部材９３１から離し、半導体基板Ｗの回転を開始して洗浄液供給手段９５１のノズル９５３から洗浄液（超純水）を半導体基板Ｗの被めっき面に噴射して被めっき面を冷却すると同時に希釈化・洗浄することで無電解めっき反応を停止させる。このときノズル９５３から噴射される洗浄液を堰部材９３１にも当てることで堰部材９３１の洗浄を同時に行っても良い。このときのめっき廃液は、回収容器９６１に回収され、廃棄される。
【０１７７】
なお、一度使用しためっき液は再利用せず、使い捨てとする。前述のようにこの装置において使用されるめっき液の量は従来に比べて非常に少なくできるので、再利用しなくても廃棄するめっき液の量は少ない。なお場合によってはめっき液回収ノズル９６５を設置しないで、使用後のめっき液も洗浄液と共にめっき廃液として回収容器９６１に回収しても良い。
そしてモータＭによって半導体基板Ｗを高速回転してスピン乾燥した後、保持手段９１１から取り出す。
【０１７８】
図５０は、他の無電解めっき装置の概略構成図である。図５０において、前記の例と相違する点は、保持手段９１１内に裏面ヒータ９１５を設ける代わりに、保持手段９１１の上方にランプヒータ（加熱手段）９１７を設置し、このランプヒータ９１７とシャワーヘッド９４１−２とを一体化した点である。即ち、例えば複数の半径の異なるリング状のランプヒータ９１７を同心円状に設置し、ランプヒータ９１７の間の隙間からシャワーヘッド９４１−２の多数のノズル９４３−２をリング状に開口させている。なおランプヒータ９１７としては、渦巻状の一本のランプヒータで構成しても良いし、さらにそれ以外の各種構造・配置のランプヒータで構成しても良い。
【０１７９】
このように構成しても、めっき液は、各ノズル９４３−２から半導体基板Ｗの被めっき面上にシャワー状に略均等に供給でき、またランプヒータ９１７によって半導体基板Ｗの加熱・保温も直接均一に行える。ランプヒータ９１７の場合、半導体基板Ｗとめっき液の他に、その周囲の空気をも加熱するので半導体基板Ｗの保温効果もある。
【０１８０】
なおランプヒータ９１７によって半導体基板Ｗを直接加熱するには、比較的大きい消費電力のランプヒータ９１７が必要になるので、その代わりに比較的小さい消費電力のランプヒータ９１７と前記図４９に示す裏面ヒータ９１５とを併用して、半導体基板Ｗは主として裏面ヒータ９１５によって加熱し、めっき液と周囲の空気の保温は主としてランプヒータ９１７によって行うようにしても良い。また前述の実施例と同様に、半導体基板Ｗを直接、または間接的に冷却する手段を設けて、温度制御を行っても良い。
【０１８１】
（実施例１）
図１７に示すように、不純物拡散領域（図示せず）が形成されているシリコン基板１上に、ＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法により、深さＤ_１が約１０００ｎｍのＳｉＯ_２からなる絶縁層２を形成し、次いで、公知のフォトエッチング技術により、この絶縁層２の内部に、深さが約７００ｎｍの配線用溝４を形成した。続いて配線用溝４を含む絶縁層２の表面上に、厚さが１５ｎｍのＴａＮ／Ｔａ膜からなるバリア層５をスパッタリング蒸着法により堆積し、次いで、この上にシード層７を形成した。しかる後、電気銅めっき法により、配線用溝４を含む基板上に、厚さＴ_１が約９００ｎｍの銅膜６を堆積した試料を用意した。この時、基板表面上の銅膜６は、細い配線用溝４が集合している局部で厚さが約９００ｎｍと最も厚く、広い開口面の溝上部で厚さが約４００ｎｍと最低で、それらの差Ｄは、約５００ｎｍであった。
【０１８２】
この試料を、前記図４に示す研磨装置１０ａの基板保持部１６ａで銅めっき面を下向きにして保持し、試料および研磨具２２をそれぞれ９０ｒｐｍ の回転速度で逆方向に回転させつつ、研磨面に３００ｇ／ｃｍ^２の研磨圧力を加え、下記の研磨液中で試料の銅膜６を陽極とした電解研磨を併用しながら第１研磨を行った。
【０１８３】
研磨液として、純水に、蓚酸アンモニウム１.０％、（８５％）りん酸０.５％溶解させ、アンモニア水を加えてｐＨを７.５に調整し、更に、平均粒径が４０ｎｍのコロイダルシリカ３.５％、８−ヒドロキシキノリン０.１％、フェナセチン０.０３％溶解させたものを使用し、この研磨液中に基板の研磨面が浸漬するように研磨液を供給しながら研磨を行った。なお研磨液の温度は、稼働時の研磨面が２５℃±１℃となるように調節した。
【０１８４】
ここで、試料の銅膜６と陰極板２０との間に通電する電流として、基板上の銅の表面積当たりの電流密度が２Ａ／ｄｍ^２となる電流を１０×１０^−３秒間通電し、同じく１０×１０^−３秒間停止するパルス電流を使用した。
６０秒間研磨を続けた結果、基板上に堆積した余剰の銅膜６は、９００ｎｍから約３００ｎｍまで研磨され、最大段差は５００ｎｍから１００ｎｍ以下まで平坦化された。
【０１８５】
次いで、この試料を図６に示す研磨装置１０ｂに移して、第２研磨を行った。この時、研磨装置１０ｂの操作条件、並びに研磨液は前述と同様にして、通電のみを変更した。すなわち、研磨装置１０ｂを稼働させ、銅表面の研磨が始まった後、陰極ロッド４０と陽極ロッド４２との間に、５０Ｖの電圧を直ちに印加した。
この第２研磨を６０秒間続けたところ、ＴａＮ膜からなるバリア層５を含めて余剰な銅膜は全て除去されて、ＳｉＯ_２絶縁層２と配線用溝内の銅膜６の表面とが平坦な基板が得られた。
【０１８６】
（実施例２）
実施例１と同じ方法により製作した試料を、図４に示す研磨装置１０ａの基板保持部１６ａで銅めっき面を下向きにして保持し、試料Ｗと研磨具２２を互いに逆方向に約９０ｒｐｍの回転速度で回転させつつ、研磨面に２５０ｇ／ｃｍ^２の研磨圧力を加え、下記の研磨液中で試料の銅膜６を陽極とした電解研磨を併用した第１研磨を行った。
【０１８７】
研磨液は、純水中に、蓚酸アンモニウム１.０％、（８５％）りん酸２.０％溶解させ、アンモニア水を加えてｐＨを８.５に調整し、更に、平均粒径が４０ｎｍのコロイダルシリカ３.５％、８−ヒドロキシキノリン０.１５％、非イオン界面活性剤３０ｍｇ／Ｌ溶解させたものを使用し、試料の研磨面がこの研磨液中に浸漬するように研磨液を連続的に供給した。
【０１８８】
試料の銅膜６と陰極板２０との間に通電する電流として、試料上の銅の表面積当たりの電流密度が３Ａ／ｄｍ^２となる電流を１０×１０^−３秒間通電し、同じく１０×１０^−３秒間停止するパルス電流を使用して、４５秒間通電させた。
これらの諸条件で複合電解研磨を行ったところ、基板上に堆積した余剰の銅膜６は、９００ｎｍから３００ｎｍとなり、段差は５００ｎｍから１００ｎｍ以下に減少し、平坦化が進んだ。
【０１８９】
次いで、この試料を、電解を併用することなく、８−ヒドロキシキノリンを含む研磨液を使用して、公知の方法により第２研磨を行った。すなわち、研磨面を下向きに保持した基板を、対向するターンテーブルに装着した硬質および軟質二重構造パッド（例えば、ロデールニッタ社製 ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００）との間で３５０ｇ／ｃｍ^２の研磨圧力を加えながら、互いに逆方向に７０ｒｐｍの速度で回転させながら、下記の研磨液を連続的に供給して研磨を行った。
【０１９０】
研磨液として、蓚酸アンモニウム１.０％、過酸化水素１０％、平均粒径が４０ｎｍのコロイダルシリカ５.０％、非イオン界面活性剤３０ｍｇ／Ｌ、５−メチルベンゾトリアゾール０.０５％、８−ヒドロキシキノリン０.１％の組成のものを使用した。銅膜６の表面には、８−ヒドロキシキノリンと銅との反応により生成されるオキシン銅の脆弱性皮膜で覆われ、凸部が選択的に除去されるため、研磨の進行と共に平坦化が更に進められた。
【０１９１】
そして、基板上に堆積した余剰の銅膜６が研磨され、ＴａＮ／Ｔａ膜からなるバリア層５の露出すると、銅表面は、保護膜を生成するインヒビター（５−メチルベンゾトリアゾール）により保護され、有機酸、過酸化水素の作用により、バリア層５のエッチバックがスムーズに行われた。この結果、研磨完了時には、ＳｉＯ_２絶縁層２と配線用溝内の銅膜６の表面とがほぼ平面となり、図１７に仮想線で示すように、ディッシングの深さＡ、エロージョンの深さＢともに２０〜５０ｎｍの範囲内に抑えることができた。
【０１９２】
（実施例３）
実施例１と同じ方法により、シリコン基板上に膜厚Ｔ_１が約１２００ｎｍの銅膜６を堆積させた試料を用意し、これを２工程に分けて研磨した。銅膜６の最大段差Ｄは、６００ｎｍであった。
【０１９３】
先ず、実施例２と同様に、試料を図４に示す研磨装置１０ａの基板保持部１６ａに銅めっき面を下向きに保持し、試料と研磨具２２とを互いに反対方向に約９０ｒｐｍの回転速度で回転させつつ、研磨面に２５０ｇ／ｃｍ^２の研磨圧力を加えて、下記の研磨液中に試料の銅膜６を陽極とした電解研磨を併用した第１研磨を行った。
研磨液として、純水中に（８５％）りん酸を５.０％溶解させ、アンモニア水を加えてｐＨを６.５に調整し、更に、平均粒径が３０ｎｍのγアルミナ２.０％、同じく４０ｎｍのコロイダルシリカ２.０％、８−ヒドロキシキノリン０.１５％、 非イオン界面活性剤５０ｍｇ／Ｌ、 プロピレン尿素を０.１％溶解させたものを使用した。
【０１９４】
ここで、試料の銅膜６と陰極板２０との間に通電する電流として、基板上の銅の表面積当たりの電流密度が４Ａ／ｄｍ^２となる電流を１０×１０^−３秒間通電し、同じく１０×１０^−３秒間停止するパルス電流を使用して、５５間の複合電解研磨を行った。
この結果、基板上に堆積した余剰の銅膜６は、１２００ｎｍから３００ｎｍまで研磨され、凸部の研磨速度は１１００ｎｍ／分に達した。また最大段差は６００ｎｍから１００ｎｍ以下に減少し、大幅な平坦化効果が得られた。
【０１９５】
次いで、この試料を別個のＣＭＰ装置へ移し、電解研磨を併用せずに、８−ヒドロキシキノリンを含む研磨液を使用して更に平坦化研磨を行った。すなわち、研磨面を下向きにしてホルダに保持した試料を、対向するターンテーブルの表面に装着した硬質／軟質構造の研磨パッドに３５０ｇ／ｃｍ^２の圧力で押圧しつつ、互いに逆方向に７０ｒｐｍの回転速度で回転しながら研磨を行った。この時、下記の研磨液を連続的に研磨面に供給した。
【０１９６】
研磨液として、蓚酸アンモニウム１.０％、リン酸アンモニウム０.５％、γアルミナ２.０％、平均粒径が４０ｎｍのコロイダルシリカ３.０％、８−ヒドロキシキノリン０.１％、非イオン界面活性剤３０ｍｇ／Ｌ、５−メチルベンゾトリアゾール０.０５％の組成のものを使用した。銅の表面にはオキシン銅の脆弱性皮膜が生成され、凸部が選択的に研削除去されるため、研磨の進行と同時に平坦化が更に進められた。
【０１９７】
基板上に堆積した余剰な銅膜６が研磨されて、ＴａＮ／Ｔａ膜からなるバリア層５が露出すると、銅表面はオキシン銅およびインヒビターにより保護され、バリア層５のエッチバックがスムーズに行われ、研磨完了時にはＳｉＯ_２絶縁層２と配線用溝内の銅表面とがほぼ平面となり、ディッシングやエロージョンの発生が抑えられた製品が得られた。
【０１９８】
（実施例４）
実施例１と同じ方法により、シリコン基板上に膜厚Ｔ_１が約１２００ｎｍの銅膜６を堆積させた試料を用意し、これを２工程に分けて研磨した。銅膜６の最大段差Ｄは、６００ｎｍであった。この試料の複合電解研磨を前段および後段の２工程に分けて実施した。すなわち、前段の工程では銅面を陽極とし電解研磨を併用して機械的研磨を加えた複合電解研磨を行い、後段では基板に対向して配置された陰極および陽極間に高い電圧を印加して、陰極に接近する局部的な表面をバイポーラ現象により擬似陽極とすることにより、銅の溶解性を高めながら複合的に電解研磨を行った。
【０１９９】
前段の研磨工程では、試料を、図４に示す研磨装置１０ａの基板保持部１６ａに銅めっき面を下向きにして保持し、試料と研磨具２２を互いに反対方向に９０ｒｐｍの回転速度で回転させつつ、研磨面に２５０ｇ／ｃｍ^２の研磨圧力を加え、下記の研磨液中で試料の銅膜６を陽極とした電解研磨を併用しながら第１研磨を行った。
【０２００】
研磨液は、純水に（８５％）りん酸を５.０％溶解させ、アンモニア水を加えてｐＨを５.５に調整し、プロピレングリコールモノメチルエーテル１０％、平均粒径が４０ｎｍのコロイダルシリカ５.０％、８−ヒドロキシキノリン０.１５％、プロピレン尿素０.１％溶解させたものを使用した。
【０２０１】
ここで、試料の銅膜６と陰極板２０との間に通電する電流として、基板上の銅の表面積当たりの電流密度が３Ａ／ｄｍ^２となる電流を１０×１０^−３秒間通電し、同じく１０×１０^−３秒間停止するパルス電流を使用した。
６０秒間研磨を続けた結果、基板上に堆積した余剰の銅膜６は、１２００ｎｍから約３００ｎｍまで研磨され、最大段差は６００ｎｍから１００ｎｍ以下となり、高い平坦化効果が得られた。
【０２０２】
次いで、図６に示す研磨装置１０ｂを使用して、実施例１と全く同一の条件で試料の後段の研磨を実施した。すなわち、研磨液として、純水に、蓚酸アンモニウム１.０％、（８５％）りん酸０.５％溶解させ、アンモニア水を加えてｐＨを７.５に調整し、更に、平均粒径が４０ｎｍのコロイダルシリカ３.５％、８−ヒドロキシキノリン０.１％、フェナセチン０.０３％溶解させたものを使用した。
【０２０３】
研磨装置１０ｂを運転し、銅表面の研磨が開始されると直ちに３０〜７０ボルトの電圧を陰極ロッド４０と陽極ロッド４２との間に印加して通電を行った。この時、銅表面の凸部はオキシン銅の生成除去が選択的に行われ、研磨の進行と同時に平坦化も行われた。
４０秒間の電圧印加の後、通電を停止し、更に研磨を継続した。ＴａＮ／Ｔａ膜からなるバリア層５の除去された研磨完了時では、ＳｉＯ_２絶縁層２と配線用溝内の銅表面がほぼ平坦となり良好な研磨面が得られた。
【０２０４】
（実施例５）
実施例１と同じ方法により、シリコン基板上に膜厚Ｔ_１が約１５００ｎｍの銅膜６を堆積させた試料を用意し、これを２工程に分けて研磨した。銅膜６の最大段差Ｄは、７００ｎｍであった。
前段の研磨工程では、試料を、図４に示す研磨装置１０ａの基板保持部１６ａで銅めっき面を下向きにして保持し、試料と研磨具２２とを互いに反対方向に９０ｒｐｍの回転速度で回転させつつ、研磨面に２００ｇ／ｃｍ^２の研磨圧力を加えながら、下記の研磨液を連続的に供給して研磨面を液中に浸漬させ、且つ被研磨面を陽極として下記のパルス直流電流を通電しながら複合電解研磨を行った。
【０２０５】
研磨液として、純水に、（８５％）りん酸１０％、プロピレングリコールモノメチルエーテル２０％溶解させ、アンモニア水を加えてｐＨを３.５に調整し、更に、８−ヒドロキシキノリン０.１５％、プロピレン尿素０.２％溶解させたものを使用した。
ここで、試料の銅膜６と陰極板２０との間に通電する電流として、基板上の銅の表面積当たりの電流密度が６Ａ／ｄｍ^２となる電流を１０×１０^−３秒間通電し、同じく１０×１０^−３秒間停止するパルス電流を使用した。
【０２０６】
６５秒間複合電解研磨を行った結果、銅膜６は１５００ｎｍから３００ｎｍとなり、凸部の研磨速度は１２００ｎｍ／分に達した。また最大段差は７００ｎｍから１００ｎｍ以下となり、高い平坦化効果が得られた。
研磨装置１０ａから流出した研磨液を回収し、直列に連結配置された１００ミクロン、５ミクロン、１ミクロンのポリプロピレン製カートリッジフィルターによりろ過し、各成分の濃度調整を行った後、再度研磨装置１０ａへ供給し、研磨に使用したところ、処理工程および基板の研磨結果に支障は見られなかった。
【０２０７】
次いで、後段の研磨は実施例２と全く同一の条件で実施した。すなわち、電解を併用せず、８−ヒドロキシキノリンを含む下記の組成の研磨液を使用し、公知のＣＭＰ法に従い、研磨面を下向きに保持し、対向する下方のターンテーブルに装着された硬質および軟質二重構造の研磨パッドとの間で３５０ｇ／ｃｍ^２の圧力を加え、互いに逆方向に７０ｒｐｍの速度で回転させながら平坦化研磨を実施した。
【０２０８】
研磨液として、蓚酸アンモニウム１.０％、過酸化水素１０％、平均粒径４０ｎｍのコロイダルシリカ５.０％、非イオン界面活性剤３０ｍｇ／Ｌ、５−メチルベンゾトリアゾール０.０５％、８−ヒドロキシキノリン０.１％の組成のものを使用し、研磨液供給ユニット３２から研磨面へ連続的に供給した。
後段の研磨工程では、銅皮膜の表面にオキシン銅の脆弱皮膜が生成され、凸部が選択的に除去・生成を繰り返すため、銅皮膜の研磨の進行と共に平坦化も更に進められた。
【０２０９】
研磨が進行し、基板上に堆積した余剰の銅膜６が除去され、ＴａＮ膜からなるバリア層５が露出すると、銅表面はオキシン銅およびインヒビターによる防触膜で保護され、バリア層５は有機酸および過酸化水素の作用でエッチバックがスムーズに行われた。この結果、研磨完了時にはＳｉＯ_２絶縁層２と配線用溝内の銅表面とがほぼ平面となり、ディッシングおよびエロージョンを最小限に抑えた製品が得られた。
【０２１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板上に余剰に堆積した、段差のある銅膜の平坦化研磨を行うにあたり、銅膜上に不溶性で脆弱なオキシン銅を生成させ、凸部を選択的に研削することにより、高い効率の平坦化加工が可能となる。また、電解を併用した複合電解研磨により、余剰に堆積した銅膜の大半を高速度で研磨できるばかりでなく、電解作用により、研磨液への酸化剤の使用を省くことができ、研磨液の安定化ならびに管理が容易となり、且つランニングコストの低減を図ることができる。更に、研磨工程の前段では、研磨砥粒の使用を省くこともでき、これによって、使用後の研磨液を回収し、ろ過した後、濃度を調整して再度使用できるため、廃液量の減少も期待でき、環境保全上好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に使用される研磨液における銅減少量と浸漬時間との関係を示すグラフである。
【図２】同じく、極間電圧と電解時間との関係を示すグラフである。
【図３】同じく、電解研磨電流及び銅の減少量と電解時間との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態の研磨装置の概要を示す断面図である。
【図５】図４に示す研磨装置による研磨の状態を模式的に示す図である。
【図６】本発明の他の実施の形態の研磨装置の概要を示す断面図である。
【図７】図６に示す研磨装置による研磨の状態を模式的に示す図である。
【図８】図４及び図６に示す研磨装置を備えた配線形成装置の平面配置図である。
【図９】図８に示す配線形成装置における処理工程の流れを示すブロック図である。
【図１０】図８に示す配線形成装置で配線を形成する例を工程順に示す断面図である。
【図１１】本発明の更に他の実施の形態の研磨装置を示す平面図である。
【図１２】図１１に示す研磨装置に使用される基板保持部を示す正面図である。
【図１３】図１１に示す研磨装置を備えた配線形成装置の平面配置図である。
【図１４】本発明の更に他の実施の形態の研磨装置の概要を示す断面図である。
【図１５】図１４に示す研磨装置の電極板の一部を拡大して示す平面図である。
【図１６】同じく、一部を拡大して示す断面図である。
【図１７】実施例に使用される試料の断面図である。
【図１８】銅めっきにより銅配線を形成する例を工程順に示す断面図である。
【図１９】銅めっき装置としての電気めっき装置のめっき処理時における全体を示す断面図である。
【図２０】同じく、めっき液の流れの状態を示すめっき液フロー図である。
【図２１】同じく、非めっき時（基板受渡し時）における全体を示す断面図である。
【図２２】同じく、メンテナンス時における全体を示す断面図である。
【図２３】同じく、基板の受渡し時におけるハウジング、押圧リング及び基板の関係の説明に付する断面図である。
【図２４】同じく、図２３の一部拡大図である。
【図２５】同じく、めっき処理時及び非めっき時におけるめっき液の流れの説明に付する図である。
【図２６】同じく、芯出し機構の拡大断面図である。
【図２７】同じく、給電接点（プローブ）を示す断面図である。
【図２８】銅めっき装置としての電気めっき装置の他の例を示す平面図である。
【図２９】同じく、図２８のＡ−Ａ線断面図である。
【図３０】同じく、基板保持部及びカソード部の断面図である。
【図３１】同じく、電極アーム部の断面図である。
【図３２】同じく、電極アーム部のハウジングを除いた平面図である。
【図３３】同じく、アノードとめっき液含浸材を示す概略図である。
【図３４】基板処理装置の示す平面配置図である。
【図３５】図３４に示す基板処理装置内の気流の流れを示す図である。
【図３６】図３４に示す基板処理装置の各エリア間の空気の流れを示す図である。
【図３７】図３４に示す基板処理装置をクリーンルーム内に配置した一例を示す外観図である。
【図３８】基板処理装置の他の例を示す平面配置図である。
【図３９】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図４０】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図４１】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図４２】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図４３】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図４４】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図４５】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図４６】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図４７】図４６に示す基板処置装置における各工程の流れを示すフローチャートである。
【図４８】ベベル・裏面洗浄ユニットを示す概要図である。
【図４９】無電解めっき装置の一例を示す概要図である。
【図５０】無電解めっき装置の他の例を示す概要図である。
【図５１】アニールユニットの一例を示す縦断正面図である。
【図５２】図５１の平断面図である。
【符号の説明】
２ 絶縁層
４ 配線用溝
５ バリア層
６ 銅膜
６ａ オキシン銅皮膜
７ シード層
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 研磨装置
１２ 研磨液
１４ 研磨槽
１６ａ，１６ｂ，７６ 基板保持部
２０ 陰極板
２０ａ 長溝
２２ 研磨具
２６ 電気接点
３０，４８ 整流器
３２ 研磨液供給ユニット
４２ 陽極ロッド
４４ 電極板
４４ａ 長溝
５０ 研磨液再生ユニット
５４ ロード・アンロード部
５８ 洗浄装置
６０ アニール装置
６２ 洗浄乾燥装置
６８ 搬送装置
７０ モジュール
７２ 旋回アーム
７４ 電極リング
７８ 電極リング着脱ステージ
１４０ 陰極ロッド
１５６ 銅めっき装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention, LaboratoryIn particular, in order to form a semiconductor device having a multilayer wiring structure, a polishing method and a polishing apparatus are deposited on a substrate when a conductor such as copper is embedded in a wiring groove provided in an interlayer insulating layer to form an embedded wiring. Used to remove (polish) excess copper, etc.RukenThe present invention relates to a polishing method and a polishing apparatus.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as a metal material for forming a wiring circuit on a semiconductor substrate, a movement of using copper (Cu) having a low electrical resistivity and a high electromigration resistance instead of aluminum or an aluminum alloy has become prominent. In this type of copper wiring, copper is deposited on almost the entire surface of the substrate by CVD, sputtering, and plating, and the copper is embedded in the fine recesses provided on the surface of the substrate. It is generally formed by a so-called damascene process that is removed by polishing (CMP).
[0003]
FIGS. 18A to 18C show a manufacturing example of this type of copper wiring board W in the order of steps, and as shown in FIG. 18A, the conductivity on the semiconductor substrate 1 on which the semiconductor elements are formed. SiO on layer 1a₂An insulating layer 2 made of an oxide film or other low-k material is deposited, a contact hole 3 and a wiring groove 4 are formed in the insulating layer 2 by, for example, lithography / etching technique, and TaN or the like is formed thereon. Further, a seed layer 7 is formed thereon as a power feeding layer for electrolytic plating. Examples of the barrier layer 5 include a Ta / TaN mixed layer, TiN, WN, SiTiN, CoWP, CoWB film, and the like.
[0004]
Then, as shown in FIG. 18B, the surface of the substrate W is plated with copper to fill the contact holes 3 and the wiring grooves 4 of the semiconductor substrate 1 with copper, and on the insulating layer 2. A copper film 6 is deposited. Thereafter, the copper film 6 on the insulating layer 2 is removed by chemical mechanical polishing (CMP), so that the surface of the copper film 6 filled in the contact hole 3 and the wiring groove 4 and the surface of the insulating layer 2 are substantially the same. Make the same plane. Thereby, as shown in FIG. 18C, a wiring made of the copper film 6 is formed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, this damascene method is not yet a complete technology, and has many problems to be solved. That is, as described above, after forming the wiring groove 4 or the like in the insulating layer 2 and depositing the barrier layer 5 and the seed layer 7 on the surface, the copper metal is reliably embedded in the wiring groove 4 or the like. Therefore, it is necessary to deposit an excessive copper film 6 on the surface of the insulating layer 2, and at this time, irregularities are inevitably formed on the surface of the copper film 6. Then, when polishing this excessive copper film 6 while flattening, there are the following points to be improved.
[0006]
(1) If the polishing pressure is increased to increase the polishing rate, scratches, dishing, erosion, recesses, etc. are likely to occur on the polished copper surface, and the product quality is likely to deteriorate. For this reason, the polishing rate can be increased. You can't do it, but you have to sacrifice productivity.
(2) In the future, it is expected that low-k materials having low hardness will be widely used as insulating layer materials, and this problem becomes more serious when such low-k materials are used.
(3) The cost of the polishing slurry liquid (polishing liquid) used in the CMP process occupies a large specific gravity, and it is desirable to recover and reuse the polishing slurry liquid. Not easy.
(4) For this reason, the amount of polishing slurry discharged from the production line also increases, which is not preferable for environmental conservation.
[0007]
  The present invention has been made in view of the above, and is used to polish an excessive copper film deposited on the surface of a substrate more efficiently and inexpensively while preventing deterioration of product quality.RukenAn object is to provide a polishing method and a polishing apparatus.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  HiIn the polishing liquid containing one or more types of droxyquinolines, electrolysis using copper as an anode will result in spontaneous decomposition of copper and hydroxyquinoline with the dissolution of copper without using an oxidizing agent that is difficult to control the concentration. It reacts to produce an insoluble oxine copper film on the copper surface. The reaction formula of copper and 8-hydroxyquinoline at this time is shown below.
[Chemical 1]

  This insoluble oxine copper is mechanically extremely fragile and is easily ground and removed by polishing using a polishing tool such as a polishing pad. In addition, it exhibits a relatively high electrical resistance and suppresses energization to the portion covered with oxine copper.
[0017]
  Claim1In the invention described in, when polishing the surface of the substrate in which copper is formed on the surface and the copper is embedded in the fine recess, the water-soluble inorganic acid or salt thereof, or the water-soluble organic acid or salt thereof is used. Oxin copper produced on the surface of copper by electropolishing the surface of the substrate in a polishing liquid containing one or more of the above and one or more of hydroxyquinolines and reacting with hydroxyquinolines added in the polishing liquid This is an electrochemical / chemical / mechanical composite polishing method for a polishing surface containing copper, characterized in that the film is ground simultaneously.
[0018]
Thereby, it can grind | polish, repeating grinding and removal of the insoluble oxine copper membrane | film | coat produced | generated on the surface of copper, when copper and hydroxyquinolines react. This oxine copper film has a relatively high electric resistance, and current flowing to the part covered with this oxine copper film is suppressed, and the current concentrates on the part where the metal surface is exposed. It can be easily ground and removed with a polishing tool such as a rotating pad with low pressure. For this reason, for example, in the damascene method of semiconductor substrate manufacture, when polishing an excessive copper film with irregularities on the surface of the insulating layer, the surface of the insulating layer is simultaneously polished with the copper surface as an anode in a polishing liquid containing hydroxyquinolines When polishing with a polishing tool, etc., the oxine copper film formed on the copper surface is selectively ground and removed, and the current concentrates on the exposed copper surface and immediately forms an oxine copper film again. . As a result, by continuing this operation while energizing an effective current, it becomes possible to polish the copper film at a speed higher than that of the prior art and while effectively flattening.
[0019]
  Claim2The invention described in claim 1 is characterized in that one of direct current and pulse current or a superimposed current thereof is passed to perform electrolytic polishing.1The polishing method described.
  Claim3In the invention described in 4, the current density is 0.5 to 5.0 A / dm with respect to the copper surface area at the start of electropolishing.²Electrolytic polishing is performed by passing an electric current to be1 or 2The polishing method described.
[0020]
  Claim4According to the invention described in the above, a large number of anodes and cathodes are alternately arranged in the polishing liquid so as to face the copper film formed on the surface of the substrate, with the cathodes closer to the substrate than the anodes. And the oxine copper film is formed on the copper surface by the positive polarity of the copper surface generated by the bipolar phenomenon at this time.1 to 3The polishing method according to any one of the above.
  As a result, for example, the removal of the excess copper film deposited on the surface of the substrate proceeds, and the underlying layer such as the barrier layer is exposed, whereby uniform conduction from the external terminal such as an electrical contact to the copper film is performed. Even when it is no longer possible, an oxine copper film can be formed on the copper surface by utilizing the bipolar phenomenon.
[0021]
  Claim5In the invention described in item 3, the interelectrode resistance between the cathode and the anode in the polishing liquid is 10 to 50 Ωcm, and the voltage applied between the cathode and the anode is 10 to 100 V Claims characterized by4The polishing method described.
[0022]
  Claim6The invention described in claim 1 is a polishing apparatus for polishing a surface of a substrate in which copper is formed on a surface and the copper is embedded in a fine recess, and includes a water-soluble inorganic acid or a salt thereof, or a water-soluble organic acid. Alternatively, oxine copper produced on the surface of copper by reacting with one or more of its salts and an electropolishing using a polishing liquid containing one or more of hydroxyquinolines and the hydroxyquinolines added to the polishing liquid The polishing apparatus is characterized in that the coating is ground simultaneously.
[0023]
  Claim7The invention described in 1 includes a substrate holding portion for holding the substrate downward, one or more of a water-soluble inorganic acid or salt thereof, or a water-soluble organic acid or salt thereof, and one or more of hydroxyquinolines. A polishing tank for holding a polishing liquid, a cathode plate immersed in the polishing liquid held in the polishing tank, and immersed in a polishing liquid held in the polishing tank facing the cathode plate A polishing apparatus comprising: a polishing tool disposed; and a relative movement mechanism that relatively moves the substrate held by the substrate holding unit and the polishing tool.
  Claim8According to the invention described in item 3, the surface of the cathode plate is formed with a plurality of grooves extending continuously over the entire length in the plane.7The polishing apparatus described. Thereby, while passing a groove | channel and supplying polishing liquid, a product, hydrogen gas, oxygen gas, etc. can be discharged | emitted.
[0024]
  Claim9The invention described in 1 is a polishing liquid comprising a substrate holding part for holding a substrate, one or more water-soluble inorganic acids or salts thereof, or one or more water-soluble organic acids or salts thereof, and one or more hydroxyquinolines. A polishing tank for holding the electrode, a plurality of anodes and cathodes disposed between the anodes and the cathodes, and electrode plates arranged alternately with the cathodes being closer to the substrate held by the substrate holding unit than the anodes and insulated. A power source for applying a voltage to the electrode, a polishing tool disposed so as to be opposed to the electrode plate and immersed in the polishing liquid, and a relative movement mechanism for relatively moving the substrate held by the substrate holder and the polishing tool. This is a polishing apparatus.
[0025]
  Claim10According to the invention described in item 2, the surface of the electrode plate is provided with a plurality of grooves extending over the entire length in the plane.9The polishing apparatus described.
  Claim11The invention described in claim7The polishing apparatus according to claim, and the claim9The polishing apparatus described above is disposed in a partitioned room in the same module, and the substrate is moved between the polishing apparatuses by a swivel arm disposed in the module.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
  The present inventionUsed forThe polishing liquid contains at least one or more of a water-soluble inorganic acid or salt thereof, or a water-soluble organic acid or salt thereof, and one or more of hydroxyquinolines. The composition and properties of the polishing liquid, The action and effect of hydroxyquinolines in the polishing liquid, the structure of the polishing apparatus used for polishing using the polishing liquid, will be described in order, and further examples of the actual polishing using this polishing liquid will be described. To do.
[0027]
[Composition and properties of polishing liquid]
  The present inventionUsed forExamples of water-soluble inorganic acids or salts thereof contained in the polishing liquid include inorganic acids such as phosphoric acid, pyrophosphoric acid, sulfuric acid, nitric acid, sulfamic acid hydrochloride, hydrofluoric acid, and potassium or ammonium salts of these inorganic acids. Can be mentioned. Water-soluble organic acids or salts thereof include formic acid, acetic acid, propionic acid, succinic acid, malonic acid, maleic acid, succinic acid, citric acid, gluconic acid, butyric acid, glycine, aminobenzoic acid, nicotinic acid, methanesulfone Examples thereof include organic acids such as acids, and caliun salts, ammonium salts, alkylamine groups, and hydroxyalkylamine salts of these organic acids. These may be used alone or as a mixed solution of two or more. The concentration (total concentration) of the water-soluble inorganic acid or salt thereof, or the water-soluble organic acid or salt thereof is, for example, 0.01 to 5 0.0 mol / L. The conductivity of the polishing liquid is, for example, 0.5 to 100 mS / cm, and the electrolytic current is 1 A / dm.²When it is above, it is preferably 5 mS / cm or more.
[0028]
As the hydroxyquinoline, for example, at least one of 2-hydroxyquinoline, 4-hydroxyquinoline, 5-hydroxyquinoline and 8-hydroxyquinoline is used, but 8-hydroxyquinoline is most preferable from the viewpoint of performance and price. Is appropriate. The concentration is, for example, 0.001 to 1.0% by weight, preferably 0.05 to 0.2% by weight. This 8-hydroxyquinoline is partially used as an industrial chemical and can be easily obtained at a relatively low price.
[0029]
Here, when electrolytic polishing is performed using copper as an anode in a polishing solution containing a water-soluble inorganic acid or a salt thereof, or a water-soluble organic acid or a salt thereof, and 8-hydroxyquinoline, copper is dissolved and 8-hydroxyquinoline simultaneously. Insoluble oxine copper is produced on the surface of copper, and this oxine copper grows as a scaly film as electrolysis continues. This oxine copper film has a high electric resistance and causes an increase in voltage. However, if the electrolysis is further continued, the oxine copper film is detached from the copper surface, and after this detachment, new oxine copper is generated and grows into a film.
[0030]
The pH of the polishing liquid is used in a wide range of, for example, 3 to 11, but a pH range in which an insoluble oxine copper film is particularly easily formed on the copper surface by electrolytic polishing using copper as an anode in the polishing liquid. Is 5 to 9, and the thickness of the oxine copper film grows up to 1 mm. The pH of the polishing liquid can be selected according to the purpose and progress of the polishing process. That is, it is basically used in the neutral region where the oxine copper film is most easily generated over the entire process. For example, in the previous stage where the entire surface of the insulating layer is covered with the copper film, the pH of the polishing liquid is lowered. In addition, copper can be quickly removed mainly by electrolytic polishing at a high current density. In this case, it is preferable to add and use alkylene glycols or alkylene glycol alkyl ethers in order to increase the phosphoric acid concentration and increase the smoothing effect. Further, in the final polishing step, the pH of the polishing liquid can be lowered or increased in order to increase the polishing selectivity of the barrier layer.
[0031]
Addition of benzotriazole, its derivatives, benzimidazole or phenacetin, for example, at a concentration of 10 to 1000 mg / L as a copper discoloration and corrosion inhibitor to the polishing liquid effectively prevents copper discoloration and corrosion. can do. However, when 100 mg / L or more of benzotriazole is added to a polishing liquid having a pH of 8 or more, a stable complex film is excessively formed on the surface of copper, and generation of oxine copper can be prevented. For this reason, it is necessary to select appropriately the kind and density | concentration of a chemical | medical agent according to the state of polishing liquid.
[0032]
By adding a surfactant to the polishing liquid, it is possible to suppress excessive polishing of the copper wiring embedded in the insulating layer and the wiring groove, increase the polishing rate of the remaining barrier layer, and finally polish the copper film. It can be made suitable for the process. In this case, if comprehensive consideration is given to selective polishing, abrasive dispersibility, water washability, and influence on subsequent processing steps, nonionic polyoxyethylene glycol alkyl ethers, polyoxyethylene / polyoxy Surfactants such as propylene condensates, acetylene glycols, and ethylenediamine polyoxyalkylene glycol are suitable.
[0033]
As the abrasive grains contained in the polishing liquid, it is preferable to use alumina, colloidal silica, or a combination of alumina and colloidal silica in the previous step where copper polishing is intended, and the barrier layer in the subsequent step It is preferable to use colloidal silica for the polishing including.
[0034]
Further, for example, when the film thickness of the excessive copper film deposited on the insulating layer is thicker than 1000 nm, it does not include polishing abrasive grains, includes phosphoric acid and alkylene glycols, and the like. Uses a polishing liquid with a large action, 3 A / dm²It is also efficient to polish most of the excess copper film at high speed by electrolytic polishing with the above current. This polishing liquid has little change in properties due to copper contamination, and the waste liquid from the polishing apparatus is collected, filtered, and then the concentration is adjusted, whereby the process for reuse can be rationalized.
[0035]
[Action and effect of hydroxyquinolines in polishing liquid]
As conductive components, ammonium oxalate: 10 g / L, glycine: 10 g / L, phosphoric acid: 30 g / L were added and dissolved in pure water, ammonia water was added to adjust the pH to 8.5, and then , 8-hydroxyquinoline: A polishing liquid was prepared by adding 2 g / L and dissolving. When the temperature of this polishing liquid was kept at 25 ° C. and a copper foil specimen obtained by bright copper sulfate plating was immersed in the polishing liquid, thin yellow-green oxine copper was produced on the copper foil surface. A plurality of copper foil specimens weighed in advance were immersed in the polishing liquid, pulled up one by one at regular intervals, wiped off the surface oxine copper film, washed with water, dried and weighed to determine the weight loss of the copper foil. . The result is shown in FIG. As can be seen from FIG. 1, copper gradually dissolves in the polishing liquid to form oxine copper. However, when the copper surface is covered with an oxine copper film after a few minutes, the dissolution of copper almost stops.
[0036]
Using a pair of copper foils as an anode and a cathode, they are immersed in the same polishing liquid as described above, and a voltage is applied across the electrodes from a DC power source (rectifier) to 3 A / dm.²A constant current of. The result of measuring the voltage between the two electrodes at this time is shown in FIG. According to FIG. 2, it is initially energized at a low voltage, but when the oxine copper film is formed on the copper surface, the resistance gradually increases, and after a few minutes, the voltage becomes almost twice the initial voltage. .
[0037]
The same experiment as in the previous section was performed by electrolysis while keeping the voltage between both electrodes constant at 5.0V. FIG. 3 shows the results of measuring the change in current and the weight loss of the copper foil over time at this time. From FIG. 3, it is initially 4 A / dm²However, the current decreased with time, and after a few minutes, it became 1/2 or less of the initial value, and the reduction of the copper foil almost coincided with the energization amount.
[0038]
Further, it has been confirmed that the oxine copper film formed on the surface of the copper foil at this time is mechanically fragile and can be easily wiped off particularly in a wet state generated in the polishing liquid. Therefore, the pressure of the polishing tool such as a polishing pad is 100 to 300 g / cm.²Even if it grinds and makes it low, sufficient polishing speed of copper (oxine copper membrane) can be secured.
[0039]
As described above, when an excess copper film on an insulating layer is polished flatly in a damascene method for manufacturing a semiconductor device due to the properties of an oxine copper film formed by reaction of hydroxyquinolines and copper, hydroxyquinolines are included. By polishing with a polishing tool such as a rotating polishing pad while electrolytically polishing the copper surface as an anode in the polishing liquid, the oxine copper film generated on the surface of the copper film by electrolysis is selectively ground only on the convex part. It is removed and the recess is protected. Then, it can be seen that by continuing the operation by supplying an effective current, it is possible to efficiently perform polishing for flattening the copper film and to produce a product with little damage to the copper wiring layer.
[0040]
[Configuration of polishing apparatus used for polishing with polishing liquid]
A polishing apparatus used for polishing using the above-described polishing liquid will be described below.
FIG. 4 shows the polishing apparatus 10a according to the first embodiment of the present invention. The polishing apparatus 10a includes a bottomed cylindrical polishing tank 14 that opens upward and holds the polishing liquid 12 therein, and a substrate holding unit that is disposed above the polishing tank 14 and detachably holds the substrate W downward. 16a.
[0041]
The polishing tank 14 is directly connected to a main shaft 18 that rotates with the drive of a motor or the like, and has a bottom portion that is stable and electrolytic with respect to a polishing liquid such as SUS, Pt / Ti, Ir / Ti, Ti, Ta, and Nb. The flat cathode plate 20 that is made of a metal that does not become immovable and is immersed in the polishing liquid 12 to serve as a cathode is disposed horizontally. On the upper surface of the cathode plate 20, lattice-like long grooves 20a extending linearly over the entire length in the vertical and horizontal directions are provided. Further, on the upper surface of the cathode plate 20, for example, a polishing tool 22 made of a continuous foam type non-woven fabric type hardness polishing pad (for example: Rodel Nitta SUBA800) is attached.
[0042]
As a result, the polishing tank 14 rotates integrally with the polishing tool 22 as the main shaft 18 rotates, and the polishing liquid 12 flows through the long groove 20a as the polishing liquid 12 is supplied, and is generated along with the electrolytic polishing. Products, hydrogen gas, oxygen gas, and the like are also discharged outward from between the substrate W and the polishing tool 22 through the long groove 20a.
[0043]
In this example, the polishing tank 14 is rotated. However, the polishing tank 14 may be scrolled (translationally rotated) or reciprocated. In addition, the shape of the long groove 20a prevents a difference in current density between the central portion and the outer peripheral portion of the cathode plate 20, and allows the polishing liquid, hydrogen gas, and the like to flow smoothly along the long groove 20a. Therefore, when the polishing tank 14 performs a scrolling motion, it is preferably in a lattice shape, and when the polishing tank 14 reciprocates, it is preferable that the polishing tank 14 be parallel to the moving direction.
[0044]
The substrate holding portion 16a is connected to a lower end of a support rod 24 having a rotation mechanism capable of controlling the rotation speed and a vertical movement mechanism capable of adjusting the polishing pressure, and the substrate W is adsorbed and held on the lower surface by, for example, a vacuum adsorption method. It is supposed to be.
The copper film 6 deposited on the surface of the substrate W in contact with the peripheral edge or bevel portion of the substrate W when the substrate W is sucked and held by the substrate holding portion 16a on the outer peripheral portion of the lower surface of the substrate holding portion 16a (FIG. 10). An electrical contact 26 is provided which makes (see (a)) the anode (anode). This electrical contact 26 is connected to an anode terminal of a rectifier 30 as a direct current and pulse current power source disposed outside by a roll sliding connector and wiring 28a built in the support rod 24. The cathode plate 20 is connected to wiring 28b. Is connected to the cathode terminal of the rectifier 30.
[0045]
This rectifier 30 has a low voltage specification, for example, and has a capacity of about 15 V × 20 A for an 8-inch wafer and about 15 V × 30 A for a 12-inch wafer. The frequency of the pulse current is, for example, normally up to msec.
Further, a polishing liquid supply unit 32 for supplying the polishing liquid 12 is disposed above the polishing tank 14, and further includes a control unit 34 and a safety device (not shown) for adjusting and managing each device and the overall operation. Etc.).
[0046]
As shown in FIG. 10A, the polishing apparatus 10a is suitable for polishing the copper film 6 when the excess copper film 6 deposited on the surface of the substrate W is continuously continuous. The polishing operation will be described.
[0047]
  The polishing liquid 12 is supplied into the polishing tank 14, and the polishing tank 14 and the polishing tool 22 are integrally rotated at a rotation speed of, for example, about 90 rpm while the polishing liquid 12 overflows the polishing tank 14. On the other hand, the substrate holding part that has been subjected to a plating process such as copper plating16aHold it with suction downward. In this state, the substrate W is lowered while rotating in the opposite direction to the polishing tank 14 at a rotational speed of, for example, about 90 rpm, and the surface (lower surface) of the substrate W is, for example, 300 g / cm.²At the same time, the surface of the polishing tool 22 is brought into contact with a constant pressure, and at the same time, the current density per surface area of copper on the substrate is 1 to 4 A between the cathode plate 20 and the electrical contacts 26 by the rectifier 30. / Dm²For example, 10 × 10^-3Energized for 2 seconds, also 10 × 10^-3Apply a pulse current that stops for 2 seconds
[0048]
Then, the copper film is polished at a speed higher than that of the prior art and while being effectively flattened. That is, as described above, when the polishing liquid 12 containing hydroxyquinolines is used and electrolytic polishing is performed using copper as an anode, copper and hydroxyquinolines react as shown in FIG. An insoluble oxine copper film 6 a is generated on the surface of the copper film 6. The oxine copper film 6a is mechanically extremely fragile and can be easily ground and removed by a rotating low-pressure polishing tool. For this reason, when polished with the polishing tool 22, as shown in FIG. 5B, the oxine copper film 6a formed on the convex surface of the copper film 6 is mainly ground and removed. The film 6 is exposed to the outside. Then, the oxine copper film 6a has a relatively high electric resistance, and current flowing to the portion covered with the oxine copper film 6a is suppressed, and the current concentrates on the portion 6b where the metal surface is exposed. Therefore, as shown in FIG. 5 (c), an oxine copper film 6a is immediately generated on the surface that has been previously polished and the copper film 6 is exposed. Similarly to the above, the oxine copper film 6a generated thereafter is formed. Is mainly ground away. That is, the surface of the concave portion of the copper film 6 is covered with the oxine copper film 6a, and the polishing here is suppressed, whereby only the convex portion of the copper film 6 is selectively ground and removed. It is a composite electropolishing utilizing the passivation of copper.
[0049]
At this time, the polishing liquid 12 is supplied between the substrate W and the polishing tool 22 from the long groove 20a provided on the surface of the cathode plate 20, particles floating in the polishing liquid 12, hydrogen gas generated by the reaction, etc. Passes through the long groove 20a and flows out smoothly.
After the polishing, the substrate W held by the substrate holding unit 16a is raised, the rotation of the substrate W is stopped, and the substrate W after the polishing is transferred to the next process.
[0050]
  FIG. 6 shows a polishing apparatus 10b according to the second embodiment of the present invention. The polishing apparatus 10b differs from the polishing apparatus 10a shown in FIG. 4 in that an electrode plate 44 made of an insulating material, in which a large number of cathode rods 140 and anode rods 42 are alternately arranged at the bottom of the polishing tank 14, is provided. Is a point arranged horizontally. Here, on the upper surface of the electrode plate 44, there are provided lattice-like long grooves 44a extending linearly over the entire length in the longitudinal and lateral directions. AndAnode rod 42Is disposed along the long groove 44a so that the upper surface thereof is substantially flush with the bottom surface of the long groove 44a.Cathode rod 140Is arranged along the long groove 44a so that the upper surface thereof is located, for example, 10-30 mm below the bottom surface of the long groove 44a.Cathode rod 140A porous filler 145 through which the generated fine gas and polishing liquid can circulate is filled.
[0051]
  And all anode rods 42 are wired46bAre connected to the anode terminal of a rectifier 148 as a direct current and pulse current power source arranged outside, and all the cathode rods 140 are connected to the wiring.46aAre connected to the cathode terminals of the rectifier 148.
  The rectifier 148 has a low voltage specification and a capacity of about 100 V × 10 A, for example. The frequency of the pulse current is, for example, normally up to msec.
[0052]
As a result, when metal (copper) is placed close to the electrode plate 44 and a voltage is applied from the rectifier 148 between the cathode rod 140 and the anode rod 42 of the electrode plate 44, the metal phenomenon is caused by the bipolar phenomenon at this time. A positive polarity is locally generated at a position close to the cathode rod 140 on the surface of (copper).
Furthermore, in this example, a polishing liquid regenerating unit 50 is provided that recovers the polishing liquid 12 that has overflowed the polishing tank 14, filters it, and regenerates it. Moreover, what does not have an electrical contact is used as the board | substrate holding | maintenance part 16b.
[0053]
In this polishing apparatus 10b, as shown in FIG. 10B, polishing of the excess copper film 6 deposited on the surface of the substrate W proceeds, the barrier layer 5 is exposed on the surface, and the copper film 6 becomes an island shape. It is suitable for polishing the barrier layer 5 and the copper film 6 on the surface of the substrate. That is, when the copper film 6 is in an island shape in this way, it is impossible to uniformly energize the copper film 6 from an external terminal such as an electrical contact. Even in such a case, according to the polishing apparatus 10b of this embodiment, an oxine copper film is generated on the copper surface by utilizing the bipolar phenomenon and locally making the copper surface have a positive polarity. Can do.
The polishing operation of the polishing apparatus 10b is the same as that of the above-described polishing apparatus 10a except that, for example, a voltage of 50 V is applied between the cathode rod 140 and the anode rod 42 provided on the electrode plate 44 during electrolytic polishing. It is the same.
[0054]
According to this polishing apparatus 10b, even when the barrier layer 5 and the copper film 6 are exposed on the surface, excessive polishing of the copper film 6 is suppressed, and the polishing rate of the remaining barrier layer 5 is increased. Then, both of them can be polished flat at the same rate, and the defect of the copper film 6 that becomes the wiring can be prevented. That is, as described above, when the polishing liquid 12 containing hydroxyquinolines is used, and copper is made positive by the bipolar phenomenon and electropolished, as shown in FIG. 7A, copper and hydroxyquinolines are obtained. Reacts to produce an insoluble oxine copper film 6 a on the surface of the copper film 6. The oxine copper film 6a does not dissolve in the electrolytic solution, and therefore the copper film 6 covered with the oxine copper film 6a is not subjected to chemical etching. For this reason, only the surface of the barrier layer 5 is electrolytically polished, and the electrolytic polishing of the barrier layer 5 causes the copper film 6 to protrude upward from the plane formed by the barrier layer 5 as shown in FIG. Then, as described above, the oxine copper film 6a that is mechanically extremely fragile and can be easily ground and removed by the rotating low-pressure polishing tool is generated on the surface of the copper film 6 protruding upward in this way. Therefore, the oxine copper film 6a is removed by grinding and becomes flat. In addition, since the copper film 6 (the oxine copper film 6a) is ground and removed by the rotating low-pressure polishing tool 22, it is possible to prevent the surface of the copper film 6 from being lost.
Before the barrier layer 5 is exposed, only the convex portions of the copper film 6 are selectively ground and removed as in the case of the polishing apparatus 10a described above.
The composition of the first polishing treatment liquid and the second polishing treatment liquid may be changed. In the second polishing step, the copper film and the barrier film having different electrical conductivity need to be polished at the same rate at the same time, so the copper film is converted to a passive film, but the barrier film requires a polishing liquid with more chemical polishing elements. Become.
[0055]
FIG. 8 is a plan layout view of a wiring forming apparatus provided with the polishing apparatus 10a shown in FIG. 4 and the polishing apparatus 10b shown in FIG. The wiring forming apparatus is located inside the housing 52, and includes a load / unload section 54, a copper plating apparatus 156, a cleaning apparatus 158, and an annealing apparatus 160 arranged in this order from the opposite side of the load / unload section 54. 4, a polishing apparatus (first polishing apparatus) 10a shown in FIG. 4, a polishing apparatus (second polishing apparatus) 10b shown in FIG. 6, and a cleaning / drying apparatus 162. A transfer device 68 is provided for transferring the substrate between the two.
[0056]
Next, the wiring formation process will be described with reference to FIGS. The substrates W (see FIG. 18A) on which the seed layer 7 is formed are taken out one by one from the loading / unloading unit 54 by the transport device 68 and loaded into the copper plating device 156. Then, for example, an electrolytic copper plating process is performed by the copper plating apparatus 156 to form the copper film 6 on the surface of the substrate W as shown in FIG.
Next, the substrate W after the copper plating process is transferred to the cleaning device 158 for cleaning, and then transferred to the annealing device 160. Then, the substrate W on which the copper film 6 is deposited is heat-treated to anneal the copper film 6 and transport it to the first polishing apparatus 10a.
[0057]
Then, the first polishing apparatus 10a performs a first polishing process on the surface of the substrate W (surface to be plated), thereby polishing the copper film 6 deposited on the upper surface of the barrier layer 5, and the barrier layer 5 The first polishing is finished when the thickness of the copper film 6 reaches a predetermined value. In this way, by performing the first polishing with the first polishing apparatus 10a, the polishing rate can be increased. Thereafter, the substrate W is transported to the second polishing apparatus 10b, and the surface of the substrate W is subjected to the second polishing process. At this time, as shown in FIG. 10B, when the barrier layer 5 is exposed, the surface of the barrier layer 5 on the insulating layer 2 and the surface of the copper film 6 are simultaneously polished, whereby FIG. As shown in FIG. 3, the surface of the insulating layer 2 and the surface of the wiring made of the copper film 6 are made to be on the same plane. That is, in the second polishing apparatus 10b, a bipolar phenomenon is used in accordance with the conventional chemical mechanical polishing (CMP), and the copper surface is locally made positive in polarity, so that the oxine is applied to the copper surface. A copper film can be generated, and therefore the polishing process can be continued even when the barrier layer 5 is exposed and the copper film 6 is separated into islands.
Then, the polished substrate is transferred to the cleaning / drying device 162, where the substrate is cleaned and dried, and then returned to the original cassette of the load / unload unit 54 by the transfer device 68.
[0058]
11 and 12 show a polishing apparatus 10c according to still another embodiment of the present invention. In this polishing apparatus 10c, the polishing apparatus (first polishing apparatus) 10a shown in FIG. 4 and the second polishing apparatus (second polishing apparatus) 10b shown in FIG. 6 are arranged in a partitioned room in the same module 70. The substrate W is transferred between the first polishing apparatus 10a and the second polishing apparatus 10b by the swivel arm 72 disposed inside the room. That is, as shown in FIG. 12, the polishing apparatus 10 c includes a detachable electrode ring 74, a substrate holding portion 76 connected to the free end of the swivel arm 72, and a substrate on which the electrode ring 74 is mounted. The holding unit 76 constitutes the substrate holding unit 16a of the first polishing apparatus 10a, and the substrate holding unit 76 from which the electrode ring 74 is removed constitutes the substrate holding unit 16b of the second polishing apparatus 10b. An electrode ring attaching / detaching stage 78 for attaching / detaching the electrode ring 74 is disposed inside the module 70.
[0059]
According to this example, with the electrode ring 74 attached, the substrate is sucked and held by the substrate holding part 76 outside the module 70 and carried into the module 70, and the substrate holding part 76 attached with the electrode ring 74. Thus, the first polishing apparatus 10a is configured to perform the first polishing process similar to that described above. After the first polishing process, the substrate holder 76 is moved to the electrode ring attaching / detaching stage 78 while holding the substrate W, where the electrode ring 74 is removed, and the substrate holder 76 with the electrode ring 74 removed. Then, the second polishing apparatus 10b is configured to perform the second polishing process similar to that described above. Then, the substrate after the completion of the second polishing process is transported outside the module 70 while being held by the substrate holder 76.
[0060]
In this polishing apparatus 10c, as shown in FIG. 13, by arranging the polishing apparatus 10c at the position where the first polishing apparatus 10a and the second polishing apparatus 10b shown in FIG. It can be carried out.
[0061]
14 to 16 show a polishing apparatus 10d according to still another embodiment of the present invention. The polishing apparatus 10d is configured to perform the first polishing process and the second polishing process in the same polishing tank, and differs from the polishing apparatus 10b shown in FIG. 6 in that the polishing apparatus shown in FIG. 10a includes a substrate holding portion 16a and a rectifier (first rectifier) 30, and a wiring 28a extending from the anode of the first rectifier 30 is connected to an electrical contact 26 of the substrate holding portion 16a and extending from the cathode. 28b is connected to a wiring 46a extending from the cathode of a rectifier (second rectifier) 148, and the rectifiers 30 and 148 can be switched.
[0062]
Further, in this example, the polishing tank 14 is configured to perform a scrolling motion, and a polishing liquid flow passage 51 (see FIG. 15) that communicates with the polishing tank 14 and the electrode plate 44 in the vertical direction. The polishing liquid 12 is supplied from the polishing liquid flow passage 51 into the polishing tank 14.
[0063]
Further, on the upper surface of the electrode plate 44, for example, a depth H₁Is provided with a long groove 44a having a length of about 3 mm. The bottom surface of the long groove 44a and the top surface of the anode rod 42 are flush with each other, and a cathode rod 140 is arranged at the center of each portion that is partitioned by the long groove 44a and protrudes in a rectangular shape. In the upper part of the cathode rod 140, for example, the depth H₂A recess 44b of 1 mm is provided, and the recess 44b and the long groove 44a communicate with each other via a communication groove 44c extending in a cross shape.
Thereby, the polishing liquid 12 supplied into the polishing tank 14 from the polishing liquid flow passage 51 flows along the long groove 44a and further reaches the inside of the recess 44b from the communication groove 44c, whereby the cathode rod 140 and the anode rod The upper surface of 42 contacts the polishing liquid 12.
[0064]
According to this example, a voltage is applied from the first rectifier 30 between the electrical contact 26 and the cathode rod 140 to perform the first polishing process described above, and the rectifier is switched, so that the second rectifier 148 and the cathode rod 140 are switched. By applying a voltage between the anode rod 42 and the anode rod 42, the second polishing process described above can be performed.
[0065]
19 to 27 show an electroplating apparatus constituting the copper plating apparatus 156 provided in FIG. As shown in FIG. 19, this electroplating apparatus has a substantially cylindrical shape and a plating tank 46 that contains a plating solution 45 therein, and a head portion 47 that is disposed above the plating tank 46 and holds the substrate W. And is composed mainly of. FIG. 6 shows a state in which the substrate W is held by the head portion 47 and the plating surface is in the plating position where the liquid level of the plating solution 45 is raised.
[0066]
The plating tank 46 includes a plating chamber 49 that is open upward and has an anode 48 disposed at the bottom, and a plating tank 50 that holds a plating solution 45 is provided in the plating chamber 49. On the inner peripheral wall of the plating tank 50, plating solution jet nozzles 53 that protrude horizontally toward the center of the plating chamber 49 are arranged at equal intervals along the circumferential direction. The interior of 50 communicates with a plating solution supply path extending vertically.
[0067]
Further, in this example, a punch plate 220 having a large number of holes of about 3 mm, for example, is disposed above the anode 48 in the plating chamber 49, whereby the black film formed on the surface of the anode 48 is plated. It is wound up by the liquid 45 and is prevented from flowing out.
[0068]
In addition, the plating tank 50 overflows a first plating solution discharge port 57 through which the plating solution 45 in the plating chamber 49 is drawn from the bottom periphery of the plating chamber 49 and a weir member 58 provided at the upper end of the plating chamber 50. A second plating solution discharge port 59 for discharging the plated plating solution 45 and a third plating solution discharge port 120 for discharging the plating solution 45 before overflowing the weir member 58 are provided. As shown in FIG. 25, openings 222 having a predetermined width are provided at predetermined intervals.
[0069]
Accordingly, when the plating amount is large during the plating process, the plating solution is discharged to the outside from the third plating solution discharge port 120, and as shown in FIG. 25 (a), the weir member 58 is overflowed, Further, it passes through the opening 222 and is discharged from the second plating solution discharge port 59 to the outside. Further, when the plating process is performed and the supplied plating amount is small, the plating solution is discharged to the outside from the third plating solution discharge port 120 and, as shown in FIG. It is also discharged from the plating solution discharge port 59 to the outside so that the amount of plating can be easily dealt with.
[0070]
Furthermore, as shown in FIG. 25 (d), a through hole 224 for controlling the liquid level located above the plating solution ejection nozzle 53 and communicating with the plating chamber 49 and the second plating solution discharge port 59 is circumferential. The plating solution is provided at a predetermined pitch along the direction, and thereby the plating solution passes through the through-hole 224 and is discharged to the outside from the second plating solution discharge port 59 during non-plating, thereby controlling the liquid level of the plating solution. It has become. The through hole 224 plays a role like an orifice during the plating process, and the amount of the plating solution flowing out of the through hole 224 is limited.
[0071]
As shown in FIG. 20, the first plating solution discharge port 57 is connected to the reservoir 226 via a plating solution discharge pipe 60a, and a flow rate regulator 61a is interposed in the middle of the plating solution discharge pipe 60a. The second plating solution discharge port 59 and the third plating solution discharge port 120 join in the plating tank 50 and then are directly connected to the reservoir 226 through the plating solution discharge pipe 60b.
[0072]
The plating solution 45 that has entered the reservoir 226 enters the plating solution adjustment tank 40 from the reservoir 226 by the pump 228. The plating solution adjustment tank 40 is provided with a temperature controller 230 and a plating solution analysis unit 232 for taking out and analyzing the sample solution. When the single pump 234 is driven, a filter is removed from the plating solution adjustment tank 40. Through 236, the plating solution 45 is supplied to the plating solution ejection nozzle 53 of the copper plating apparatus 156. In the middle of the plating solution supply pipe 55 extending from the plating solution adjustment tank 40 to the copper plating apparatus 156, a control valve 56 for making the secondary pressure constant is provided.
[0073]
Returning to FIG. 19, located near the inner periphery of the plating chamber 49, the central portion of the plating solution surface is pushed upward by the upper and lower flows of the plating solution 45 in the plating chamber 49. The vertical rectification ring 62 and the horizontal rectification ring 63 that make the flow of the current smooth and the current density distribution more uniform are arranged with the outer peripheral end of the horizontal rectification ring 63 fixed to the plating tank 50. .
[0074]
On the other hand, the head portion 47 is provided with a housing 70 having a bottomed cylindrical shape that opens freely and has an opening 94 in a peripheral wall, and a pressing rod 242 that can be moved up and down with a pressing ring 240 attached to its lower end. . As shown in FIGS. 10, 23, and 24, the housing 70 is provided with a ring-shaped substrate holding portion 72 that protrudes inwardly. A ring-shaped sealing material 244 having a tip projecting upward in a spire shape is attached. Further, a cathode electrode contact 76 is disposed above the sealing material 244. Further, the substrate holding part 72 is provided with air vent holes 75 extending outward in the horizontal direction and further inclined upward and extending outward in the circumferential direction at equal intervals.
[0075]
Accordingly, as shown in FIG. 19, with the liquid level of the plating solution 45 lowered, as shown in FIGS. 23 and 24, the substrate W is held by the suction hand H or the like and placed inside the housing 70. After placing on the upper surface of the sealing material 244 of the substrate holding part 72 and pulling out the suction hand H from the housing 70, the pressing ring 240 is lowered. As a result, the peripheral edge of the substrate W is held between the sealing material 244 and the lower surface of the pressing ring 240 to hold the substrate W, and when the substrate W is held, the lower surface of the substrate W and the sealing material 244 are in pressure contact with each other. Sealing is ensured, and at the same time, the substrate W and the cathode electrode contact 76 are energized.
[0076]
Returning to FIG. 19, the housing 70 is connected to the output shaft 248 of the motor 246 and is configured to rotate by driving of the motor 246. The pressing rod 242 is formed by a ring-shaped support frame 258 that is rotatably supported via a bearing 256 at the lower end of a slider 254 that moves up and down by operation of a guide cylinder 252 fixed to a support body 250 that surrounds the motor 246. It is vertically suspended at a predetermined position along the circumferential direction, so that it moves up and down by the operation of the cylinder 252 and rotates integrally with the housing 70 when the substrate W is held.
[0077]
The support body 250 is attached to a slide base 262 that is engaged with a ball screw 261 that rotates as the motor 260 is driven and moves up and down, and is further surrounded by an upper housing 264. It moves up and down together with the housing 264. Further, a lower housing 257 that surrounds the periphery of the housing 70 during the plating process is attached to the upper surface of the plating tank 50.
[0078]
As a result, as shown in FIG. 22, maintenance can be performed with the support body 250 and the upper housing 264 raised. Further, although the crystal of the plating solution is likely to adhere to the inner peripheral surface of the weir member 58, a large amount of the plating solution is flowed in a state where the support body 250 and the upper housing 264 are lifted, so that the weir member 58 is By overflowing, it is possible to prevent the crystal of the plating solution from adhering to the inner peripheral surface of the weir member 58. Further, the plating tank 50 is integrally provided with a plating solution scattering prevention cover 50b that covers the upper part of the plating solution that overflows during the plating process. On the lower surface of the plating solution scattering prevention cover 50b, for example, HIREC (NTT Advanced By coating a super-water-repellent material such as Technology), it is possible to prevent the plating solution crystals from adhering thereto.
[0079]
Substrate centering mechanisms 270 that center the substrate W are provided above the substrate holding portion 72 of the housing 70 in this example at four locations along the circumferential direction. FIG. 26 shows details of the board centering mechanism 270, which has a gate-shaped bracket 272 fixed to the housing 70, and a positioning block 274 disposed in the bracket 272. The upper portion 274 is swingably supported via a pivot 276 fixed to the bracket 272 in the horizontal direction, and a compression coil spring 278 is interposed between the housing 70 and the positioning block 274. As a result, the positioning block 274 is urged through the compression coil spring 278 so that the lower portion protrudes inwardly about the pivot 276, and the upper surface 274 a serves as a stopper and acts on the upper lower surface 272 a of the bracket 272. By abutting, the movement of the positioning block 274 is regulated. Furthermore, the inner surface of the positioning block 274 is a tapered surface 274b that extends outwardly upward.
[0080]
Thus, for example, when the substrate is held by a suction hand such as a transfer robot, transferred into the housing 70 and placed on the substrate holding portion 72, the substrate is compressed if the center of the substrate is deviated from the center of the substrate holding portion 72. When the positioning block 274 rotates outwardly against the elastic force of the coil spring 278 and the gripping by the suction hand such as the transfer robot is released, the positioning block 274 returns to the original position by the elastic force of the compression coil spring 278. By doing so, the substrate can be centered.
[0081]
FIG. 27 shows a power supply contact (probe) 77 that supplies power to the cathode electrode plate 208 of the cathode electrode contact 76. The power supply contact 77 is formed of a plunger and has a cylindrical shape that reaches the cathode electrode plate 208. The protective body 280 is surrounded and protected from the plating solution.
[0082]
Next, the plating process by this copper plating apparatus (electroplating apparatus) 156 will be described.
First, when the substrate is delivered to the copper plating apparatus 156, the suction hand of the transfer robot 68 shown in FIG. 8 and the substrate W sucked and held by the hand are inserted into the inside through the opening 94 of the housing 70. Then, after the suction hand is moved downward, the vacuum suction is released and the substrate W is placed on the substrate holding portion 72 of the housing 70, and then the suction hand is raised and pulled out from the housing 70. Next, the pressing ring 240 is lowered, and the substrate W is held by holding the peripheral edge portion of the substrate W between the substrate holding portion 72 and the lower surface of the pressing ring 240.
[0083]
Then, the plating solution 45 is ejected from the plating solution ejection nozzle 53, and at the same time, the housing 70 and the substrate W held thereon are rotated at a medium speed. When the plating solution 45 is filled up to a predetermined amount and a few seconds have passed, The housing 70 is rotated at a low speed (for example, 100 min.^-1Then, electrolytic plating is performed by passing a plating current using the anode 48 as an anode and the substrate processing surface as a cathode.
[0084]
After energization, as shown in FIG. 25 (d), the supply amount of the plating solution so that the plating solution flows out only from the liquid level control through hole 224 located above the plating solution ejection nozzle 53. As a result, the housing 70 and the substrate held by the housing 70 are exposed on the plating solution surface. At a position where the housing 70 and the substrate W held by the housing 70 are above the liquid level, high speed (for example, 500 to 800 min)^-1) To remove the plating solution by centrifugal force. After the draining is completed, the rotation of the housing 70 is stopped so that the housing 70 faces a predetermined direction.
[0085]
After the housing 70 is completely stopped, the pressing ring 240 is raised. Next, the suction hand of the transfer robot 28b is inserted into the inside through the opening 94 of the housing 70 with the suction surface facing downward, and the suction hand is lowered to a position where the suction hand can suck the substrate. Then, the substrate is vacuum-sucked by the suction hand, the suction hand is moved to a position above the opening 94 of the housing 70, and the suction hand and the substrate held by the suction hand are taken out from the opening 94 of the housing 70.
[0086]
According to this copper plating apparatus 156, the mechanical simplification and compactness of the head portion 47 are achieved, and when the plating solution in the plating treatment tank 46 is at the plating solution level, the plating treatment is transferred to the substrate. When the liquid level is reached, draining and delivery of the substrate can be performed, and drying and oxidation of the black film formed on the surface of the anode 48 can be prevented.
[0087]
28 to 33 show other electroplating apparatuses that constitute the copper plating apparatus 156. As shown in FIG. 28, this copper plating apparatus is provided with a substrate processing unit 2-1 for performing a plating process and its incidental process, and a plating solution for storing a plating solution adjacent to the substrate processing unit 2-1. A tray 2-2 is arranged. Further, it has an electrode portion 2-5 that is held at the tip of an arm 2-4 that swings about a rotating shaft 2-3 and that swings between the substrate processing unit 2-1 and the plating solution tray 2-2. Electrode arm portions 2-6 are provided.
[0088]
Furthermore, a fixed nozzle 2-8 that is located on the side of the substrate processing unit 2-1, and that injects a precoat / collection arm 2-7, a chemical solution such as pure water or ionic water, and gas toward the substrate. Is arranged. Here, three fixed nozzles 2-8 are arranged, and one of them is used for supplying pure water. As shown in FIGS. 29 and 30, the substrate processing unit 2-1 includes a substrate holding unit 2-9 that holds the substrate W with the plating surface facing upward, and holds the substrate above the substrate holding unit 2-9. A cathode portion 2-10 is provided so as to surround the periphery of the portion 2-9. Furthermore, a bottomed substantially cylindrical cup 2-11 that surrounds the periphery of the substrate holding part 2-9 and prevents the scattering of various chemicals used during processing is arranged to be movable up and down via the air cylinder 2-12. Yes.
[0089]
Here, the substrate holding unit 2-9 is moved up and down between the lower substrate transfer position A, the upper plating position B, and the intermediate pretreatment / cleaning position C by the air cylinder 2-12. It has become. The substrate holding unit 2-9 is configured to rotate integrally with the cathode unit 2-10 at an arbitrary acceleration and speed via a rotary motor 2-14 and a belt 2-15. Opposite the substrate delivery position A, a substrate carry-in / out port (not shown) is provided on the side of the frame of the electrolytic copper plating apparatus on the side of the transfer robot (not shown), and the substrate holding portion 2-9 is located at the plating position. When raised to B, the seal member 2-16 and the cathode electrode 2-17 of the cathode part 2-10 described below come into contact with the peripheral edge of the substrate W held by the substrate holding part 2-9. . On the other hand, the upper end of the cup 2-11 is located below the substrate carry-in / out opening, and reaches the upper portion of the cathode portion 2-10 when it is raised, as indicated by the phantom line in FIG.
[0090]
When the substrate holding part 2-9 rises to the plating position B, the cathode electrode 2-17 is pressed against the peripheral edge of the substrate W held by the substrate holding part 2-9, and the substrate W is energized. At the same time, the inner peripheral end of the sealing member 2-16 is pressed against the upper surface of the peripheral edge of the substrate W, and this is sealed watertight, so that the plating solution supplied to the upper surface of the substrate W is stained from the end of the substrate W. It prevents the plating solution from contaminating the cathode electrode 2-17.
[0091]
As shown in FIG. 31, the electrode portion 2-5 of the electrode arm portion 2-6 has a housing 2-18 and a hollow support surrounding the periphery of the housing 2-18 at the free end of the swing arm 2-4. It has a frame 2-19, and an anode 2-20 that is fixed by sandwiching a peripheral edge with a housing 2-18 and a support frame 2-19. The anode 2-20 covers the opening of the housing 2-18, and a suction chamber 2-21 is formed inside the housing 2-18. As shown in FIGS. 32 and 33, the suction chamber 2-21 is connected with a plating solution introduction pipe 2-28 for introducing and discharging a plating solution and a plating solution discharge pipe (not shown). Further, the anode 2-20 is provided with a large number of through holes 2-20b communicating vertically with the entire surface thereof.
[0092]
In this embodiment, a plating solution impregnated material 2-22 made of a water retention material covering the entire surface of the anode 2-20 is attached to the lower surface of the anode 2-20, and the plating solution impregnated material 2-22 is plated. The surface of the anode 2-20 is moistened with the solution to prevent the black film from dropping onto the plating surface of the substrate, and at the same time, the plating solution is injected between the plating surface of the substrate and the anode 2-20. When doing so, it is easy to vent air to the outside. This plating solution impregnated material 2-22 is, for example, a woven fabric, a nonwoven fabric or a sponge-like structure made of at least one material of polyethylene, polypropylene, polyester, polyvinyl chloride, Teflon, polyvinyl alcohol, polyurethane and derivatives thereof, or Made of porous ceramics.
[0093]
The plating solution impregnated material 2-22 is attached to the anode 2-20 as follows. That is, a large number of fixing pins 2-25 having a head at the lower end are accommodated in the plating solution impregnated material 2-22 so as not to be able to escape upward, and the shaft is passed through the anode 2-20. The fixing pin 2-25 is urged upward via a U-shaped leaf spring 2-26, so that the plating solution impregnated material 2-22 is placed on the lower surface of the anode 2-20. It is attached in close contact through the elastic force of 26. By comprising in this way, even if the thickness of the anode 2-20 becomes thin gradually with the progress of plating, the plating solution impregnated material 2-22 is securely adhered to the lower surface of the anode 2-20. Can do. Accordingly, it is possible to prevent air from being mixed between the lower surface of the anode 2-20 and the plating solution impregnated material 2-22 to cause plating defects.
[0094]
From the upper surface side of the anode, for example, a cylindrical PVC (polyvinyl chloride) or PET (polyethylene terephthalate) pin having a diameter of about 2 mm is disposed through the anode, and the tip of the pin that appears on the lower surface of the anode An adhesive may be attached to the surface to adhere and fix to the plating solution impregnated material. The anode and the plating solution impregnated material can be used in contact with each other, but a plating process can also be performed in a state where a gap is provided between the anode and the plating solution impregnated material and the plating solution is held in the gap. The gap is selected from the range of 20 mm or less, preferably 0.1 to 10 mm, more preferably 1 to 7 mm. In particular, when a soluble anode is used, since the anode is dissolved from below, the gap between the anode and the plating solution impregnated material increases with time, and a gap of about 0 to 20 mm is formed.
[0095]
The electrode portion 2-5 includes the substrate W held by the substrate holding portion 2-9 and the plating solution impregnated material 2-22 when the substrate holding portion 2-9 is at the plating position B (see FIG. 30). The gap is lowered to about 0.1 to 10 mm, preferably 0.3 to 3 mm, more preferably about 0.5 to 1 mm, and in this state, the plating solution is supplied from the plating solution supply pipe, While the plating solution is impregnated in the plating solution impregnated material 2-22, the plating solution is filled between the upper surface (surface to be plated) of the substrate W and the anode 2-20, and the upper surface (surface to be plated) of the substrate W and the anode 2 are filled. The surface to be plated of the substrate W is plated by applying a voltage from the plating power source to −20.
[0096]
Next, the plating process by this copper plating apparatus (electroplating apparatus) 156 will be described.
First, the substrate W before plating is carried into the substrate holding unit 2-9 at the substrate transfer position A by the transfer robot 68 (see FIG. 8) and placed on the substrate holding unit 2-9. Next, the cup 2-11 is raised, and at the same time, the substrate holder 2-9 is raised to the pretreatment / cleaning position C. In this state, the precoat / collection arm 2-7 that has been in the retracted position is moved to the opposite position of the substrate W, and a precoat liquid made of, for example, a surfactant is applied to the surface to be plated of the substrate W from the precoat nozzle provided at the tip. Discharge intermittently. At this time, since the substrate holding unit 2-9 is rotating, the precoat liquid spreads over the entire surface of the substrate W. Next, the precoat / recovery arm 2-7 is returned to the retracted position, the rotational speed of the substrate holding unit 2-9 is increased, and the precoat liquid on the surface to be plated of the substrate W is shaken off and dried by centrifugal force.
[0097]
Subsequently, the electrode arm portion 2-6 is swung in the horizontal direction, and the electrode portion 2-5 is positioned above the position where plating is performed from above the plating solution tray 2-2. At this position, the electrode 2-5 is moved to the cathode portion. Lower toward 2-10. When the lowering of the electrode portion 2-5 is completed, a plating voltage is applied to the anode 2-20 and the cathode portion 2-10, and a plating solution is supplied to the inside of the electrode portion 2-5, so that the anode 2-20 is The plating solution is supplied to the plating solution impregnated material 2-22 from the penetrating plating solution supply port. At this time, the plating solution impregnated material 2-22 is not in contact with the surface to be plated of the substrate W, and is in a state of approaching about 0.1 to 10 mm, preferably about 0.3 to 3 mm, more preferably about 0.5 to 1 mm. It has become.
[0098]
When the supply of the plating solution continues, the plating solution containing Cu ions oozing out from the plating solution impregnated material 2-22 is filled in the gap between the plating solution impregnated material 2-22 and the surface to be plated of the substrate W. Then, Cu plating is applied to the surface to be plated of the substrate W. At this time, the substrate holder 2-9 may be rotated at a low speed.
[0099]
When the plating process is completed, the electrode arm portion 2-6 is raised and then turned to return the electrode portion 2-5 to the upper side of the plating solution tray 2-2, and lowered to the normal position. Next, the precoat / recovery arm 2-7 is moved from the retracted position to a position facing the substrate W and lowered, and the remaining portion of the plating solution on the substrate W is recovered from a plating solution recovery nozzle (not shown). After the recovery of the remaining portion of the plating solution is completed, the precoat / recovery arm 2-7 is returned to the retracted position, and pure water is discharged to the center of the substrate W. At the same time, the substrate holder 2-9 is rotated at an increased speed. Then, the plating solution on the surface of the substrate W is replaced with pure water.
[0100]
After completion of the rinsing, the substrate holding unit 2-9 is lowered from the plating position B to the pretreatment / cleaning position C, and the substrate holding unit 2-9 and the cathode are supplied while supplying pure water from the fixed nozzle 2-8 for pure water. The unit 2-10 is rotated to carry out water washing. At this time, the sealing member 2-16 and the cathode electrode 2-17 can be cleaned simultaneously with the substrate W by pure water directly supplied to the cathode portion 2-10 or by pure water scattered from the surface of the substrate W.
[0101]
After the water washing is completed, the supply of pure water from the fixed nozzle 2-8 is stopped, the rotation speed of the substrate holding unit 2-9 and the cathode unit 2-10 is increased, and the pure water on the surface of the substrate W is removed by centrifugal force. Shake off and dry. At the same time, the seal member 2-16 and the cathode electrode 2-17 are also dried. When the drying is completed, the rotation of the substrate holding unit 2-9 and the cathode unit 2-10 is stopped, and the substrate holding unit 2-9 is lowered to the substrate delivery position A.
[0102]
FIG. 34 shows a plan layout view of a substrate processing apparatus provided with the above-described plating apparatus. As shown in the figure, this substrate processing apparatus performs a loading / unloading area 520 for transferring a substrate cassette containing a semiconductor substrate, a process area 530 for performing a process process, and cleaning and drying of the semiconductor substrate after the process process. A cleaning / drying area 540 is provided. The cleaning / drying area 540 is disposed between the carry-in / carry-out area 520 and the process area 530. A partition wall 521 is provided in the carry-in / out area 520 and the cleaning / drying area 540, and a partition wall 523 is provided between the cleaning / drying area 540 and the process area 530.
[0103]
The partition wall 521 is provided with a passage (not shown) for delivering the semiconductor substrate between the carry-in / carry-out area 520 and the cleaning / drying area 540, and a shutter 522 for opening and closing the passage. The partition wall 523 is also provided with a passage (not shown) for transferring the semiconductor substrate between the cleaning / drying area 540 and the process area 530, and a shutter 524 for opening and closing the passage. The cleaning / drying area 540 and the process area 530 can be independently supplied and exhausted.
[0104]
The substrate processing apparatus for semiconductor substrate wiring of the above configuration is installed in a clean room, and the pressure in each area is
(Pressure in carry-in / out area 520)> (pressure in cleaning / drying area 540)> (pressure in process area 530)
And the pressure in the loading / unloading area 520 is set lower than the pressure in the clean room. Thus, air is prevented from flowing out from the process area 530 to the cleaning / drying area 540, air is prevented from flowing out from the cleaning / drying area 540 to the loading / unloading area 520, and air is further transferred from the loading / unloading area 520 into the clean room. To prevent it from leaking.
[0105]
In the carry-in / carry-out area 520, a load unit 520a and an unload unit 520b that house a substrate cassette containing a semiconductor substrate are arranged. In the cleaning / drying area 540, two water washing units 541 and a drying unit 542 for performing processing after the plating process are arranged, and a transport unit (transport robot) 543 for transporting the semiconductor substrate is provided. . Here, as the water washing section 541, for example, a pencil type with a sponge at the front end or a roller type with a sponge is used. As the drying unit 542, for example, a type in which a semiconductor substrate is spun at high speed to be dehydrated and dried is used.
In the process area 530, a pretreatment tank 531 for performing a pretreatment of plating of a semiconductor substrate and a plating tank (plating apparatus) 532 for performing a copper plating process are disposed, and a conveyance unit (conveyance) for conveying a semiconductor substrate. Robot) 533 is provided.
[0106]
FIG. 35 shows the flow of airflow in the substrate processing apparatus. In the cleaning / drying area 540, fresh external air is taken in from the pipe 546, is pushed in by a fan through the high-performance filter 544, and is supplied from the ceiling 540a to the periphery of the water washing unit 541 and the drying unit 542 as downflow clean air. Is done. Most of the supplied clean air is returned from the floor 540b to the ceiling 540a side by the circulation pipe 545, is pushed again by the fan through the high-performance filter 544, and circulates in the cleaning / drying area 540. A part of the airflow is exhausted through the duct 552 from the water washing unit 541 and the drying unit 542.
[0107]
Although the process area 530 is called a wet zone, particles are not allowed to adhere to the surface of the semiconductor substrate. For this reason, particles are prevented from adhering to the semiconductor substrate by being pushed into the process area 530 from the ceiling 530a by a fan and flowing down-flow clean air through the high-performance filter 533.
However, if the total flow rate of the clean air that forms the downflow depends on the supply and exhaust from the outside, a huge amount of supply and exhaust is required. For this reason, only the exhaust to the extent that the room is kept at a negative pressure is used as the external exhaust from the duct 553, and most of the downflow airflow is covered by the circulating airflow through the pipes 534 and 535.
[0108]
When the circulating airflow is used, the clean air that has passed through the process area 530 includes chemical mist and gas, and is removed through the scrubber 536 and the mit separators 537 and 538. As a result, the air that has returned to the circulation duct 534 on the ceiling 530a side does not contain chemical mist or gas, is pushed again by the fan, and circulates as clean air in the process area 530 through the high-performance filter 533.
Part of the air that has passed through the process area 530 from the floor portion 530b is discharged to the outside through the duct 553, and air containing chemical mist and gas is discharged to the outside through the duct 553. From the duct 539 of the ceiling 530a, fresh air corresponding to these displacements is supplied to the extent that the process area 530 is maintained at a negative pressure.
[0109]
As described above, the respective pressures in the carry-in / carry-out area 520, the cleaning / drying area 540, and the process area 530 are:
(Pressure in carry-in / out area 520)> (pressure in cleaning / drying area 540)> (pressure in process area 530)
Is set to Therefore, when the shutters 522 and 524 (see FIG. 34) are opened, the air flow between these areas flows in the order of the carry-in / carry-out area 520, the cleaning / drying area 540, and the process area 530 as shown in FIG. . Further, the exhaust is collected in the collective exhaust duct 554 through the ducts 552 and 553 as shown in FIG.
[0110]
FIG. 36 is an external view showing an example in which the substrate processing apparatus is arranged in a clean room. The side with the cassette delivery port 555 and the operation panel 556 in the carry-in / out area 520 is exposed to a clean room working zone 558 partitioned by a partition wall 557, and the other side is a utility with a low cleanness. It is stored in the zone 559.
[0111]
As described above, the cleaning / drying area 540 is disposed between the carry-in / carry-out area 520 and the process area 530, and between the carry-in / carry-out area 520 and the cleaning / drying area 540 and between the cleaning / drying area 540 and the process area 530. Since the partition walls 521 are provided in between, the semiconductor substrate carried into the substrate processing apparatus for wiring the semiconductor substrate through the cassette delivery port 555 in a dry state from the working zone 558 is plated in the substrate processing apparatus, Since it is carried out to the working zone 558 in a cleaned and dried state, particles or mist does not adhere to the surface of the semiconductor substrate, and the clean zone in the clean room is contaminated with particles, chemicals, or cleaning liquid mist. There is nothing.
[0112]
34 and 35 show an example in which the substrate processing apparatus includes a carry-in / carry-out area 520, a cleaning / drying area 540, and a process area 530. However, in the process area 530 or adjacent to the process area 530, CMP is performed. An area for arranging the apparatus may be provided, and the cleaning / drying area 540 may be arranged between the process area 530 or the area where the CMP apparatus is arranged and the loading / unloading area 520. The point is that the semiconductor substrate is carried into the substrate processing apparatus for wiring the semiconductor substrate in a dry state, and the semiconductor substrate after the plating process is cleaned and discharged in the dry state.
[0113]
In the above example, the substrate processing apparatus is described as an example of a plating apparatus for wiring a semiconductor substrate. However, the substrate is not limited to a semiconductor substrate, and a portion to be plated is also formed on a wiring portion formed on the substrate surface. It is not limited. Moreover, although copper plating was demonstrated to the example in the said example, it is not limited to copper plating.
[0114]
FIG. 38 is a diagram showing a planar configuration of another substrate processing apparatus for semiconductor substrate wiring. As shown in the figure, a substrate processing apparatus for semiconductor substrate wiring includes a carry-in unit 601 for carrying in a semiconductor substrate, a copper plating tank 602 for performing copper plating, water washing tanks 603 and 604 for performing water washing, and chemical mechanical polishing (CMP). A CMP unit 605, a washing tank 606, 607, a drying tank 608, and a carry-out unit 609 for carrying out the semiconductor substrate after the formation of the wiring layer are provided, and one substrate transfer means (not shown) for transferring the semiconductor substrate to each of these tanks is provided. It is arranged as a device and constitutes a substrate processing apparatus for semiconductor substrate wiring.
[0115]
In the substrate processing apparatus having the above arrangement, the substrate transfer unit takes out the semiconductor substrate on which the wiring layer is not formed from the substrate cassette 601-1 placed on the carry-in unit 601 and transfers it to the copper plating tank 602. In the copper plating tank 602, a copper plating layer is formed on the surface of the semiconductor substrate W including a wiring portion including wiring grooves and wiring holes (contact holes).
[0116]
The semiconductor substrate W, on which the formation of the copper plating layer in the copper plating tank 602 has been completed, is transferred to the water washing tank 603 and the water washing tank 604 by the substrate transfer means, and is washed with water. Subsequently, the semiconductor substrate W that has been washed with water is transferred to the CMP unit 605 by the substrate transfer means, and the CMP unit 605 leaves the copper plating layer formed in the wiring groove or wiring hole from the copper plating layer. Remove the copper plating layer on the surface.
[0117]
Subsequently, the semiconductor substrate W in which the removal of the unnecessary copper plating layer on the surface of the semiconductor substrate W is completed while leaving the copper plating layer formed in the wiring portion including the wiring groove and the wiring hole from the copper plating layer as described above. The semiconductor substrate W which is sent to the washing tank 606 and the washing tank 607 by the substrate transfer means, washed with water, and further washed with water is dried in the drying tank 608, and the formation of the wiring layer is finished on the dried semiconductor substrate W. The semiconductor substrate is stored in the substrate cassette 609-1 of the carry-out unit 609.
[0118]
FIG. 39 is a diagram showing a planar configuration of another substrate processing apparatus for semiconductor substrate wiring. The substrate processing apparatus shown in FIG. 39 is different from the apparatus shown in FIG. 38 in that a copper plating tank 602, a water washing tank 610, a pretreatment tank 611, a lid plating tank 612 that forms a protective film on the surface of the copper plating film, and a CMP unit. It is the point which added 615 and the water-washing tanks 613 and 614, and comprised these as one apparatus.
[0119]
In the substrate processing apparatus having the arrangement configuration described above, a copper plating layer is formed on the surface of the semiconductor substrate W including a wiring portion including wiring grooves and wiring holes (contact holes). Subsequently, the copper plating layer on the surface of the semiconductor substrate W is removed by leaving the copper plating layer formed in the wiring groove or wiring hole from the copper plating layer in the CMP unit 605.
[0120]
Subsequently, the semiconductor substrate W from which the copper plating layer formed on the surface of the semiconductor substrate W is removed while leaving the copper plating layer formed on the wiring portion including the wiring groove and the wiring hole from the copper plating layer as described above in the washing bath 610. Transfer and wash with water here. Subsequently, in the pretreatment tank 611, pretreatment for performing lid plating described later is performed. The semiconductor substrate W after the pretreatment is transferred to the lid plating tank 612, and a protective film is formed on the copper plating layer formed on the wiring portion in the lid plating tank 612. As this protective film, for example, a Ni-B electroless plating tank is used. After forming the protective film, the semiconductor substrate W is washed with water in the washing baths 606 and 607 and further dried in the drying bath 608.
Then, the upper part of the protective film formed on the copper plating layer is polished by the CMP unit 615, flattened, washed with water in the water washing tanks 613 and 614, dried in the drying tank 608, and the semiconductor substrate W is transported out part 609. In the substrate cassette 609-1.
[0121]
FIG. 40 is a diagram showing a planar structure of another substrate processing apparatus for semiconductor substrate wiring. As shown in the figure, this substrate processing apparatus has a robot 616 disposed in the center, and a copper plating tank 602, a water washing tank 603, a water washing tank 604, and a CMP machine for performing copper plating in a range where the surrounding robot arm 616-1 reaches. A unit 605, a lid plating tank 612, a drying tank 608, and a load / unload unit 617 are arranged as one apparatus. A semiconductor substrate carry-in unit 601 and a carry-out unit 609 are disposed adjacent to the load / unload unit 617.
[0122]
In the semiconductor substrate wiring substrate processing apparatus having the above-described configuration, a semiconductor substrate that has not been subjected to wiring plating is transferred from the semiconductor substrate carry-in unit 601 to the load / unload unit 617, and the semiconductor substrate is received by the robot arm 616-1. The copper plating layer 602 is transferred to the copper plating tank 602, and a copper plating layer is formed on the surface of the semiconductor substrate including the wiring portion including wiring grooves and wiring holes. The semiconductor substrate on which the copper plating layer is formed is transferred to the CMP unit 605 by the robot arm 616-1, and the CMP plating unit 605 leaves the copper plating layer formed from the copper plating layer to the wiring portion including wiring grooves and wiring holes. Then, an excessive copper plating layer on the surface of the semiconductor substrate W is removed.
[0123]
The semiconductor substrate from which the excess copper plating layer on the surface has been removed is transferred to the water washing tank 604 by the robot arm 616-1, washed with water, then transferred to the pretreatment tank 611, and lid-plated in the pretreatment tank 611. Preprocessing is performed. The semiconductor substrate after the pretreatment is transferred to the lid plating tank 612 by the robot arm 616-1. The lid plating tank 612 protects the copper plating layer formed on the wiring portion including wiring grooves and wiring holes. A film is formed. The semiconductor substrate on which the protective film is formed is transferred to the water washing tank 604 by the robot arm 616-1, washed with water here, then transferred to the drying tank 608, dried, and then transferred to the load / unload unit 617. The The semiconductor substrate after the completion of the wiring plating is transferred to the carry-out unit 609.
[0124]
FIG. 41 is a diagram showing a planar configuration of another semiconductor substrate processing apparatus. This semiconductor substrate processing apparatus includes a load / unload unit 701, a copper plating unit 702, a first robot 703, a third cleaning machine 704, a reversing machine 705, a reversing machine 706, a second cleaning machine 707, a second robot 708, In this configuration, one cleaning machine 709, a first polishing apparatus 710, and a second polishing apparatus 711 are arranged. In the vicinity of the first robot 703, a film thickness measuring device 712 before and after plating for measuring the film thickness before and after plating and a dry state film thickness measuring device 713 for measuring the film thickness of the semiconductor substrate W in a dry state after polishing are arranged. ing.
[0125]
The first polishing apparatus (polishing unit) 710 includes a polishing table 710-1, a top ring 710-2, a top ring head 710-3, a film thickness measuring device 710-4, and a pusher 710-5. The second polishing apparatus (polishing unit) 711 includes a polishing table 711-1, a top ring 711-2, a top ring head 711-3, a film thickness measuring device 711-4, and a pusher 711-5.
[0126]
A cassette 701-1 containing a semiconductor substrate W on which a contact hole and a wiring groove are formed and a seed layer is formed thereon is placed on the load port of the load / unload unit 701. The first robot 703 takes out the semiconductor substrate W from the cassette 701-1 and loads it into the copper plating unit 702 to form a copper plating film. At that time, the film thickness of the seed layer is measured by a film thickness measuring device 712 before and after plating. The copper plating film is formed by first performing a hydrophilic treatment on the surface of the semiconductor substrate W and then performing copper plating. After the formation of the copper plating film, the copper plating unit 702 is rinsed or cleaned. If time allows, you may dry.
[0127]
When the semiconductor substrate W is taken out from the copper plating unit 702 by the first robot 703, the film thickness of the copper plating film is measured by the film thickness measuring device 712 before and after plating. The measurement result is recorded as recording data of the semiconductor substrate in a recording device (not shown), and is also used for determining abnormality of the copper plating unit 702. After the film thickness measurement, the first robot 703 passes the semiconductor substrate W to the reversing machine 705 and reverses it by the reversing machine 705 (the surface on which the copper plating film is formed is down). Polishing by the first polishing apparatus 710 and the second polishing apparatus 711 includes a series mode and a parallel mode. The series mode polishing will be described below.
[0128]
Series mode polishing is polishing in which primary polishing is performed by a polishing apparatus 710 and secondary polishing is performed by a polishing apparatus 711. The second robot 708 picks up the semiconductor substrate W on the reversing machine 705 and places the semiconductor substrate W on the pusher 710-5 of the polishing apparatus 710. The top ring 710-2 adsorbs the semiconductor substrate W on the pusher 710-5 and abuts and presses the copper plating film forming surface of the semiconductor substrate W against the polishing surface of the polishing table 710-1 to perform primary polishing. In the primary polishing, the copper plating film is basically polished. The polishing surface of the polishing table 710-1 is made of foamed polyurethane such as IC1000, or one in which abrasive grains are fixed or impregnated. The copper plating film is polished by the relative movement of the polishing surface and the semiconductor substrate W.
[0129]
After the polishing of the copper plating film, the semiconductor substrate W is returned onto the pusher 710-5 by the top ring 710-2. The second robot 708 picks up the semiconductor substrate W and puts it in the first cleaning machine 709. At this time, the chemical may be sprayed on the front and back surfaces of the semiconductor substrate W on the pusher 710-5 to remove particles or make it difficult to stick.
[0130]
After completion of the cleaning in the first cleaning machine 709, the second robot 708 picks up the semiconductor substrate W and places the semiconductor substrate W on the pusher 711-5 of the second polishing apparatus 711. The top ring 711-2 adsorbs the semiconductor substrate W on the pusher 711-5, and the surface of the semiconductor substrate W on which the barrier layer is formed is pressed against the polishing surface of the polishing table 711-1 to perform secondary polishing. . In this secondary polishing, the barrier layer is polished. However, there are cases where the copper film and oxide film remaining in the primary polishing are also polished.
[0131]
The polishing surface of the polishing table 711-1 is made of foamed polyurethane such as IC1000, or one in which abrasive grains are fixed or impregnated, and is polished by relative movement between the polishing surface and the semiconductor substrate W. At this time, silica, alumina, ceria, or the like is used for the abrasive grains or slurry. The chemical solution is adjusted according to the type of film to be polished.
[0132]
The end point of the secondary polishing is detected by measuring the film thickness of the barrier layer using an optical film thickness measuring instrument, and confirming that the film thickness is zero or SiO₂This is done by detecting the surface of the insulating film. Further, as a film thickness measuring device 711-4 provided in the vicinity of the polishing table 711-1, a film thickness measuring device with an image processing function is used to measure the oxide film and leave it as a processing record of the semiconductor substrate W. It is determined whether or not the semiconductor substrate W after the next polishing can be transferred to the next process. In addition, if the secondary polishing end point has not been reached, the semiconductor substrate processing is performed so that repolishing is performed or if the polishing exceeds a specified value due to some abnormality, the next polishing is not performed so as not to increase defective products. Stop the device.
[0133]
After the secondary polishing is completed, the semiconductor substrate W is moved to the pusher 711-5 by the top ring 711-2. The semiconductor substrate W on the pusher 711-5 is picked up by the second robot 708. At this time, a chemical may be sprayed onto the front and back surfaces of the semiconductor substrate W on the pusher 711-5 to remove particles or make it difficult to stick.
[0134]
The second robot 708 carries the semiconductor substrate W into the second cleaning machine 707 and performs cleaning. The structure of the 2nd washing machine 707 is also the same composition as the 1st washing machine 709. The surface of the semiconductor substrate W is scrubbed with a PVA sponge roll using a cleaning liquid obtained by adding a surfactant, a chelating agent, and a pH adjuster to pure water mainly for particle removal. On the back surface of the semiconductor substrate W, a strong chemical solution such as DHF is ejected from the nozzle, and if there is no problem in etching the diffused copper, or if there is no problem of diffusion, scrub cleaning with a PVA sponge roll using the same chemical solution as the front surface do.
[0135]
After completion of the cleaning, the semiconductor substrate W is picked up by the second robot 708, transferred to the reversing machine 706, and reversed by the reversing machine 706. The inverted semiconductor substrate W is picked up by the first robot 703 and placed in the third cleaning machine 704. In the third cleaning machine 704, the surface of the semiconductor substrate W is cleaned by jetting megasonic water excited by ultrasonic vibration. At that time, the surface of the semiconductor substrate W may be cleaned with a known pencil-type sponge using a cleaning liquid obtained by adding a surfactant, a chelating agent, or a pH adjuster to pure water. Thereafter, the semiconductor substrate W is dried by spin drying.
As described above, when the film thickness is measured by the film thickness measuring device 711-4 provided in the vicinity of the polishing table 711-1, the film is stored in the cassette placed on the unload port of the load / unload unit 701 as it is.
[0136]
FIG. 42 is a diagram showing a planar configuration of another semiconductor substrate processing apparatus. The semiconductor substrate processing apparatus is different from the semiconductor substrate processing apparatus shown in FIG. 41 in that a lid plating unit 750 is provided instead of the copper plating unit 702 shown in FIG.
The cassette 701-1 containing the semiconductor substrate W on which the copper film is formed is placed on the load / unload unit 701. The semiconductor substrate W is taken out from the cassette 701-1 and transferred to the first polishing apparatus 710 or the second polishing apparatus 711, where the surface of the copper film is polished. After the polishing is completed, the semiconductor substrate W is transferred to the first cleaning machine 709 and cleaned.
[0137]
The semiconductor substrate W cleaned by the first cleaning machine 709 is transported to the lid plating unit 750, where a protective film is formed on the surface of the copper plating film, whereby the copper plating film is oxidized in the atmosphere. Is prevented. The semiconductor substrate W that has been subjected to lid plating is transported from the lid plating unit 750 to the second cleaning machine 707 by the second robot 708, where it is cleaned with pure water or deionized water. The cleaned semiconductor substrate W is returned to the cassette 701-1 placed on the load / unload unit 701.
[0138]
FIG. 43 is a diagram showing a planar configuration of still another semiconductor substrate processing apparatus. The semiconductor substrate processing apparatus is different from the semiconductor substrate processing apparatus shown in FIG. 42 in that an annealing unit 751 is provided instead of the first cleaning machine 709 shown in FIG.
As described above, the semiconductor substrate W polished by the first polishing apparatus 710 or the second polishing apparatus 711 and cleaned by the second cleaning machine 707 is transferred to the lid plating unit 750 where the surface of the copper plating film The lid is plated. The semiconductor substrate W subjected to the lid plating is transported from the lid plating unit 750 to the third cleaning machine 704 by the first robot 703 and cleaned there.
[0139]
The semiconductor substrate W cleaned by the first cleaning machine 709 is transferred to the annealing unit 751 where it is annealed. Thereby, the copper plating film is alloyed and the electron migration resistance of the copper plating film is improved. The annealed semiconductor substrate W is transferred from the annealing unit 751 to the second cleaning machine 707, where it is cleaned with pure water or deionized water. The cleaned semiconductor substrate W is returned to the cassette 701-1 placed on the load / unload unit 701.
[0140]
FIG. 44 is a diagram showing another planar arrangement configuration of the substrate processing apparatus. 44, the same reference numerals as those in FIG. 41 denote the same or corresponding parts. In this substrate polishing apparatus, a pusher indexer 725 is disposed close to the first polishing apparatus 710 and the second polishing apparatus 711, and substrate mounting tables 721 and 722 are disposed in the vicinity of the third cleaning machine 704 and the copper plating unit 702, respectively. The robot 723 is disposed in the vicinity of the first cleaning machine 709 and the third cleaning machine 704, the robot 724 is disposed in the vicinity of the second cleaning machine 707 and the copper plating unit 702, and the load / unload unit 701 A dry state film thickness measuring device 713 is disposed in the vicinity of the first robot 703.
[0141]
In the substrate processing apparatus having the above configuration, the first robot 703 takes out the semiconductor substrate W from the cassette 701-1 placed on the load port of the load / unload unit 701, and uses the dry state film thickness measuring device 713 to barrier layer Then, after measuring the film thickness of the seed layer, the semiconductor substrate W is mounted on the substrate mounting table 721. When the dry state film thickness measuring device 713 is provided in the hand of the first robot 703, the film thickness is measured and placed on the substrate platform 721. The second robot 723 transfers the semiconductor substrate W on the substrate mounting table 721 to the copper plating unit 702 to form a copper plating film. After the formation of the copper plating film, the film thickness of the copper plating film is measured by a film thickness measuring device 712 before and after plating. Thereafter, the second robot 723 transfers the semiconductor substrate W to the pusher indexer 725 and mounts it.
[0142]
[Series mode]
In the series mode, the top ring head 710-2 sucks the semiconductor substrate W on the pusher indexer 725, transfers it to the polishing table 710-1, and presses the semiconductor substrate W against the polishing surface on the polishing table 710-1. To polish. The polishing end point is detected by the same method as described above, and the semiconductor substrate W after the polishing is transferred to the pusher indexer 725 by the top ring head 710-2 and mounted. The semiconductor substrate W is taken out by the second robot 723, loaded into the first cleaning machine 709, cleaned, and then transferred to the pusher indexer 725 for mounting.
[0143]
The top ring head 711-2 adsorbs the semiconductor substrate W on the pusher indexer 725, transfers it to the polishing table 711-1 and presses the semiconductor substrate W against the polishing surface to perform polishing. The polishing end point is detected by the same method as described above, and the semiconductor substrate W after polishing is transferred to the pusher indexer 725 by the top ring head 711-2 and mounted. The third robot 724 picks up the semiconductor substrate W, measures the film thickness with the film thickness measuring device 726, and then carries it into the second cleaning device 707 for cleaning. Subsequently, it is carried into the third cleaning machine 704, cleaned here, and then dried by spin drying. Thereafter, the semiconductor substrate W is picked up by the third robot 724 and placed on the substrate mounting table 722.
[0144]
[Parallel mode]
In the parallel mode, the top ring head 710-2 or 711-2 sucks the semiconductor substrate W on the pusher indexer 725, transfers it to the polishing table 710-1 or 711-1, and the polishing table 710-1 or 711-1. The semiconductor substrate W is pressed against the upper polishing surface to perform polishing. After measuring the film thickness, the third robot 724 picks up the semiconductor substrate W and places it on the substrate mounting table 722.
The first robot 703 transfers the semiconductor substrate W on the substrate mounting table 722 to the dry state film thickness measuring device 713, measures the film thickness, and then returns it to the cassette 701-1 of the load / unload unit 701.
[0145]
FIG. 45 is a diagram showing another planar arrangement configuration of the substrate processing apparatus. This substrate processing apparatus is a substrate processing apparatus that forms a circuit wiring by forming a seed layer and a copper plating film on a semiconductor substrate W on which a seed layer is not formed, and polishing it.
In this substrate polishing apparatus, a pusher indexer 725 is disposed close to the first polishing apparatus 710 and the second polishing apparatus 711, and the substrate mounting table 721, 722, a robot 723 is disposed in proximity to the seed layer deposition unit 727 and the copper plating unit 702, a robot 724 is disposed in the vicinity of the first cleaning machine 709 and the second cleaning machine 707, and load / unload is further performed. A dry film thickness measuring device 713 is disposed in the vicinity of the load unit 701 and the first robot 703.
[0146]
The semiconductor substrate W on which the barrier layer is formed is taken out from the cassette 701-1 placed on the load port of the load / unload unit 701 by the first robot 703 and placed on the substrate platform 721. Next, the second robot 723 transports the semiconductor substrate W to the seed layer deposition unit 727 and deposits a seed layer. The seed layer is formed by electroless plating. The second robot 723 measures the film thickness of the seed layer with a film thickness measuring device 712 before and after plating the semiconductor substrate on which the seed layer is formed. After film thickness measurement, it is carried into the copper plating unit 702 and a copper plating film is formed.
[0147]
After forming the copper plating film, the film thickness is measured and transferred to the pusher indexer 725. The top ring 710-2 or 711-2 sucks the semiconductor substrate W on the pusher indexer 725, and transfers it to the polishing table 710-1 or 711-1 for polishing. After the polishing, the top ring 710-2 or 711-2 transfers the semiconductor substrate W to the film thickness measuring device 710-4 or 711-4, measures the film thickness, and transfers the semiconductor substrate W to the pusher indexer 725.
[0148]
Next, the third robot 724 picks up the semiconductor substrate W from the pusher indexer 725 and carries it into the first cleaning machine 709. The third robot 724 picks up the cleaned semiconductor substrate W from the first cleaning machine 709, loads it into the second cleaning machine 707, and places the cleaned and dried semiconductor substrate on the substrate mounting table 722. Next, the first robot 703 picks up the semiconductor substrate W, measures the film thickness with the dry state film thickness measuring device 713, and stores it in the cassette 701-1 placed on the unload port of the load / unload unit 701. To do.
[0149]
Also in the substrate processing apparatus shown in FIG. 45, a circuit layer can be formed by polishing a barrier layer, a seed layer, and a copper plating film on a semiconductor substrate W on which contact holes or grooves of a circuit pattern are formed. it can.
The cassette 701-1 containing the semiconductor substrate W before forming the barrier layer is placed on the load port of the load / unload unit 701. Then, the semiconductor substrate W is taken out from the cassette 701-1 placed on the load port of the load / unload unit 701 by the first robot 703 and placed on the substrate platform 721. Next, the second robot 723 transports the semiconductor substrate W to the seed layer deposition unit 727 and deposits a barrier layer and a seed layer. The barrier layer and the seed layer are formed by electroless plating. The second robot 723 measures the film thickness of the barrier layer and the seed layer formed on the semiconductor substrate W by the film thickness measuring device 712 before and after plating. After film thickness measurement, it is carried into the copper plating unit 702 and a copper plating film is formed.
[0150]
FIG. 46 is a diagram showing another planar arrangement configuration of the substrate processing apparatus. This substrate processing apparatus includes a barrier layer deposition unit 811, a seed layer deposition unit 812, a plating unit 813, an annealing unit 814, a first cleaning unit 815, a bevel / back surface cleaning unit 816, a lid plating unit 817, and a second cleaning unit. 818, a first aligner / film thickness measuring device 841, a second aligner / film thickness measuring device 842, a first substrate reversing device 843, a second substrate reversing device 844, a temporary substrate table 845, a third film thickness measuring device 846, A load / unload unit 820, a first polishing device 821, a second polishing device 822, a first robot 831, a second robot 832, a third robot 833, and a fourth robot 834 are arranged. The film thickness measuring instruments 841, 842, and 846 are units and have the same size as the frontage dimensions of other units (units such as plating, cleaning, and annealing), and can be interchanged.
In this example, the barrier layer film forming unit 811 can be an electroless Ru plating apparatus, the seed layer film forming unit 812 can be an electroless copper plating apparatus, and the plating unit 813 can be an electrolytic plating apparatus.
[0151]
FIG. 47 is a flowchart showing the flow of each process in the substrate processing apparatus. Each step in this apparatus will be described according to this flowchart. First, the semiconductor substrate taken out from the cassette 820a placed on the load / unload unit 820 by the first robot 831 is placed in the first aligner / film thickness measurement unit 841 with the surface to be plated facing up. Here, in order to determine a reference point for a position at which film thickness measurement is performed, notch alignment for film thickness measurement is performed, and then film thickness data of the semiconductor substrate before the formation of the copper film is obtained.
[0152]
Next, the semiconductor substrate is transferred to the barrier layer deposition unit 811 by the first robot 831. This barrier layer forming unit 811 is an apparatus for forming a barrier layer on a semiconductor substrate by electroless Ru plating, and is an interlayer insulating film (for example, SiO 2) of a semiconductor device.₂Ru is deposited as a copper diffusion preventing film on the film. The semiconductor substrate dispensed through the cleaning and drying steps is transferred to the first aligner / film thickness measurement unit 841 by the first robot 831 and the thickness of the semiconductor substrate, that is, the thickness of the barrier layer is measured.
[0153]
The semiconductor substrate whose film thickness has been measured is carried into the seed layer deposition unit 812 by the second robot 832, and a seed layer is deposited on the barrier layer by electroless copper plating. The semiconductor substrate discharged through the cleaning and drying process is transferred to the second aligner / film thickness measuring instrument 842 to determine the notch position before being transferred to the plating unit 813 which is an impregnation plating unit by the second robot 832. It is transported to align the notches for copper plating. Here, if necessary, the film thickness of the semiconductor substrate before forming the copper film may be measured again.
[0154]
The semiconductor substrate on which the notch alignment is completed is transported to the plating unit 813 by the third robot 833 and subjected to copper plating. The semiconductor substrate dispensed through the cleaning and drying processes is transferred to the bevel / back surface cleaning unit 816 by the third robot 833 in order to remove an unnecessary copper film (seed layer) at the end of the semiconductor substrate. The bevel / back surface cleaning unit 816 etches the bevel for a preset time and cleans the copper adhering to the back surface of the semiconductor substrate with a chemical solution such as hydrofluoric acid. At this time, before transporting to the bevel / back surface cleaning unit 816, the thickness of the semiconductor substrate is measured by the second aligner / film thickness measuring instrument 842 to obtain the value of the copper film thickness formed by plating. In addition, depending on the result, the bevel etching time may be arbitrarily changed for etching. Note that a region etched by bevel etching is a region where a circuit is not formed at the peripheral portion of the substrate, or a region which is not finally used as a chip even if a circuit is formed. This region includes a bevel portion.
[0155]
The semiconductor substrate discharged after the cleaning and drying process by the bevel / back surface cleaning unit 816 is transferred to the substrate reversing machine 843 by the third robot 833, reversed by the substrate reversing machine 843, and the surface to be plated is moved downward. After being directed, the fourth robot 834 is put into the annealing unit 814 to stabilize the wiring portion. Before the annealing treatment and / or after the treatment, it is carried into the second aligner and film thickness measuring unit 842, and the film thickness of the copper film formed on the semiconductor substrate is measured. Thereafter, the semiconductor substrate is carried into the first polishing apparatus 821 by the fourth robot 834, and the copper layer and seed layer of the semiconductor substrate are polished.
[0156]
At this time, desired abrasive grains and the like are used, but fixed abrasive grains can also be used in order to prevent dishing and to obtain surface flatness. After completion of the first polishing, the semiconductor substrate is transferred to the first cleaning unit 815 by the fourth robot 834 and cleaned. This cleaning is a scrub cleaning in which rolls having substantially the same length as the semiconductor substrate diameter are disposed on the front and back surfaces of the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate and the roll are rotated while flowing pure water or deionized water. .
[0157]
After the first cleaning is completed, the semiconductor substrate is carried into the second polishing apparatus 822 by the fourth robot 834, and the barrier layer on the semiconductor substrate is polished. At this time, desired abrasive grains and the like are used, but fixed abrasive grains can also be used in order to prevent dishing and to obtain surface flatness. After completion of the second polishing, the semiconductor substrate is transferred again to the first cleaning unit 815 by the fourth robot 834 and scrubbed. After completion of the cleaning, the semiconductor substrate is conveyed to the second substrate reversing machine 844 by the fourth robot 834 and reversed, and the surface to be plated is directed upward, and further placed on the temporary substrate placement table 845 by the third robot 833.
[0158]
The semiconductor substrate is transported from the temporary substrate stand 845 to the lid plating unit 817 by the second robot 832, and nickel / boron plating is performed on the copper surface for the purpose of preventing oxidation of copper by the atmosphere. The semiconductor substrate that has been subjected to lid plating is carried into the third film thickness measuring instrument 846 from the lid plating unit 817 by the second robot 832 and the copper film thickness is measured. Thereafter, the semiconductor substrate is carried into the second cleaning unit 818 by the first robot 831 and cleaned with pure water or deionized water. The cleaned semiconductor substrate is returned to the cassette 820a placed on the load / unload unit 820 by the platform 1 robot 831.
The aligner / film thickness measuring device 841 and the aligner / film thickness measuring device 842 position the substrate notch and measure the film thickness.
[0159]
The bevel / back surface cleaning unit 816 can simultaneously perform edge (bevel) copper etching and back surface cleaning, and can suppress the growth of a natural oxide film of copper in the circuit forming portion on the substrate surface. FIG. 48 shows a schematic diagram of the bevel / back surface cleaning unit 816. As shown in FIG. 48, the bevel / back surface cleaning unit 816 is positioned inside the bottomed cylindrical waterproof cover 920 and spin-chucked at a plurality of locations along the circumferential direction of the peripheral portion of the substrate W face up. A substrate holding unit 922 that is horizontally held by 921 and rotates at high speed, a center nozzle 924 disposed substantially above the center of the surface side of the substrate W held by the substrate holding unit 922, and a peripheral portion of the substrate W An edge nozzle 926 disposed above. The center nozzle 924 and the edge nozzle 926 are disposed downward. In addition, a back nozzle 928 is disposed upward and positioned substantially below the center of the back 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.
[0160]
The movement width L of the edge nozzle 926 can be arbitrarily positioned from the outer peripheral end surface of the substrate toward the center, and a set value is input in accordance with the size of the substrate W, the purpose of use, and the like. Usually, the edge cut width C is set in the range of 2 mm to 5 mm, and the copper film within the set cut width C is removed if the amount of liquid flowing from the back surface to the front surface is not a problem. be able to.
[0161]
Next, a cleaning method using this cleaning apparatus will be described. First, the semiconductor substrate W is horizontally rotated integrally with the substrate holding unit 922 while the substrate is held horizontally by the substrate holding unit 922 via the spin chuck 921. In this state, an acid solution is supplied from the center nozzle 924 to the central portion on the surface side of the substrate W. The acid solution may be any non-oxidizing acid such as hydrofluoric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, citric acid, or succinic acid. On the other hand, the oxidant solution is continuously or intermittently supplied from the edge nozzle 926 to the peripheral edge of the substrate W. As the oxidant solution, ozone water, hydrogen peroxide water, nitric acid water, sodium hypochlorite water, or the like is used, or a combination thereof is used.
[0162]
As a result, in the region of the edge cut width C at the peripheral edge of the semiconductor substrate W, the copper film or the like formed on the upper surface and the end surface is rapidly oxidized with the oxidant solution and simultaneously supplied from the center nozzle 924 to the entire surface of the substrate. It is etched away by an acid solution that spreads out. In this way, by mixing the acid solution and the oxidant solution at the peripheral edge of the substrate, a steeper etching profile can be obtained as compared to supplying the mixed water from the nozzle in advance. At this time, the etching rate of copper is determined by their concentration. Further, when a copper natural oxide film is formed on the circuit forming portion on the surface of the substrate, the natural oxide is immediately removed by an acid solution that spreads over the entire surface of the substrate as the substrate rotates, and grows. There is nothing. Note that 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 to oxidize silicon exposed on the surface and suppress the adhesion of copper. be able to.
[0163]
On the other hand, the oxidizing agent solution and the silicon oxide film etching agent are supplied simultaneously or alternately from the back nozzle 928 to the center of the back surface of the substrate. As a result, copper or the like adhering to the back surface side of the semiconductor substrate W can be removed by oxidizing the silicon on the substrate together with the oxidant solution and etching with the silicon oxide etchant. It is preferable to use the same oxidant solution as the oxidant solution supplied to the surface in order to reduce the types of chemicals. Also, hydrofluoric acid can be used as the silicon oxide film etchant, and the number of chemicals can be reduced if hydrofluoric acid is used for the acid solution on the surface side of the substrate. As a result, a hydrophobic surface is obtained if the oxidant supply is stopped first, and a saturated surface (hydrophilic surface) is obtained if the etchant solution is stopped first, and the back surface is adjusted according to the requirements of the subsequent process. You can also
[0164]
After supplying the acid solution, that is, the etching solution to the substrate in this way to remove the metal ions remaining on the surface of the substrate W, the pure water is further supplied to perform pure water replacement, and then the etching solution is removed. Spin drying. In this way, the removal of the copper film within the edge cut width C at the peripheral edge portion of the semiconductor substrate surface and the removal of copper contamination on the back surface are simultaneously performed, and this process can be completed within 80 seconds, for example. The edge cut width of the edge can be arbitrarily set (2 mm to 5 mm), but the time required for etching does not depend on the cut width.
[0165]
Performing the annealing process before the CMP process after plating has a good effect on the subsequent CMP process and the electrical characteristics of the wiring. Observing the surface of a wide wiring (unit of several μm) after CMP treatment without annealing showed many defects such as microvoids, which increased the electrical resistance of the entire wiring. The increase in was improved. In the case of no annealing, voids were not seen in the thin wiring, which may be related to the degree of grain growth. In other words, grain growth is unlikely to occur with thin wiring, but with wide wiring, the grain growth is accompanied by grain growth and the ultrafine fineness that cannot be seen with a scanning electron microscope (SEM) in the plating film during the process of grain growth. It can be inferred that a recess for a microvoid has occurred in the upper part of the wiring by moving upward while the pores gather. As the annealing conditions of the annealing unit, hydrogen was added (2% or less) in the gas atmosphere, and the temperature was about 300 to 400 ° C., and the above effect was obtained in 1 to 5 minutes.
[0166]
51 and 52 show the annealing unit 814. FIG. This annealing unit 814 is located inside a chamber 1002 having a gate 1000 for taking in and out the semiconductor substrate W, a hot plate 1004 for heating the semiconductor substrate W to 400 ° C., for example, and a semiconductor substrate W by flowing cooling water, for example. The cool plate 1006 for cooling is arranged vertically. In addition, a plurality of elevating pins 1008 that pass through the inside of the cool plate 1006 and extend in the vertical direction and place and hold the semiconductor substrate W on the upper end are arranged to be movable up and down. Further, a gas introduction pipe 1010 for introducing an antioxidation gas between the semiconductor substrate W and the hot plate 1008 at the time of annealing, and the gas introduction pipe 1010 introduces and flows between the semiconductor substrate W and the hot plate 1004. Gas exhaust pipes 1012 for exhausting the exhausted gas are arranged at positions facing each other across the hot plate 1004.
[0167]
The gas introduction pipe 1010 has an N filter 1014a inside.₂N flowing in the gas introduction path 1016₂Gas and H with filter 1014b inside₂H flowing in the gas introduction path 1018₂The gas is mixed in a mixer 1020 and connected to a mixed gas introduction path 1022 through which the gas mixed in the mixer 1020 flows.
[0168]
Thus, the semiconductor substrate W carried into the chamber 1002 through the gate 1000 is held by the lift pins 1008, and the distance between the semiconductor substrate W holding the lift pins 1008 by the lift pins 1008 and the hot plate 1004 is, for example, 0. The height is raised to about 1 to 1.0 mm. In this state, the semiconductor substrate W is heated through the hot plate 1004 to 400 ° C., for example, and at the same time, an antioxidation gas is introduced from the gas introduction pipe 1010 so that the gap between the semiconductor substrate W and the hot plate 1004 is increased. To exhaust from the gas exhaust pipe 1012. As a result, the semiconductor substrate W is annealed while preventing oxidation, and this annealing is continued, for example, for several tens of seconds to 60 seconds, thereby terminating the annealing. The heating temperature of the substrate is selected from 100 to 600 ° C.
[0169]
After the annealing, the elevating pins 1008 are lowered until the distance between the semiconductor substrate W holding the elevating pins 1008 and the cool plate 1006 becomes, for example, about 0 to 0.5 mm. In this state, by introducing cooling water into the cool plate 1006, the semiconductor substrate is cooled, for example, for about 10 to 60 seconds until the temperature of the semiconductor substrate W becomes 100 ° C. or lower. To the next process.
In this example, N is used as an antioxidant gas.₂Gas and several percent H₂The gas mixture is made to flow, but N₂You may make it flow only gas.
[0170]
FIG. 49 is a schematic configuration diagram of an electroless plating apparatus. As shown in FIG. 49, this electroless plating apparatus includes a holding means 911 for holding a semiconductor substrate W as a member to be plated on its upper surface, and a surface to be plated (upper surface) of the semiconductor substrate W held by the holding means 911. And a shower head 941 for supplying a plating solution to the plated surface of the semiconductor substrate W whose peripheral portion is sealed by the dam member 931. The electroless plating apparatus is further installed in the vicinity of the upper outer periphery of the holding means 911, a cleaning liquid supply means 951 for supplying a cleaning liquid to the surface to be plated of the semiconductor substrate W, and a recovery container for recovering the discharged cleaning liquid and the like (plating waste liquid) 961, a plating solution recovery nozzle 965 that sucks and recovers the plating solution held on the semiconductor substrate W, and a motor M that rotationally drives the holding unit 911. Hereinafter, each member will be described.
[0171]
The holding means 911 is provided with a substrate mounting portion 913 for mounting and holding the semiconductor substrate W on the upper surface thereof. The substrate mounting portion 913 is configured to place and fix the semiconductor substrate W, and specifically, a vacuum suction mechanism (not shown) that vacuum-sucks the semiconductor substrate W to the back side thereof is installed. . On the other hand, on the back surface side of the substrate mounting portion 913, a back surface heater 915 that is planar and warms the plated surface of the semiconductor substrate W from the lower surface side is installed. This back surface heater 915 is comprised by the rubber heater, for example. The holding means 911 is configured to be rotated by a motor M and to be moved up and down by a lifting means (not shown).
The weir member 931 has a cylindrical shape, and a seal portion 933 that seals the outer peripheral edge of the semiconductor substrate W is provided at a lower portion thereof, and is installed so as not to move up and down from the illustrated position.
[0172]
The shower head 941 has a structure in which the supplied plating solution is dispersed in a shower shape and supplied to the surface to be plated of the semiconductor substrate W substantially uniformly by providing a number of nozzles at the tip. The cleaning liquid supply unit 951 has a structure for ejecting the cleaning liquid from the nozzle 953.
The plating solution recovery nozzle 965 is configured to be able to move up and down and turn, and its tip descends to the inside of the weir member 931 at the peripheral edge of the upper surface of the semiconductor substrate W so as to suck the plating solution on the semiconductor substrate W. It is configured.
[0173]
Next, the operation of this electroless plating apparatus will be described. First, the holding means 911 is lowered from the state shown in the figure to provide a gap with a predetermined dimension between the dam member 931 and the semiconductor substrate W is placed and fixed on the substrate platform 913. As the semiconductor substrate W, for example, a φ8 inch substrate is used.
Next, the holding means 911 is raised and its upper surface is brought into contact with the lower surface of the dam member 931 as shown in the figure, and at the same time, the outer periphery of the semiconductor substrate W is sealed by the seal portion 933 of the dam member 931. At this time, the surface of the semiconductor substrate W is in an open state.
[0174]
Next, the semiconductor substrate W itself is directly heated by the back surface heater 915, for example, the temperature of the semiconductor substrate W is set to 70 ° C. (maintained until the end of plating), and then heated from the shower head 941 to, for example, 50 ° C. The plating solution is ejected and poured onto substantially the entire surface of the semiconductor substrate W. Since the surface of the semiconductor substrate W is surrounded by the dam member 931, all of the injected plating solution is held on the surface of the semiconductor substrate W. The amount of the plating solution to be supplied may be a small amount so as to be 1 mm thick (about 30 ml) on the surface of the semiconductor substrate W. The depth of the plating solution retained on the surface to be plated may be 10 mm or less, and may be 1 mm as in this example. If a small amount of plating solution is supplied as in this example, a heating device for heating the plating solution can be small. In this example, since the temperature of the semiconductor substrate W is heated to 70 ° C. and the temperature of the plating solution is heated to 50 ° C., the surface to be plated of the semiconductor substrate W becomes, for example, 60 ° C. Can be at the optimum temperature. If the semiconductor substrate W itself is heated in this way, the temperature of the plating solution that requires a large amount of power consumption for heating does not have to be raised so high. Therefore, it is possible to prevent the material from changing. The power consumption for heating the semiconductor substrate W itself may be small, and since the amount of the plating solution stored on the semiconductor substrate W is small, the heat of the semiconductor substrate W by the back surface heater 915 can be easily maintained. The capacity is small and the apparatus can be made compact. If means for directly cooling the semiconductor substrate W itself is used, it is possible to change the plating conditions by switching between heating and cooling during plating. Since the plating solution held on the semiconductor substrate is small, temperature control can be performed with high sensitivity.
[0175]
Then, the semiconductor substrate W is instantaneously rotated by the motor M to uniformly wet the surface to be plated, and then the surface to be plated is plated while the semiconductor substrate W is stationary. Specifically, the semiconductor substrate W is rotated at 100 rpm or less for 1 second so that the surface to be plated of the semiconductor substrate W is uniformly wetted with a plating solution, and then is kept stationary to perform electroless plating for 1 minute. The instantaneous rotation time is at most 10 sec.
[0176]
After the plating process is completed, the tip of the plating solution recovery nozzle 965 descends to the vicinity of the inside of the weir member 931 at the peripheral edge of the surface of the semiconductor substrate W, and the plating solution is sucked. At this time, if the semiconductor substrate W is rotated at a rotational speed of, for example, 100 rpm or less, the plating solution remaining on the semiconductor substrate W can be collected in the portion of the dam member 931 on the peripheral edge of the semiconductor substrate W by centrifugal force. The plating solution can be recovered with good and high recovery rate. Then, the holding means 911 is lowered to separate the semiconductor substrate W from the dam member 931, and the rotation of the semiconductor substrate W is started, so that the cleaning liquid (ultra pure water) is applied to the surface of the semiconductor substrate W from the nozzle 953 of the cleaning liquid supply means 951. By spraying and cooling the surface to be plated, the electroless plating reaction is stopped by diluting and washing. At this time, the weir member 931 may be simultaneously cleaned by applying the cleaning liquid sprayed from the nozzle 953 to the weir member 931 as well. The plating waste liquid at this time is collected in the collection container 961 and discarded.
[0177]
In addition, the plating solution that has been used once is not reused but disposable. As described above, since the amount of the plating solution used in this apparatus can be very small as compared with the conventional case, the amount of the plating solution to be discarded is small even without being reused. In some cases, the plating solution recovery nozzle 965 may not be installed, and the used plating solution may be recovered in the recovery container 961 as a plating waste solution together with the cleaning solution.
Then, after the semiconductor substrate W is rotated at high speed by the motor M and spin-dried, it is taken out from the holding means 911.
[0178]
FIG. 50 is a schematic configuration diagram of another electroless plating apparatus. In FIG. 50, the difference from the above example is that a lamp heater (heating means) 917 is installed above the holding means 911 instead of providing the back surface heater 915 in the holding means 911. 941-2 is integrated. That is, for example, a plurality of ring-shaped lamp heaters 917 having different radii are installed concentrically, and a number of nozzles 943-2 of the shower head 941-2 are opened in a ring shape from the gap between the lamp heaters 917. The lamp heater 917 may be constituted by a single spiral lamp heater, or may be constituted by lamp heaters having various other structures and arrangements.
[0179]
Even in such a configuration, the plating solution can be supplied almost uniformly in a shower shape from the nozzles 943-2 onto the surface to be plated of the semiconductor substrate W, and the heating and heat insulation of the semiconductor substrate W can be directly performed by the lamp heater 917. Can be done uniformly. In the case of the lamp heater 917, in addition to the semiconductor substrate W and the plating solution, the surrounding air is also heated, so that there is an effect of keeping the semiconductor substrate W warm.
[0180]
Note that in order to directly heat the semiconductor substrate W by the lamp heater 917, the lamp heater 917 having a relatively large power consumption is required. Instead, the lamp heater 917 having a relatively small power consumption and the back surface heater shown in FIG. In combination with 915, the semiconductor substrate W may be heated mainly by the back heater 915, and the plating solution and the surrounding air may be kept warm mainly by the lamp heater 917. Similarly to the above-described embodiment, a temperature control may be performed by providing means for directly or indirectly cooling the semiconductor substrate W.
[0181]
(Example 1)
As shown in FIG. 17, a depth D is formed on a silicon substrate 1 on which an impurity diffusion region (not shown) is formed by a CVD method using TEOS.₁Is about 1000 nm SiO₂Then, a wiring trench 4 having a depth of about 700 nm was formed in the insulating layer 2 by a known photoetching technique. Subsequently, a barrier layer 5 made of a TaN / Ta film having a thickness of 15 nm was deposited on the surface of the insulating layer 2 including the wiring trench 4 by a sputtering vapor deposition method, and then a seed layer 7 was formed thereon. Thereafter, a thickness T is formed on the substrate including the wiring groove 4 by an electrolytic copper plating method.₁A sample in which a copper film 6 having a thickness of about 900 nm was deposited was prepared. At this time, the copper film 6 on the substrate surface has the thickest thickness of about 900 nm at the local portion where the thin wiring grooves 4 are gathered, and the lowest thickness of about 400 nm at the upper portion of the groove having the wide opening surface. The difference D was about 500 nm.
[0182]
The sample is held on the polishing surface while holding the copper plating surface downward with the substrate holding portion 16a of the polishing apparatus 10a shown in FIG. 4 and rotating the sample and the polishing tool 22 in the opposite directions at a rotation speed of 90 rpm. 300 g / cm²The first polishing was performed in combination with electrolytic polishing using the sample copper film 6 as an anode in the following polishing liquid.
[0183]
As a polishing solution, 1.0% ammonium oxalate and 0.5% (85%) phosphoric acid are dissolved in pure water, pH is adjusted to 7.5 by adding aqueous ammonia, and the average particle size is 40 nm. Polishing is performed using 3.5% colloidal silica, 0.1% 8-hydroxyquinoline and 0.03% phenacetin, and supplying the polishing liquid so that the polishing surface of the substrate is immersed in this polishing liquid. Went. The temperature of the polishing liquid was adjusted so that the polished surface during operation was 25 ° C. ± 1 ° C.
[0184]
Here, the current density per copper surface area on the substrate is 2 A / dm as the current flowing between the copper film 6 of the sample and the cathode plate 20.²10 × 10^-3Energized for 2 seconds, also 10 × 10^-3A pulse current that stops for a second was used.
As a result of continuing the polishing for 60 seconds, the surplus copper film 6 deposited on the substrate was polished from 900 nm to about 300 nm, and the maximum step was flattened from 500 nm to 100 nm or less.
[0185]
Next, this sample was transferred to the polishing apparatus 10b shown in FIG. 6 to perform second polishing. At this time, the operating conditions of the polishing apparatus 10b and the polishing liquid were changed only in the same way as described above. That is, after the polishing apparatus 10b was operated and polishing of the copper surface was started, a voltage of 50 V was immediately applied between the cathode rod 40 and the anode rod 42.
When this second polishing was continued for 60 seconds, all of the excess copper film including the barrier layer 5 made of TaN film was removed, and SiO 2₂A substrate in which the insulating layer 2 and the surface of the copper film 6 in the wiring groove were flat was obtained.
[0186]
(Example 2)
A sample manufactured by the same method as in Example 1 is held by the substrate holding portion 16a of the polishing apparatus 10a shown in FIG. 4 with the copper plating surface facing downward, and the sample W and the polishing tool 22 are rotated by about 90 rpm in opposite directions. While rotating at a speed, 250 g / cm on the polishing surface²The first polishing was performed in combination with electrolytic polishing using the sample copper film 6 as an anode in the following polishing liquid.
[0187]
The polishing liquid is prepared by dissolving 1.0% ammonium oxalate and 2.0% (85%) phosphoric acid in pure water, adjusting the pH to 8.5 by adding ammonia water, and further having an average particle size of 40 nm. A colloidal silica (3.5%), 8-hydroxyquinoline (0.15%), and a nonionic surfactant (30 mg / L) dissolved therein are used, and the polishing liquid is so immersed that the polishing surface of the sample is immersed in the polishing liquid. Continuously fed.
[0188]
As a current flowing between the copper film 6 of the sample and the cathode plate 20, the current density per surface area of copper on the sample is 3 A / dm.²10 × 10^-3Energized for 2 seconds, also 10 × 10^-3Using a pulsed current that stops for 2 seconds, power was applied for 45 seconds.
When composite electropolishing was performed under these various conditions, the surplus copper film 6 deposited on the substrate was changed from 900 nm to 300 nm, the step was reduced from 500 nm to 100 nm or less, and flattening progressed.
[0189]
Subsequently, this sample was subjected to second polishing by a known method using a polishing liquid containing 8-hydroxyquinoline without using electrolysis together. That is, 350 g / cm between a substrate having a polishing surface held downward and a hard and soft double structure pad (for example, IC1000 / SUBA400 manufactured by Rodel Nitta Co.) mounted on an opposing turntable.²Polishing was performed by continuously supplying the following polishing liquid while rotating at a speed of 70 rpm in opposite directions while applying a polishing pressure of.
[0190]
As polishing liquid, ammonium oxalate 1.0%, hydrogen peroxide 10%, colloidal silica 5.0% having an average particle diameter of 40 nm, nonionic surfactant 30 mg / L, 5-methylbenzotriazole 0.05%, 8 -Hydroxyquinoline having a composition of 0.1% was used. The surface of the copper film 6 is covered with a brittle film of oxine copper produced by the reaction between 8-hydroxyquinoline and copper, and the convex portions are selectively removed, so that the planarization further proceeds with the progress of polishing. It was advanced.
[0191]
Then, when the excess copper film 6 deposited on the substrate is polished and the barrier layer 5 made of TaN / Ta film is exposed, the copper surface is protected by an inhibitor (5-methylbenzotriazole) that generates a protective film, The barrier layer 5 was etched back smoothly by the action of the organic acid and hydrogen peroxide. As a result, when polishing is completed, SiO₂The insulating layer 2 and the surface of the copper film 6 in the wiring trench are substantially flat, and as shown by the phantom line in FIG. 17, both the dishing depth A and the erosion depth B are kept within the range of 20 to 50 nm. I was able to.
[0192]
(Example 3)
By the same method as in Example 1, the film thickness T was formed on the silicon substrate.₁A sample on which a copper film 6 having a thickness of about 1200 nm was deposited was prepared and polished in two steps. The maximum step D of the copper film 6 was 600 nm.
[0193]
First, as in Example 2, the sample was held with the copper plating surface facing downward on the substrate holding portion 16a of the polishing apparatus 10a shown in FIG. 4, and the sample and the polishing tool 22 were rotated at a rotational speed of about 90 rpm in opposite directions. While rotating, the polishing surface is 250 g / cm²The first polishing was carried out using the electrolytic polishing using the copper film 6 of the sample as an anode in the following polishing liquid.
As a polishing solution, 5.0% of phosphoric acid (85%) is dissolved in pure water, pH is adjusted to 6.5 by adding ammonia water, and 2.0% of γ-alumina having an average particle size of 30 nm. Similarly, 40% colloidal silica 2.0%, 8-hydroxyquinoline 0.15%, nonionic surfactant 50 mg / L, and propylene urea 0.1% were used.
[0194]
Here, as a current to be passed between the copper film 6 of the sample and the cathode plate 20, the current density per copper surface area on the substrate is 4 A / dm.²10 × 10^-3Energized for 2 seconds, also 10 × 10^-3A composite electropolishing between 55 was performed using a pulsed current that stopped for a second.
As a result, the excess copper film 6 deposited on the substrate was polished from 1200 nm to 300 nm, and the polishing rate of the convex portion reached 1100 nm / min. Further, the maximum step was reduced from 600 nm to 100 nm or less, and a significant planarization effect was obtained.
[0195]
Subsequently, this sample was transferred to a separate CMP apparatus, and further planarized polishing was performed using a polishing liquid containing 8-hydroxyquinoline without using electropolishing together. That is, the sample held in the holder with the polishing surface facing down is placed on a polishing pad having a hard / soft structure mounted on the surface of the opposing turntable at 350 g / cm.²Polishing was performed while rotating at a rotational speed of 70 rpm in opposite directions while pressing at a pressure of. At this time, the following polishing liquid was continuously supplied to the polishing surface.
[0196]
As polishing liquid, ammonium oxalate 1.0%, ammonium phosphate 0.5%, gamma alumina 2.0%, colloidal silica with an average particle diameter of 40 nm, 3.0%, 8-hydroxyquinoline 0.1%, non-ion A surfactant having a composition of 30 mg / L, 5-methylbenzotriazole 0.05% was used. Since a brittle film of oxine copper was formed on the copper surface and the convex portions were selectively ground and removed, flattening was further promoted simultaneously with the progress of polishing.
[0197]
When the excess copper film 6 deposited on the substrate is polished and the barrier layer 5 made of TaN / Ta film is exposed, the copper surface is protected by oxine copper and an inhibitor, and the etch back of the barrier layer 5 is performed smoothly. When polishing is complete, SiO₂The product in which the insulating layer 2 and the copper surface in the wiring groove were substantially flat, and the occurrence of dishing and erosion was suppressed was obtained.
[0198]
(Example 4)
By the same method as in Example 1, the film thickness T was formed on the silicon substrate.₁A sample on which a copper film 6 having a thickness of about 1200 nm was deposited was prepared and polished in two steps. The maximum step D of the copper film 6 was 600 nm. Composite electropolishing of this sample was carried out in two steps, a first stage and a second stage. That is, in the previous step, the copper surface is used as an anode and composite electropolishing is performed by adding mechanical polishing together with electropolishing, and in the subsequent step, a high voltage is applied between the cathode and the anode disposed facing the substrate. By making the local surface approaching the cathode a pseudo anode by the bipolar phenomenon, the electrolytic polishing was performed in a composite manner while improving the solubility of copper.
[0199]
In the preceding polishing step, the sample is held on the substrate holding portion 16a of the polishing apparatus 10a shown in FIG. 4 with the copper plating surface facing downward, and the sample and the polishing tool 22 are rotated in opposite directions at a rotation speed of 90 rpm. , 250 g / cm on the polished surface²The first polishing was performed in combination with electrolytic polishing using the sample copper film 6 as an anode in the following polishing liquid.
[0200]
The polishing liquid was prepared by dissolving 5.0% of phosphoric acid (85%) in pure water, adding ammonia water to adjust the pH to 5.5, colloidal silica having 10% propylene glycol monomethyl ether and an average particle size of 40 nm. 5.0%, 8-hydroxyquinoline 0.15% and propylene urea 0.1% were used.
[0201]
Here, as a current to be passed between the copper film 6 of the sample and the cathode plate 20, the current density per copper surface area on the substrate is 3 A / dm.²10 × 10^-3Energized for 2 seconds, also 10 × 10^-3A pulse current that stops for a second was used.
As a result of continuing the polishing for 60 seconds, the surplus copper film 6 deposited on the substrate was polished from 1200 nm to about 300 nm, the maximum step was 600 nm to 100 nm or less, and a high planarization effect was obtained.
[0202]
Next, the subsequent polishing of the sample was performed under exactly the same conditions as in Example 1 using the polishing apparatus 10b shown in FIG. That is, as polishing liquid, 1.0% ammonium oxalate and 0.5% (85%) phosphoric acid are dissolved in pure water, and the pH is adjusted to 7.5 by adding ammonia water. 40% colloidal silica (3.5%), 8-hydroxyquinoline (0.1%), and phenacetin (0.03%) were used.
[0203]
When the polishing apparatus 10b was operated and polishing of the copper surface was started, a voltage of 30 to 70 volts was immediately applied between the cathode rod 40 and the anode rod 42 to conduct electricity. At this time, the convex portions on the copper surface were selectively subjected to the generation and removal of oxine copper, and were flattened simultaneously with the progress of polishing.
After applying the voltage for 40 seconds, the energization was stopped and the polishing was continued. At the completion of polishing after removal of the barrier layer 5 made of TaN / Ta film, SiO 2₂The copper surface in the insulating layer 2 and the wiring groove was almost flat, and a good polished surface was obtained.
[0204]
(Example 5)
By the same method as in Example 1, the film thickness T was formed on the silicon substrate.₁Was prepared by depositing a copper film 6 having a thickness of about 1500 nm, and this was polished in two steps. The maximum step D of the copper film 6 was 700 nm.
In the preceding polishing step, the sample is held by the substrate holding part 16a of the polishing apparatus 10a shown in FIG. 4 with the copper plating surface facing downward, and the sample and the polishing tool 22 are rotated in opposite directions at a rotation speed of 90 rpm. While the polishing surface is 200 g / cm²While applying the polishing pressure, the following polishing liquid was continuously supplied to immerse the polishing surface in the liquid, and composite electrolytic polishing was performed while applying the following pulse direct current with the surface to be polished as an anode.
[0205]
As a polishing solution, (85%) phosphoric acid 10% and propylene glycol monomethyl ether 20% are dissolved in pure water, and ammonia water is added to adjust the pH to 3.5. Further, 8-hydroxyquinoline 0.15% A solution in which 0.2% of propylene urea was dissolved was used.
Here, as a current to be passed between the copper film 6 of the sample and the cathode plate 20, the current density per copper surface area on the substrate is 6 A / dm.²10 × 10^-3Energized for 2 seconds, also 10 × 10^-3A pulse current that stops for a second was used.
[0206]
As a result of performing the composite electrolytic polishing for 65 seconds, the copper film 6 was changed from 1500 nm to 300 nm, and the polishing rate of the convex portion reached 1200 nm / min. In addition, the maximum level difference was 700 nm to 100 nm and a high planarization effect was obtained.
The polishing liquid that has flowed out of the polishing apparatus 10a is collected, filtered through a 100-micron, 5-micron, and 1-micron polypropylene cartridge filter connected in series to adjust the concentration of each component, and then returned to the polishing apparatus 10a. When supplied and used for polishing, no problems were found in the processing steps and the polishing results of the substrate.
[0207]
Subsequently, the subsequent polishing was performed under exactly the same conditions as in Example 2. That is, without using electrolysis together, a polishing liquid having the following composition containing 8-hydroxyquinoline was used, the polishing surface was held downward according to a known CMP method, and the hard and 350 g / cm between the soft double structure polishing pad²The flattening polishing was performed while rotating at a speed of 70 rpm in opposite directions.
[0208]
As polishing liquid, ammonium oxalate 1.0%, hydrogen peroxide 10%, colloidal silica 5.0% in average particle diameter of 40 nm, nonionic surfactant 30 mg / L, 5-methylbenzotriazole 0.05%, 8- Hydroxyquinoline having a composition of 0.1% was used and continuously supplied from the polishing liquid supply unit 32 to the polishing surface.
In the subsequent polishing step, a brittle film of oxine copper was generated on the surface of the copper film, and the convex portions were selectively removed and generated repeatedly, so that the flattening was further advanced as the copper film was polished.
[0209]
When the polishing progresses, the excess copper film 6 deposited on the substrate is removed, and the barrier layer 5 made of TaN film is exposed, the copper surface is protected with an anti-corrosion film made of oxine copper and an inhibitor, and the barrier layer 5 is organic Etchback was performed smoothly by the action of acid and hydrogen peroxide. As a result, when polishing is completed, SiO₂The insulating layer 2 and the copper surface in the wiring groove were almost flat, and a product with dishing and erosion minimized was obtained.
[0210]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when performing planarization polishing of a stepped copper film excessively deposited on a substrate, insoluble and fragile oxine copper is generated on the copper film, and the convex portion is formed. By selectively grinding, high-efficiency flattening can be performed. In addition, the combined electrolytic polishing combined with electrolysis enables most of the excessively deposited copper film to be polished at a high speed, and the electrolytic action eliminates the use of an oxidizing agent in the polishing liquid. Stabilization and management can be facilitated, and the running cost can be reduced. Furthermore, in the previous stage of the polishing process, it is possible to omit the use of polishing abrasive grains, which allows the used polishing liquid to be collected and filtered, and then used again after adjusting the concentration, thus reducing the amount of waste liquid. It can be expected and is preferable for environmental conservation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the present invention.Used forIt is a graph which shows the relationship between the amount of copper reduction | decrease in polishing liquid, and immersion time.
FIG. 2 is also a graph showing the relationship between the interelectrode voltage and the electrolysis time.
FIG. 3 is also a graph showing the relationship between the electropolishing current, the amount of decrease in copper, and the electrolysis time.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an outline of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram schematically showing a state of polishing by the polishing apparatus shown in FIG. 4. FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an outline of a polishing apparatus according to another embodiment of the present invention.
7 is a diagram schematically showing a state of polishing by the polishing apparatus shown in FIG. 6. FIG.
8 is a plan layout view of a wiring forming apparatus including the polishing apparatus shown in FIGS. 4 and 6. FIG.
9 is a block diagram showing a flow of processing steps in the wiring forming apparatus shown in FIG. 8;
10 is a cross-sectional view showing an example of forming a wiring by the wiring forming apparatus shown in FIG. 8 in the order of steps.
FIG. 11 is a plan view showing a polishing apparatus according to still another embodiment of the present invention.
12 is a front view showing a substrate holding part used in the polishing apparatus shown in FIG. 11. FIG.
13 is a plan layout view of a wiring forming apparatus provided with the polishing apparatus shown in FIG. 11. FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing an outline of a polishing apparatus according to still another embodiment of the present invention.
15 is an enlarged plan view showing a part of an electrode plate of the polishing apparatus shown in FIG. 14;
FIG. 16 is a cross-sectional view showing an enlarged part.
FIG. 17 is a cross-sectional view of a sample used in Examples.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing an example of forming a copper wiring by copper plating in the order of steps.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing the entire plating process of an electroplating apparatus as a copper plating apparatus.
FIG. 20 is a plating solution flow chart showing the state of the plating solution flow.
FIG. 21 is a cross-sectional view showing the whole during non-plating (substrate delivery) in the same manner.
FIG. 22 is a cross-sectional view showing the whole during maintenance.
FIG. 23 is a cross-sectional view for explaining the relationship among the housing, the pressing ring, and the substrate when the substrate is delivered.
FIG. 24 is a partially enlarged view of FIG. 23;
FIG. 25 is also a diagram for explaining the flow of a plating solution during plating and during non-plating.
FIG. 26 is an enlarged cross-sectional view of the centering mechanism.
FIG. 27 is a cross-sectional view showing a power supply contact (probe).
FIG. 28 is a plan view showing another example of an electroplating apparatus as a copper plating apparatus.
FIG. 29 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 30 is a cross-sectional view of the substrate holding part and the cathode part in the same manner.
FIG. 31 is a cross-sectional view of an electrode arm portion in the same manner.
FIG. 32 is a plan view of the electrode arm portion with the housing removed.
FIG. 33 is a schematic view similarly showing an anode and a plating solution impregnated material.
FIG. 34 is a plan layout view showing the substrate processing apparatus.
35 is a view showing the flow of airflow in the substrate processing apparatus shown in FIG. 34. FIG.
36 is a view showing the air flow between the areas of the substrate processing apparatus shown in FIG. 34;
FIG. 37 is an external view showing an example in which the substrate processing apparatus shown in FIG. 34 is arranged in a clean room.
FIG. 38 is a plan layout view showing another example of the substrate processing apparatus.
FIG. 39 is a plan view showing still another example of the substrate processing apparatus.
FIG. 40 is a plan layout view showing still another example of the substrate processing apparatus.
FIG. 41 is a plan layout view showing still another example of the substrate processing apparatus.
FIG. 42 is a plan layout view showing still another example of the substrate processing apparatus.
FIG. 43 is a plan layout view showing still another example of the substrate processing apparatus.
FIG. 44 is a plan layout view showing still another example of the substrate processing apparatus.
FIG. 45 is a plan layout view showing still another example of the substrate processing apparatus.
FIG. 46 is a plan layout view showing still another example of the substrate processing apparatus.
47 is a flowchart showing the flow of each process in the substrate treatment apparatus shown in FIG. 46. FIG.
FIG. 48 is a schematic view showing a bevel / back surface cleaning unit.
FIG. 49 is a schematic view showing an example of an electroless plating apparatus.
FIG. 50 is a schematic view showing another example of an electroless plating apparatus.
FIG. 51 is a longitudinal front view showing an example of an annealing unit.
52 is a cross-sectional plan view of FIG. 51. FIG.
[Explanation of symbols]
2 Insulating layer
4 Wiring grooves
5 Barrier layer
6 Copper film
6a Oxin copper film
7 Seed layer
10a, 10b, 10c, 10d Polishing device
12 Polishing liquid
14 Polishing tank
16a, 16b, 76 Substrate holder
20 Cathode plate
20a long groove
22 Abrasive tool
26 Electrical contacts
30,48 Rectifier
32 Polishing liquid supply unit
42 Anode rod
44 Electrode plate
44a long groove
50 Polishing liquid regeneration unit
54 Load / Unload Club
58 Cleaning equipment
60 Annealing equipment
62 Washing and drying equipment
68 Conveyor
70 modules
72 Swivel arm
74 Electrode ring
78 Electrode ring attachment / detachment stage
140 Cathode rod
156 Copper plating equipment

Claims (11)

In polishing the surface of the substrate in which copper is formed on the surface and the copper is embedded in the fine recess,
Electropolishing the surface of the substrate in a polishing liquid containing one or more water-soluble inorganic acids or salts thereof, or one or more water-soluble organic acids or salts thereof, and one or more hydroxyquinolines;
Electrochemical / chemical / mechanical composite of polished surface containing copper, characterized by simultaneously grinding an oxine copper film formed on the copper surface by reacting with hydroxyquinolines added in the polishing liquid Polishing method. 2. The polishing method according to claim 1 , wherein the electrolytic polishing is performed by flowing one of direct current or pulse current or a superimposed current thereof. At electropolishing start, the polishing method according to claim 1 or 2, wherein the current density of the surface area of copper and performing electrolytic polishing by applying a current to be 0.5~5.0A / dm ^2. A large number of anodes and cathodes are alternately placed in the polishing liquid facing the copper deposited on the surface of the substrate, with the cathodes closer to the substrate than the anodes, and a voltage is applied between the anodes and the cathodes. The polishing method according to any one of claims 1 to 3 , wherein the oxine copper film is formed on the copper surface by applying the positive polarity of the copper surface generated by the bipolar phenomenon at this time. The electrode-to-electrode resistance between the cathode and the anode in the polishing liquid is 10 to 50 Ωcm, and the voltage applied between the cathode and the anode is 10 to 100 V. 4. The polishing method according to 4 . A polishing apparatus for polishing a surface of a substrate in which copper is formed on a surface and the copper is embedded in a fine recess,
Electropolishing using a polishing liquid containing one or more water-soluble inorganic acids or salts thereof, or one or more water-soluble organic acids or salts thereof, and one or more hydroxyquinolines, and hydroxy added to the polishing liquid A polishing apparatus characterized by simultaneously grinding an oxine copper film produced on a copper surface by reacting with quinolines. A substrate holder for holding the substrate downward;
A polishing tank that holds a polishing liquid containing one or more water-soluble inorganic acids or salts thereof, or a water-soluble organic acid or salts thereof, and one or more hydroxyquinolines;
A cathode plate disposed by being immersed in a polishing liquid held in the polishing tank;
A polishing tool disposed so as to be immersed in a polishing liquid held in the polishing tank so as to face the cathode plate;
A polishing apparatus comprising a relative movement mechanism for moving the substrate held by the substrate holding unit and the polishing tool relative to each other. 8. The polishing apparatus according to claim 7 , wherein a number of grooves extending continuously over the entire length are formed on the surface of the cathode plate. A substrate holder for holding the substrate;
A polishing tank for holding a polishing liquid containing one or more water-soluble inorganic acids or salts thereof, or a water-soluble organic acid or salts thereof, and one or more hydroxyquinolines;
An electrode plate in which a large number of anodes and cathodes are arranged alternately by bringing the cathode closer to the substrate held by the substrate holding unit than the anode and insulating it;
A power supply for applying a voltage between the anode and the cathode;
A polishing tool disposed so as to be immersed in a polishing liquid held in the polishing tank so as to face the electrode plate;
A polishing apparatus comprising a relative movement mechanism for moving the substrate held by the substrate holding unit and the polishing tool relative to each other. The polishing apparatus according to claim 9, wherein the surface of the electrode plate is provided with a number of grooves extending in the entire surface. A polishing apparatus according to claim 7, placed in a room and a polishing apparatus according to claim 9, wherein partitioned within the same module, by the movement of the substrate between the polishing apparatus pivot arm disposed within said module Polishing apparatus characterized by performing.

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