JP4010764B2 - 基板のめっき装置およびめっき方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板のめっき装置及び方法に係り、特に半導体基板に形成された微細配線パターン（窪み）に銅（Ｃｕ）等の金属を充填する等の用途の基板のめっき方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板上に配線回路を形成するための材料としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金が一般に用いられているが、集積度の向上に伴い、より伝導率の高い材料を配線材料に採用することが要求されている。このため、基板にめっき処理を施して、基板に形成された配線パターンに銅またはその合金を充填する方法が提案されている。
【０００３】
これは、配線パターンに銅またはその合金を充填する方法としては、ＣＶＤ（化学的蒸着）やスパッタリング等各種の方法が知られているが、金属層の材質が銅またはその合金である場合、即ち、銅配線を形成する場合には、ＣＶＤではコストが高く、またスパッタリングでは高アスペクト（パターンの深さの比が幅に比べて大きい）の場合に埋込みが不可能である等の短所を有しており、めっきによる方法が最も有効だからである。
【０００４】
ここで、半導体基板上に銅めっきを施す方法としては、カップ式やディップ式のようにめっき槽に常時めっき液を張ってそこに基板を浸す方法と、めっき槽に基板が供給された時にのみめっき液を張る方法、また、電位差をかけていわゆる電解めっきを行う方法と、電位差をかけない無電解めっきを行う方法など、種々の方法がある。
【０００５】
従来、この種の銅めっきを行うめっき装置には、めっき工程を行うユニットの他に、めっきに付帯する前処理工程を行うユニットや、めっき後の洗浄・乾燥工程を行うユニット等の複数のユニットと、これらの各ユニット間で基板の搬送を行う搬送ロボットが水平に配置されて備えられていた。そして、基板は、これらの各ユニット間を搬送されつつ、各ユニットで所定の処理が施され、めっき処理後の次工程に順次送られるようになっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のめっき装置にあっては、めっき処理や前処理といった各工程毎に別々のユニットが備えられ、各ユニットに基板が搬送されて処理されるようになっていたため、装置としてかなり複雑で制御が困難となるばかりでなく、大きな占有面積を占め、しかも製造コストがかなり高価であるといった問題があった。
【０００７】
本発明は上記に鑑みて為されたもので、めっき処理及びそれに付帯する処理を単一のユニットで行うことができるようにしためっき装置及びめっき方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、被めっき面を上方に向けて基板を水平に保持し回転させる基板保持部と、該基板保持部で保持された基板の被めっき面の周縁部に当接して該周縁部を水密的にシールするシール材と、該基板と接触して通電させるカソード電極とを備え、前記基板保持部と一体に回転するカソード部と、該カソード部の上方に水平垂直動自在に配置され、アノードと該アノードの下方に配置された保水性材料からなるめっき液含浸材を有する電極部と、前記基板保持部で保持された基板の被めっき面と該被めっき面に近接させた前記電極部のアノードとの間の空間にめっき液を注入するめっき液注入手段と、前記カソード部の側方に配置され、前記電極部のアノード及びめっき液含浸材を内部のめっき液で湿潤させるめっき液トレーを備え、前記電極部は、前記カソード部とめっき液トレーとの間を移動自在に構成されていることを特徴とする基板のめっき装置である。
【０００９】
これにより、基板保持部で基板を上向きに保持した状態で、被めっき面と電極部のアノードとの間にめっき液を満たしてめっき処理を行い、めっき処理後に、被めっき面と電極部のアノードとの間のめっき液を抜くとともに、電極部を上昇させて被めっき面を開放させることで、基板保持部で基板を保持したまま、めっき処理の前後にめっきに付帯した前処理や洗浄・乾燥処理といった他の処理を行うことができる。
【００１０】
銅めっきにあっては、スライムの生成を抑制するため、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）をアノードに使用することが一般に行われており、このように、アノードに含リン銅を使用すると、めっきの進行に伴ってアノードの表面にブラックフィルムと呼ばれる黒膜が形成される。このような場合に、めっき液含浸材にめっき液を含ませて、アノード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することができる。
【００１１】
めっき処理を行っていない間に、めっき液トレー内のめっき液中に浸漬させてアノードを湿潤させておくことで、アノード表面に形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。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記カソード部の側方には、前記基板保持部で保持された基板の被めっき面に向けて前処理液、洗浄液または気体を噴射する複数のノズルが配置されていることを特徴とする請求項１記載の基板のめっき装置である。これにより、めっき処理前後の基板を基板保持部で保持して被めっき面を上方に開放させた状態で、前処理液や洗浄液をノズルから被めっき面に向けて噴射することで、前処理や洗浄処理を行うことができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記基板保持部は、下方の基板受渡し位置と、上方の前記基板の被めっき面の周縁部が前記カソード部のシール材及びカソード電極に当接するめっき位置と、その中間で前記基板の被めっき面の周縁部が前記カソード部のシール材及びカソード電極に当接しない前処理・洗浄位置との間を昇降自在に構成されていることを特徴とする請求項１記載の基板のめっき装置である。このように、基板保持部を各動作位置に対応するように昇降させることで、より一層の小型化と操作性の向上が達成される。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、上方に向けた基板の被めっき面の周縁部にシール材を接触させて該被めっき面の周縁部をシール材で水密的にシールしつつ、被めっき面の周縁部にカソード電極を接触させ、アノードと該アノードの下方に配置された保水性材料からなるめっき液含浸材とを有する電極部を有し、該アノード及びめっき液含浸材をめっき液トレー内のめっき液で湿潤させておいた電極部を、前記基板の被めっき面の上方に移動させ、被めっき面に近接させて配置し、前記被めっき面と前記アノードとの間の空間にめっき液を注入して前記被めっき面にめっき膜を成膜することを特徴とする基板のめっき方法である。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、めっき処理に先立って、前記めっき液含浸部材が配置された空間を減圧することを特徴とする請求項４記載の基板のめっき方法である。
請求項６に記載の発明は、めっき終了後に前記カソード電極及び前記シール材を基板から離間させ、前記基板、前記カソード電極及び前記シール材を回転させながら、前記基板に向けて純水を供給して、前記基板、前記カソード及び前記シール材を洗浄することを特徴とする請求項４記載の基板のめっき方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。この実施の形態の基板めっき装置は、半導体基板の表面に電解銅めっきを施して、銅層からなる配線が形成された半導体装置を得るのに使用される。このめっき工程を図１を参照して説明する。
【００１８】
半導体基板Ｗには、図１（ａ）に示すように、半導体素子が形成された半導体基板１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる絶縁膜２が堆積され、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４が形成され、その上にＴｉＮ等からなるバリア層５、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７が形成されている。
【００１９】
そして、図１（ｂ）に示すように、前記半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基板１のコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜２上に銅層６を堆積させる。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅層６を除去して、コンタクトホール３および配線用の溝４に充填させた銅層６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように銅層６からなる配線が形成される。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態の基板のめっき装置の全体を示す平面図で、図２に示すように、このめっき装置には、同一設備内に位置して、内部に複数の基板Ｗを収納する２基のロード・アンロード部１０と、めっき処理及びその付帯処理を行う２基のめっきユニット１２と、ロード・アンロード部１０とめっきユニット１２との間で基板Ｗの受渡しを行う搬送ロボット１４と、めっき液タンク１６を有するめっき液供給設備１８が備えられている。
【００２１】
前記めっきユニット１２には、図３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２０が備えられ、この基板処理部２０に隣接して、めっき液を溜めるめっき液トレー２２が配置されている。また、回転軸２４を中心に揺動する揺動アーム２６の先端に保持されて前記基板処理部２０とめっき液トレー２２との間を揺動する電極部２８を有する電極アーム部３０が備えられている。更に、基板処理部２０の側方に位置して、プレコート・回収アーム３２と、純水やイオン水等の薬液、更には気体等を基板に向けて噴射する固定ノズル３４が配置されている。この実施の形態にあっては、３個の固定ノズル３４が備えられ、その内の１個を純水の供給用に用いている。
【００２２】
前記基板処理部２０には、図４及び図５に示すように、めっき面を上向きにして基板Ｗを保持する基板保持部３６と、この基板保持部３６の上方に該基板保持部３６の周縁部を囲繞するように配置されたカソード部３８が備えられている。更に、基板保持部３６の周囲を囲繞して処理中に用いる各種薬液の飛散を防止する有底略円筒状のカップ４０が、エアシリンダ４２を介して上下動自在に配置されている。
【００２３】
ここで、前記基板保持部３６は、エアシリンダ４４によって、下方の基板受渡し位置Ａと、上方のめっき位置Ｂと、これらの中間の前処理・洗浄位置Ｃとの間を昇降し、回転モータ４６及びベルト４８を介して、任意の加速度及び速度で前記カソード部３８と一体に回転するように構成されている。この基板受渡し位置Ａに対向して、めっきユニット１２のフレーム側面の搬送ロボット１４側には、図７に示すように、基板搬出入口５０が設けられ、また基板保持部３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、基板保持部３６で保持された基板Ｗの周縁部に下記のカソード部３８のシール材９０とカソード電極８８が当接するようになっている。一方、前記カップ４０は、その上端が前記基板搬出入口５０の下方に位置し、図５に仮想線で示すように、上昇した時に前記基板搬出入口５０を塞いでカソード部３８の上方に達するようになっている。
【００２４】
前記めっき液トレー２２は、めっきを実施していない時に、電極アーム部３０の下記のめっき液含浸材１１０及びアノード９８をめっき液で湿潤させるためのもので、図６に示すように、このめっき液含浸材１１０が収容できる大きさに設定され、図示しないめっき液供給口とめっき液排水口を有している。また、フォトセンサがめっき液トレー２２に取り付けられており、めっき液トレー２２内のめっき液の満水、即ちオーバーフローと排水の検出が可能になっている。めっき液トレー２２の底板５２は着脱が可能であり、めっき液トレーの周辺には、図示しない局所排気口が設置されている。
【００２５】
前記電極アーム部３０は、図８及び図９に示すように、上下動モータ５４と図示しないボールねじを介して上下動し、旋回モータ５６を介して、前記めっき液トレー２２と基板処理部２０との間を旋回（揺動）するようになっている。
【００２６】
また、プレコート・回収アーム３２は、図１０に示すように、上下方向に延びる支持軸５８の上端に連結されて、ロータリアクチュエータ６０を介して旋回（揺動）し、エアシリンダ６２（図７参照）を介して上下動するよう構成されている。このプレコート・回収アーム３２には、その自由端側にプレコート液吐出用のプレコートノズル６４が、基端側にめっき液回収用のめっき液回収ノズル６６がそれぞれ保持されている。そして、プレコートノズル６４は、例えばエアシリンダによって駆動するシリンジに接続されて、プレコート液がプレコートノズル６４から間欠的に吐出され、また、めっき液回収ノズル６６は、例えばシリンダポンプまたはアスピレータに接続されて、基板上のめっき液がめっき液回収ノズル６６から吸引されるようになっている。
【００２７】
前記基板保持部３６は、図１１乃至図１６に示すように、円板状の基板ステージ６８を備え、この基板ステージ６８の周縁部の円周方向に沿った６カ所に、上面に基板Ｗを水平に載置して保持する支持腕７０が立設されている。この各支持腕７０の段部下面には、基板Ｗを載置する台座７２が固着されている。
【００２８】
これらの支持腕７０の内の１つの支持腕７０ａには爪が備えられておらず、この支持腕７０ａに対向する支持腕７０ｂの上端には、基板Ｗの端面に当接し回動して基板Ｗを内方に押付ける押圧爪７４が回動自在に支承されている。また、他の４個の支持腕７０ｃの上端には、回動して基板Ｗをこの上方から下方に押付けて基板Ｗの周縁部を台座７２との間で挟持する固定爪７６が回動自在に支承されている。
【００２９】
ここで、前記押圧爪７４及び固定爪７６の下端は、コイルばね７８を介して下方に付勢した開放ピン８０の上端に連結されて、この開放ピン８０の下動に伴って押圧爪７４及び固定爪７６が内方に回動して閉じるようになっており、基板ステージ６８の下方には前記開放ピン８０に下面に当接してこれを上方に押上げる開放部材としての支持板８２が配置されている。
【００３０】
これにより、基板保持部３６が図５に示す基板受渡し位置Ａに位置する時、開放ピン８０は支持板８２に当接し上方に押上げられて、押圧爪７４及び固定爪７６が外方に回動して開き、基板ステージ６８を上昇させると、開放ピン８０がコイルばね７８の弾性力で下降して、押圧爪７４及び固定爪７６が内方に回転して閉じるようになっている。
【００３１】
ここで、図１４に示すように、基板Ｗは、そのノッチＮが支持腕７０ａに対面するように位置決めして台座７２の上に載置される。そして、基板ステージ６８の上昇に伴って、先ず支持腕７０ｂの押圧爪７４が閉じる方向に回動し、これによって、基板Ｗのノッチ形成側を支持腕７０ａに押付け、しかる後、支持腕７０ｃの固定爪７６が閉じる方向に回動して基板Ｗの周縁部を挟持保持することで、固定爪７６で基板Ｗを擦ることがないようになっている。
【００３２】
このため、この例にあっては、図１５及び図１６に示すように、開放ピン８０の下端部に雌ねじ部を設け、この雌ねじ部にナット８１をダブルに螺着するとともに、支持板（開放部材）８２の該開放ピン８０に対応する位置に、開放ピン８０の直径より大きくナット８１の直径より小さな凹部８２ａを設けている。そして、押圧爪７４を開閉する開放ピン８０のナット８１の方が固定爪７６を開閉する開放ピン８０のナット８１よりも上方に位置するようにしている。
【００３３】
これにより、図１５に示す位置から図１６に示す位置まで基板ステージ６８を上昇させて基板Ｗを保持する際、押圧爪７４の回動範囲の方が固定爪７６の回動範囲よりも狭く、且つ基板Ｗ寄りに位置しているため、押圧爪７４の方が固定爪７６よりも早く短く閉まる。なお、逆に基板Ｗの保持を解く時には、押圧爪７４の方が固定爪７６よりも遅く短く開く。
【００３４】
このように、基板Ｗを該基板Ｗのノッチ形成側を支持腕７０ａに押付けた状態で固定爪７６で挟持保持することで、基板Ｗと基板保持部３６との余裕分（通常、基板外径に対して０．４ｍｍ程度）だけ基板Ｗを基板保持部３６の中心からノッチ寄りに偏心させた位置で基板保持部３６で保持して、図１４に示すように、円状のシール境界Ｓ１がノッチの対向側に位置するようにすることができ、これによって、シール形状や機構を複雑にすることなく、めっき面積（有効面積）を大きくすることができる。
【００３５】
つまり、図１７（ａ）に示すように、基板ＷのノッチＮを外した内方位置に円状のシール境界Ｓ２が基板Ｗと同心状に位置するようにすると、シール境界Ｓ２の内側のめっき面積がノッチＮの深さに見合った分だけ狭くなってしまい、また、図１７（ｂ）に示すように、略円形でノッチＮの内側を弦状に延びるようにシール境界Ｓ３を設けると、シール形状が複雑となってしまうが、この例にあっては、このような弊害はない。
【００３６】
また、開放ピン８０の下端部に螺着したナット８１の締付け位置を調整することで、押圧爪７４と固定爪７６の動作のタイミングを調整することができる。このナット８１としてダブルナットを使用すれば、ナット８１の緩みによる位置ずれを防止できる。
【００３７】
前記カソード部３８は、図１８及び図１９に示すように、前記支持板８２（図５及び図１３等参照）の周縁部に立設した支柱８４の上端に固着した環状の枠体８６と、この枠体８６の下面に内方に突出させて取付けた、この例では６分割されたカソード電極８８と、このカソード電極８８の上方を覆うように前記枠体８６の上面に取付けた環状のシール材９０とを有している。このシール材９０は、その内周縁部が内方に向け下方に傾斜し、かつ徐々に薄肉となって、内周端部が下方に垂下するように構成されている。
【００３８】
これにより、図５に示すように、基板保持部３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、この基板保持部３６で保持した基板Ｗの周縁部にカソード電極８８が押付けられて通電し、同時にシール材９０の内周端部が基板Ｗの周縁部上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板の上面（被めっき面）に供給されためっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止するとともに、めっき液がカソード電極８８を汚染することを防止するようになっている。
【００３９】
なお、この実施の形態において、カソード部３８は、上下動不能で基板保持部３６と一体に回転するようになっているが、上下動自在で、下降した時にシール材９０が基板Ｗの被めっき面に圧接するように構成しても良い。
【００４０】
前記電極アーム部３０の電極部２８は、図２０乃至図２４に示すように、揺動アーム２６の自由端にボールベアリング９２を介して連結したハウジング９４と、このハウジング９４の周囲を囲繞する中空の支持枠９６と、前記ハウジング９４と支持枠９６で周縁部を狭持して固定したアノード９８とを有し、このアノード９８は、前記ハウジング９４の開口部を覆って、ハウジング９４の内部に吸引室１００が形成されている。この吸引室１００の内部には、めっき液供給設備１８（図２参照）から延びるめっき液供給管１０２に接続され直径方向に延びるめっき液導入管１０４がアノード９８の上面に当接して配置され、更に、ハウジング９４には、吸引室１００に連通するめっき液排出管１０６が接続されている。
【００４１】
前記めっき液導入管１０４は、マニホールド構造とすると被めっき面に均一なめっき液を供給するのに有効である。即ち、その長手方向に連続して延びるめっき液導入路１０４ａと該導入路１０４ａに沿った所定のピッチで、下方に連通する複数のめっき液導入口１０４ｂが設けられ、また、アノード９８の該めっき液導入口１０４ｂに対応する位置に、めっき液供給口９８ａが設けられている。更に、アノード９８には、その全面に亘って上下に連通する多数の通孔９８ｂが設けられている。これにより、めっき液供給管１０２からめっき液導入管１０４に導入されためっき液は、めっき液導入口１０４ｂ及びめっき液供給口９８ａからアノード９８の下方に達し、またアノード９８をめっき液中に浸した状態で、めっき液排出管１０６を吸引することで、アノード９８の下方のめっき液は、通孔９８ｂから吸引室１００を通過して該めっき液排出管１０６から排出されるようになっている。
【００４２】
ここで、前記アノード９８は、スライムの生成を抑制するため、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成されている。このように、アノード９８に含リン銅を使用すると、めっきの進行に伴ってアノード９８の表面にブラックフィルムと呼ばれる黒膜が形成される。このブラックフィルムは、リンやＣｌを含むＣｕ＋錯体で、Ｃｕ２Ｃｌ２・Ｃｕ２Ｏ・Ｃｕ３Ｐ等で構成されるものである。このブラックフィルムの形成により銅の不均化反応が抑制されるので、ブラックフィルムをアノード９８に表面に安定して形成することは、めっきを安定化させる上で重要であるが、これが乾燥したり酸化してアノード９８から脱落すると、パーティクルの原因となる。
【００４３】
そこで、この実施の形態にあっては、アノード９８の下面に該アノード９８の全面を覆う保水性材料からなるめっき液含浸材１１０を取付け、このめっき液含浸材１１０にめっき液を含ませて、アノード９８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９８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１１０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。
【００４４】
即ち、下端に頭部を有する多数の固定ピン１１２を、この頭部をめっき液含浸材１１０の内部に上方に脱出不能に収納し軸部をアノード９８の内部を貫通させて配置し、この固定ピン１１２をＵ字状の板ばね１１４を介して上方に付勢させることで、アノード９８の下面にめっき液含浸材１１０を板ばね１１４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９８の肉厚が徐々に薄くなっても、アノード９８の下面にめっき液含浸材１１０を確実に密着させることができる。従って、アノード９８の下面とめっき液含浸材１１０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。
【００４５】
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（塩ビ）またはＰＥＴ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。
【００４６】
そして、前記電極部２８は、基板保持部３６がめっき位置Ｂ（図５参照）にある時に、基板保持部３６で保持された基板Ｗとめっき液含浸材１１０との隙間が、例えば０．５〜３ｍｍ程度となるまで下降し、この状態で、めっき液供給管１０２からめっき液を供給して、めっき液含浸材１１０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９８との間にめっき液を満たして、これによって、基板Ｗの被めっき面にめっきが施される。
【００４７】
なお、図４に示すように、カソード部３８を支持する支柱８４の外方にストッパ棒１１６が立設され、このストッパ棒１１６の上面に支持枠９６の周囲に設けた突出部９６ａを当接させることで、電極部２８の下降が規制されるようになっている。
【００４８】
次に、前記実施の形態のめっき装置の動作について説明する。
先ず、ロード・アンロード部１０からめっき処理前の基板Ｗを搬送ロボット１４で取出し、被めっき面を上向きにした状態で、フレームの側面に設けられた基板搬出入口５０から一方のめっきユニット１２の内部に搬送する。この時、基板保持部３６は、下方の基板受渡し位置Ａにあり、搬送ロボット１４は、そのハンドが基板ステージ６８の真上に到達した後に、ハンドを下降させることで、基板Ｗを支持腕７０上に載置する。そして、搬送ロボット１４のハンドを前記基板搬出入口５０を通って退去させる。
【００４９】
搬送ロボット１４のハンドの退去が完了した後、カップ４０を上昇させ、同時に基板受渡し位置Ａにあった基板保持部３６を前処理・洗浄位置Ｃに上昇させる。すると、この上昇に伴って、支持腕７０上に載置された基板は、押圧爪７４で支持腕７０ａの方向に押圧されて偏心し、この状態で固定爪７６で確実に把持される。
【００５０】
一方、電極アーム部３０の電極部２８は、この時点ではめっき液トレー２２上の通常位置にあって、めっき液含浸材１１０あるいはアノード９８がめっき液トレー２２内に位置しており、この状態でカップ４０の上昇と同時に、めっき液トレー２２及び電極部２８にめっき液の供給を開始する。そして、基板のめっき工程に移るまで、新しいめっき液を供給し、併せてめっき液排出管１０６を通じた吸引を行って、めっき液含浸材１１０に含まれるめっき液の交換と泡抜きを行う。なお、カップ４０の上昇が完了すると、フレーム側面の基板搬出入口５０はカップ４０で塞がれて閉じ、フレーム内外の雰囲気が遮断状態となる。
【００５１】
カップ４０が上昇するとプレコート処理に移る。即ち、基板Ｗを受け取った基板保持部３６を回転させ、待避位置にあったプレコート・回収アーム３２を基板と対峙する位置へ移動させる。そして、基板保持部３６の回転速度が設定値に到達したところで、プレコート・回収アーム３２の先端に設けられたプレコートノズル６４から、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板の被めっき面に間欠的に吐出する。この時、基板保持部３６が回転しているため、プレコート液は基板Ｗの被めっき面の全面に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置へ戻し、基板保持部３６の回転速度を増して、遠心力により基板Ｗの被めっき面のプレコート液を振り切って乾燥させる。
【００５２】
プレコート完了後にめっき処理に移る。先ず、基板保持部３６を、この回転を停止、若しくは回転速度をめっき時速度まで低下させた状態で、めっきを施すめっき位置Ｂまで上昇させる。すると、基板Ｗの周縁部はカソード電極８８に接触して通電可能な状態となり、同時に基板Ｗの周縁部上面にシール材９０が圧接して、基板Ｗの周縁部が水密的にシールされる。
【００５３】
一方、搬入された基板Ｗのプレコート処理が完了したという信号に基づいて、電極アーム部３０をめっき液トレー２２上方からめっきを施す位置の上方に電極部２８が位置するように水平方向に旋回させ、この位置に到達した後に、電極部２８をカソード部３８に向かって下降させる。電極部２８の下降が完了した時点で、めっき電流を投入し、めっき液供給管１０２からめっき液を電極部２８の内部に供給して、アノード９８を貫通しためっき液供給口９８ａよりめっき液含浸材１１０にめっき液を供給する。この時、めっき液含浸材１１０は基板Ｗの被めっき面に接触させず、０.５ｍｍ〜３ｍｍ程度に近接した状態となっている。
【００５４】
めっき液の供給が続くと、めっき液含浸材１１０から染み出した銅イオンを含むめっき液が、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面との間の隙間に満たされ、基板の被めっき面に銅めっきが施される。この時、基板保持部３６を低速で回転させても良い。
【００５５】
めっき処理が完了すると、電極アーム部３０を上昇させ旋回させてめっき液トレー２２上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置から基板Ｗに対峙する位置へ移動させて下降させ、めっき液回収ノズル６６から基板Ｗ上のめっきの残液を回収する。このめっき残液の回収が終了した後、プレコート・回収アーム３２を待避位置へ戻し、基板のめっき面のリンスのために、純水用の固定ノズル３４から基板Ｗの中央部に純水を吐出し、同時に基板保持部３６をスピードを増して回転させて基板Ｗの表面のめっき液を純水に置換する。このように、基板Ｗのリンスを行うことで、基板保持部３６をめっき位置Ｂから下降させる際に、めっき液が跳ねて、カソード部３８のカソード電極８８が汚染されることが防止される。
【００５６】
リンス終了後に水洗工程に入る。即ち、基板保持部３６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３４から純水を供給しつつ基板保持部３６及びカソード部３８を回転させて水洗を実施する。この時、カソード部３８に直接供給した純水、又は基板Ｗの面から飛散した純水によってシール材９０及びカソード電極８８も基板と同時に洗浄することができる。
【００５７】
水洗完了後にドライ工程に入る。即ち、固定ノズル３４からの純水の供給を停止し、更に基板保持部３６及びカソード部３８の回転スピードを増して、遠心力により基板表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シール材９０及びカソード電極８８も乾燥される。ドライ工程が完了すると基板保持部３６及びカソード部３８の回転を停止させ、基板保持部３６を基板受渡し位置Ａまで下降させる。すると、固定爪７６による基板Ｗの把持が解かれ、基板Ｗは、支持腕７０の上面に載置された状態となる。次に、カップ４０も下降させる。
【００５８】
以上でめっき処理及びそれに付帯する前処理や洗浄・乾燥工程の全て工程を終了し、搬送ロボット１４は、そのハンドを基板搬出入口５０から基板Ｗの下方に挿入し、そのまま上昇させることで、基板保持部３６から処理後の基板Ｗを受取る。そして、搬送ロボット１４は、この基板保持部３６から受取った処理後の基板Ｗをロード・アンロード部１０に戻す。
【００５９】
ところで、この実施の形態のようにめっき液含浸材をアノードの下面に取付けてめっき処理を行う場合、めっき液含浸材１１０に形成された気孔の内部に気泡が入り込む場合がある。このような気泡は絶縁体として作用し、めっき処理時の電流分布を乱す原因となる。これに対しては、めっき処理を行うのに先立ってめっき液排出管１０６を吸引することでめっき液含浸材１１０が配置された空間を減圧し、その後めっき液導入管１０４からめっき液をめっき液含浸材１１０に導入することが有効である。このようにすることで、めっき液含浸材１１０の気孔の内部に入り込んだ気泡が外部に出るのを促進することができ、均一な電流分布によって高品質なめっきを実現することが可能となる。更に、めっき装置の立ち上げ時においてもこの処理を行うこととすれば、最初からめっき液含浸材１１０の気孔に入り込んでいた気泡を除去することが可能となるので有効である。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板保持部で基板を上向きに保持した状態で、めっき処理とめっき処理に付帯した前処理や洗浄・乾燥処理といった他の処理をめっき処理に前後して行うことができる。従って、単一の装置でめっきの全工程の実施が可能となり、装置として簡素化を図るとともに、小さな占有面積で済むめっき装置を安価に提供できる。また、めっきユニットとして、他の半導体製造装置へ搭載が可能であるため、めっき、アニール、ＣＭＰの一連の配線形成工程をクラスター化する時に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基板めっき装置方法によってめっきを行う工程の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の基板めっき装置の全体を示す平面図である。
【図３】めっきユニットを示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】基板保持部及びカソード部の拡大断面図である。
【図６】図３の正面図である。
【図７】図３の右側面図である。
【図８】図３の背面図である。
【図９】図３の左側面図である。
【図１０】プレコート・回収アームを示す正面図である。
【図１１】基板保持部の平面図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１３】図１１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】基板保持部における基板の動き（偏心）の説明に付する図である。
【図１５】固定爪を有する支持腕（ａ）、及び押圧爪を有する支持腕（ｂ）の基板保持前の状態を示す図である。
【図１６】固定爪を有する支持腕（ａ）、及び押圧爪を有する支持腕（ｂ）の基板保持後の状態を示す図である。
【図１７】基板を偏心させない場合における問題の説明に付する図である。
【図１８】カソード部の平面図である。
【図１９】図１８のＤ−Ｄ線断面図である。
【図２０】電極アーム部の平面図である。
【図２１】図２０の縦断正面図である。
【図２２】図２０のＥ−Ｅ線断面図である。
【図２３】図２２の一部を拡大して示す拡大図である。
【図２４】電極アーム部の電極部のハウジングを除いた状態の平面図である。
【符号の説明】
１０ ロード・アンロード部
１２ めっきユニット
１４ 搬送ロボット
２０ 基板処理部
２２ めっき液トレー
２６ 揺動アーム
２８ 電極部
３０ 電極アーム部
３２ プレコート・回収 アーム
３４ 固定ノズル
３６ 基板保持部
３８ カソード部
４０ カップ
５０ 基板搬出入口
５８ 支持軸
６４ プレコートノズル
６６ めっき液回収ノズル
６８ 基板ステージ
７０ 支持腕
７２ 台座
７４ 押圧爪
７６ 固定爪
７８ コイルばね
８０ 開放ピン
８２ 支持板
８４ 支柱
８６ 枠体
８８ カソード電極
９０ シール材
９２ ボールベアリング
９４ ハウジング
９８ アノード
９８ａ めっき液供給口
９８ｂ 通孔
１００ 吸引室
１０２ めっき液供給管
１０４ めっき液導入管
１０４ｂ めっき液導入口
１０６ めっき液排出管
１１０ めっき液含浸材
１１２ 固定ピン
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板のめっき装置及び方法に係り、特に半導体基板に形成された微細配線パターン（窪み）に銅（Ｃｕ）等の金属を充填する等の用途の基板のめっき方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板上に配線回路を形成するための材料としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金が一般に用いられているが、集積度の向上に伴い、より伝導率の高い材料を配線材料に採用することが要求されている。このため、基板にめっき処理を施して、基板に形成された配線パターンに銅またはその合金を充填する方法が提案されている。
【０００３】
これは、配線パターンに銅またはその合金を充填する方法としては、ＣＶＤ（化学的蒸着）やスパッタリング等各種の方法が知られているが、金属層の材質が銅またはその合金である場合、即ち、銅配線を形成する場合には、ＣＶＤではコストが高く、またスパッタリングでは高アスペクト（パターンの深さの比が幅に比べて大きい）の場合に埋込みが不可能である等の短所を有しており、めっきによる方法が最も有効だからである。
【０００４】
ここで、半導体基板上に銅めっきを施す方法としては、カップ式やディップ式のようにめっき槽に常時めっき液を張ってそこに基板を浸す方法と、めっき槽に基板が供給された時にのみめっき液を張る方法、また、電位差をかけていわゆる電解めっきを行う方法と、電位差をかけない無電解めっきを行う方法など、種々の方法がある。
【０００５】
従来、この種の銅めっきを行うめっき装置には、めっき工程を行うユニットの他に、めっきに付帯する前処理工程を行うユニットや、めっき後の洗浄・乾燥工程を行うユニット等の複数のユニットと、これらの各ユニット間で基板の搬送を行う搬送ロボットが水平に配置されて備えられていた。そして、基板は、これらの各ユニット間を搬送されつつ、各ユニットで所定の処理が施され、めっき処理後の次工程に順次送られるようになっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のめっき装置にあっては、めっき処理や前処理といった各工程毎に別々のユニットが備えられ、各ユニットに基板が搬送されて処理されるようになっていたため、装置としてかなり複雑で制御が困難となるばかりでなく、大きな占有面積を占め、しかも製造コストがかなり高価であるといった問題があった。
【０００７】
本発明は上記に鑑みて為されたもので、めっき処理及びそれに付帯する処理を単一のユニットで行うことができるようにしためっき装置及びめっき方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、被めっき面を上方に向けて基板を水平に保持し回転させる基板保持部と、該基板保持部で保持された基板の被めっき面の周縁部に当接して該周縁部を水密的にシールするシール材と、該基板と接触して通電させるカソード電極とを備え、前記基板保持部と一体に回転するカソード部と、該カソード部の上方に水平垂直動自在に配置され、アノードと該アノードの下方に配置された保水性材料からなるめっき液含浸材を有する電極部と、前記基板保持部で保持された基板の被めっき面と該被めっき面に近接させた前記電極部のアノードとの間の空間にめっき液を注入するめっき液注入手段と、前記カソード部の側方に配置され、前記電極部のアノード及びめっき液含浸材を内部のめっき液で湿潤させるめっき液トレーを備え、前記電極部は、前記カソード部とめっき液トレーとの間を移動自在に構成されていることを特徴とする基板のめっき装置である。
【０００９】
これにより、基板保持部で基板を上向きに保持した状態で、被めっき面と電極部のアノードとの間にめっき液を満たしてめっき処理を行い、めっき処理後に、被めっき面と電極部のアノードとの間のめっき液を抜くとともに、電極部を上昇させて被めっき面を開放させることで、基板保持部で基板を保持したまま、めっき処理の前後にめっきに付帯した前処理や洗浄・乾燥処理といった他の処理を行うことができる。
【００１０】
銅めっきにあっては、スライムの生成を抑制するため、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）をアノードに使用することが一般に行われており、このように、アノードに含リン銅を使用すると、めっきの進行に伴ってアノードの表面にブラックフィルムと呼ばれる黒膜が形成される。このような場合に、めっき液含浸材にめっき液を含ませて、アノード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することができる。
【００１１】
めっき処理を行っていない間に、めっき液トレー内のめっき液中に浸漬させてアノードを湿潤させておくことで、アノード表面に形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。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記カソード部の側方には、前記基板保持部で保持された基板の被めっき面に向けて前処理液、洗浄液または気体を噴射する複数のノズルが配置されていることを特徴とする請求項１記載の基板のめっき装置である。これにより、めっき処理前後の基板を基板保持部で保持して被めっき面を上方に開放させた状態で、前処理液や洗浄液をノズルから被めっき面に向けて噴射することで、前処理や洗浄処理を行うことができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記基板保持部は、下方の基板受渡し位置と、上方の前記基板の被めっき面の周縁部が前記カソード部のシール材及びカソード電極に当接するめっき位置と、その中間で前記基板の被めっき面の周縁部が前記カソード部のシール材及びカソード電極に当接しない前処理・洗浄位置との間を昇降自在に構成されていることを特徴とする請求項１記載の基板のめっき装置である。このように、基板保持部を各動作位置に対応するように昇降させることで、より一層の小型化と操作性の向上が達成される。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、上方に向けた基板の被めっき面の周縁部にシール材を接触させて該被めっき面の周縁部をシール材で水密的にシールしつつ、被めっき面の周縁部にカソード電極を接触させ、アノードと該アノードの下方に配置された保水性材料からなるめっき液含浸材とを有する電極部を有し、該アノード及びめっき液含浸材をめっき液トレー内のめっき液で湿潤させておいた電極部を、前記基板の被めっき面の上方に移動させ、被めっき面に近接させて配置し、前記被めっき面と前記アノードとの間の空間にめっき液を注入して前記被めっき面にめっき膜を成膜することを特徴とする基板のめっき方法である。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、めっき処理に先立って、前記めっき液含浸部材が配置された空間を減圧することを特徴とする請求項４記載の基板のめっき方法である。
請求項６に記載の発明は、めっき終了後に前記カソード電極及び前記シール材を基板から離間させ、前記基板、前記カソード電極及び前記シール材を回転させながら、前記基板に向けて純水を供給して、前記基板、前記カソード及び前記シール材を洗浄することを特徴とする請求項４記載の基板のめっき方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。この実施の形態の基板めっき装置は、半導体基板の表面に電解銅めっきを施して、銅層からなる配線が形成された半導体装置を得るのに使用される。このめっき工程を図１を参照して説明する。
【００１８】
半導体基板Ｗには、図１（ａ）に示すように、半導体素子が形成された半導体基板１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる絶縁膜２が堆積され、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４が形成され、その上にＴｉＮ等からなるバリア層５、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７が形成されている。
【００１９】
そして、図１（ｂ）に示すように、前記半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基板１のコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜２上に銅層６を堆積させる。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅層６を除去して、コンタクトホール３および配線用の溝４に充填させた銅層６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように銅層６からなる配線が形成される。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態の基板のめっき装置の全体を示す平面図で、図２に示すように、このめっき装置には、同一設備内に位置して、内部に複数の基板Ｗを収納する２基のロード・アンロード部１０と、めっき処理及びその付帯処理を行う２基のめっきユニット１２と、ロード・アンロード部１０とめっきユニット１２との間で基板Ｗの受渡しを行う搬送ロボット１４と、めっき液タンク１６を有するめっき液供給設備１８が備えられている。
【００２１】
前記めっきユニット１２には、図３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２０が備えられ、この基板処理部２０に隣接して、めっき液を溜めるめっき液トレー２２が配置されている。また、回転軸２４を中心に揺動する揺動アーム２６の先端に保持されて前記基板処理部２０とめっき液トレー２２との間を揺動する電極部２８を有する電極アーム部３０が備えられている。更に、基板処理部２０の側方に位置して、プレコート・回収アーム３２と、純水やイオン水等の薬液、更には気体等を基板に向けて噴射する固定ノズル３４が配置されている。この実施の形態にあっては、３個の固定ノズル３４が備えられ、その内の１個を純水の供給用に用いている。
【００２２】
前記基板処理部２０には、図４及び図５に示すように、めっき面を上向きにして基板Ｗを保持する基板保持部３６と、この基板保持部３６の上方に該基板保持部３６の周縁部を囲繞するように配置されたカソード部３８が備えられている。更に、基板保持部３６の周囲を囲繞して処理中に用いる各種薬液の飛散を防止する有底略円筒状のカップ４０が、エアシリンダ４２を介して上下動自在に配置されている。
【００２３】
ここで、前記基板保持部３６は、エアシリンダ４４によって、下方の基板受渡し位置Ａと、上方のめっき位置Ｂと、これらの中間の前処理・洗浄位置Ｃとの間を昇降し、回転モータ４６及びベルト４８を介して、任意の加速度及び速度で前記カソード部３８と一体に回転するように構成されている。この基板受渡し位置Ａに対向して、めっきユニット１２のフレーム側面の搬送ロボット１４側には、図７に示すように、基板搬出入口５０が設けられ、また基板保持部３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、基板保持部３６で保持された基板Ｗの周縁部に下記のカソード部３８のシール材９０とカソード電極８８が当接するようになっている。一方、前記カップ４０は、その上端が前記基板搬出入口５０の下方に位置し、図５に仮想線で示すように、上昇した時に前記基板搬出入口５０を塞いでカソード部３８の上方に達するようになっている。
【００２４】
前記めっき液トレー２２は、めっきを実施していない時に、電極アーム部３０の下記のめっき液含浸材１１０及びアノード９８をめっき液で湿潤させるためのもので、図６に示すように、このめっき液含浸材１１０が収容できる大きさに設定され、図示しないめっき液供給口とめっき液排水口を有している。また、フォトセンサがめっき液トレー２２に取り付けられており、めっき液トレー２２内のめっき液の満水、即ちオーバーフローと排水の検出が可能になっている。めっき液トレー２２の底板５２は着脱が可能であり、めっき液トレーの周辺には、図示しない局所排気口が設置されている。
【００２５】
前記電極アーム部３０は、図８及び図９に示すように、上下動モータ５４と図示しないボールねじを介して上下動し、旋回モータ５６を介して、前記めっき液トレー２２と基板処理部２０との間を旋回（揺動）するようになっている。
【００２６】
また、プレコート・回収アーム３２は、図１０に示すように、上下方向に延びる支持軸５８の上端に連結されて、ロータリアクチュエータ６０を介して旋回（揺動）し、エアシリンダ６２（図７参照）を介して上下動するよう構成されている。このプレコート・回収アーム３２には、その自由端側にプレコート液吐出用のプレコートノズル６４が、基端側にめっき液回収用のめっき液回収ノズル６６がそれぞれ保持されている。そして、プレコートノズル６４は、例えばエアシリンダによって駆動するシリンジに接続されて、プレコート液がプレコートノズル６４から間欠的に吐出され、また、めっき液回収ノズル６６は、例えばシリンダポンプまたはアスピレータに接続されて、基板上のめっき液がめっき液回収ノズル６６から吸引されるようになっている。
【００２７】
前記基板保持部３６は、図１１乃至図１６に示すように、円板状の基板ステージ６８を備え、この基板ステージ６８の周縁部の円周方向に沿った６カ所に、上面に基板Ｗを水平に載置して保持する支持腕７０が立設されている。この各支持腕７０の段部下面には、基板Ｗを載置する台座７２が固着されている。
【００２８】
これらの支持腕７０の内の１つの支持腕７０ａには爪が備えられておらず、この支持腕７０ａに対向する支持腕７０ｂの上端には、基板Ｗの端面に当接し回動して基板Ｗを内方に押付ける押圧爪７４が回動自在に支承されている。また、他の４個の支持腕７０ｃの上端には、回動して基板Ｗをこの上方から下方に押付けて基板Ｗの周縁部を台座７２との間で挟持する固定爪７６が回動自在に支承されている。
【００２９】
ここで、前記押圧爪７４及び固定爪７６の下端は、コイルばね７８を介して下方に付勢した開放ピン８０の上端に連結されて、この開放ピン８０の下動に伴って押圧爪７４及び固定爪７６が内方に回動して閉じるようになっており、基板ステージ６８の下方には前記開放ピン８０に下面に当接してこれを上方に押上げる開放部材としての支持板８２が配置されている。
【００３０】
これにより、基板保持部３６が図５に示す基板受渡し位置Ａに位置する時、開放ピン８０は支持板８２に当接し上方に押上げられて、押圧爪７４及び固定爪７６が外方に回動して開き、基板ステージ６８を上昇させると、開放ピン８０がコイルばね７８の弾性力で下降して、押圧爪７４及び固定爪７６が内方に回転して閉じるようになっている。
【００３１】
ここで、図１４に示すように、基板Ｗは、そのノッチＮが支持腕７０ａに対面するように位置決めして台座７２の上に載置される。そして、基板ステージ６８の上昇に伴って、先ず支持腕７０ｂの押圧爪７４が閉じる方向に回動し、これによって、基板Ｗのノッチ形成側を支持腕７０ａに押付け、しかる後、支持腕７０ｃの固定爪７６が閉じる方向に回動して基板Ｗの周縁部を挟持保持することで、固定爪７６で基板Ｗを擦ることがないようになっている。
【００３２】
このため、この例にあっては、図１５及び図１６に示すように、開放ピン８０の下端部に雌ねじ部を設け、この雌ねじ部にナット８１をダブルに螺着するとともに、支持板（開放部材）８２の該開放ピン８０に対応する位置に、開放ピン８０の直径より大きくナット８１の直径より小さな凹部８２ａを設けている。そして、押圧爪７４を開閉する開放ピン８０のナット８１の方が固定爪７６を開閉する開放ピン８０のナット８１よりも上方に位置するようにしている。
【００３３】
これにより、図１５に示す位置から図１６に示す位置まで基板ステージ６８を上昇させて基板Ｗを保持する際、押圧爪７４の回動範囲の方が固定爪７６の回動範囲よりも狭く、且つ基板Ｗ寄りに位置しているため、押圧爪７４の方が固定爪７６よりも早く短く閉まる。なお、逆に基板Ｗの保持を解く時には、押圧爪７４の方が固定爪７６よりも遅く短く開く。
【００３４】
このように、基板Ｗを該基板Ｗのノッチ形成側を支持腕７０ａに押付けた状態で固定爪７６で挟持保持することで、基板Ｗと基板保持部３６との余裕分（通常、基板外径に対して０．４ｍｍ程度）だけ基板Ｗを基板保持部３６の中心からノッチ寄りに偏心させた位置で基板保持部３６で保持して、図１４に示すように、円状のシール境界Ｓ１がノッチの対向側に位置するようにすることができ、これによって、シール形状や機構を複雑にすることなく、めっき面積（有効面積）を大きくすることができる。
【００３５】
つまり、図１７（ａ）に示すように、基板ＷのノッチＮを外した内方位置に円状のシール境界Ｓ２が基板Ｗと同心状に位置するようにすると、シール境界Ｓ２の内側のめっき面積がノッチＮの深さに見合った分だけ狭くなってしまい、また、図１７（ｂ）に示すように、略円形でノッチＮの内側を弦状に延びるようにシール境界Ｓ３を設けると、シール形状が複雑となってしまうが、この例にあっては、このような弊害はない。
【００３６】
また、開放ピン８０の下端部に螺着したナット８１の締付け位置を調整することで、押圧爪７４と固定爪７６の動作のタイミングを調整することができる。このナット８１としてダブルナットを使用すれば、ナット８１の緩みによる位置ずれを防止できる。
【００３７】
前記カソード部３８は、図１８及び図１９に示すように、前記支持板８２（図５及び図１３等参照）の周縁部に立設した支柱８４の上端に固着した環状の枠体８６と、この枠体８６の下面に内方に突出させて取付けた、この例では６分割されたカソード電極８８と、このカソード電極８８の上方を覆うように前記枠体８６の上面に取付けた環状のシール材９０とを有している。このシール材９０は、その内周縁部が内方に向け下方に傾斜し、かつ徐々に薄肉となって、内周端部が下方に垂下するように構成されている。
【００３８】
これにより、図５に示すように、基板保持部３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、この基板保持部３６で保持した基板Ｗの周縁部にカソード電極８８が押付けられて通電し、同時にシール材９０の内周端部が基板Ｗの周縁部上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板の上面（被めっき面）に供給されためっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止するとともに、めっき液がカソード電極８８を汚染することを防止するようになっている。
【００３９】
なお、この実施の形態において、カソード部３８は、上下動不能で基板保持部３６と一体に回転するようになっているが、上下動自在で、下降した時にシール材９０が基板Ｗの被めっき面に圧接するように構成しても良い。
【００４０】
前記電極アーム部３０の電極部２８は、図２０乃至図２４に示すように、揺動アーム２６の自由端にボールベアリング９２を介して連結したハウジング９４と、このハウジング９４の周囲を囲繞する中空の支持枠９６と、前記ハウジング９４と支持枠９６で周縁部を狭持して固定したアノード９８とを有し、このアノード９８は、前記ハウジング９４の開口部を覆って、ハウジング９４の内部に吸引室１００が形成されている。この吸引室１００の内部には、めっき液供給設備１８（図２参照）から延びるめっき液供給管１０２に接続され直径方向に延びるめっき液導入管１０４がアノード９８の上面に当接して配置され、更に、ハウジング９４には、吸引室１００に連通するめっき液排出管１０６が接続されている。
【００４１】
前記めっき液導入管１０４は、マニホールド構造とすると被めっき面に均一なめっき液を供給するのに有効である。即ち、その長手方向に連続して延びるめっき液導入路１０４ａと該導入路１０４ａに沿った所定のピッチで、下方に連通する複数のめっき液導入口１０４ｂが設けられ、また、アノード９８の該めっき液導入口１０４ｂに対応する位置に、めっき液供給口９８ａが設けられている。更に、アノード９８には、その全面に亘って上下に連通する多数の通孔９８ｂが設けられている。これにより、めっき液供給管１０２からめっき液導入管１０４に導入されためっき液は、めっき液導入口１０４ｂ及びめっき液供給口９８ａからアノード９８の下方に達し、またアノード９８をめっき液中に浸した状態で、めっき液排出管１０６を吸引することで、アノード９８の下方のめっき液は、通孔９８ｂから吸引室１００を通過して該めっき液排出管１０６から排出されるようになっている。
【００４２】
ここで、前記アノード９８は、スライムの生成を抑制するため、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成されている。このように、アノード９８に含リン銅を使用すると、めっきの進行に伴ってアノード９８の表面にブラックフィルムと呼ばれる黒膜が形成される。このブラックフィルムは、リンやＣｌを含むＣｕ＋錯体で、Ｃｕ２Ｃｌ２・Ｃｕ２Ｏ・Ｃｕ３Ｐ等で構成されるものである。このブラックフィルムの形成により銅の不均化反応が抑制されるので、ブラックフィルムをアノード９８に表面に安定して形成することは、めっきを安定化させる上で重要であるが、これが乾燥したり酸化してアノード９８から脱落すると、パーティクルの原因となる。
【００４３】
そこで、この実施の形態にあっては、アノード９８の下面に該アノード９８の全面を覆う保水性材料からなるめっき液含浸材１１０を取付け、このめっき液含浸材１１０にめっき液を含ませて、アノード９８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９８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１１０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。
【００４４】
即ち、下端に頭部を有する多数の固定ピン１１２を、この頭部をめっき液含浸材１１０の内部に上方に脱出不能に収納し軸部をアノード９８の内部を貫通させて配置し、この固定ピン１１２をＵ字状の板ばね１１４を介して上方に付勢させることで、アノード９８の下面にめっき液含浸材１１０を板ばね１１４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９８の肉厚が徐々に薄くなっても、アノード９８の下面にめっき液含浸材１１０を確実に密着させることができる。従って、アノード９８の下面とめっき液含浸材１１０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。
【００４５】
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（塩ビ）またはＰＥＴ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。
【００４６】
そして、前記電極部２８は、基板保持部３６がめっき位置Ｂ（図５参照）にある時に、基板保持部３６で保持された基板Ｗとめっき液含浸材１１０との隙間が、例えば０．５〜３ｍｍ程度となるまで下降し、この状態で、めっき液供給管１０２からめっき液を供給して、めっき液含浸材１１０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９８との間にめっき液を満たして、これによって、基板Ｗの被めっき面にめっきが施される。
【００４７】
なお、図４に示すように、カソード部３８を支持する支柱８４の外方にストッパ棒１１６が立設され、このストッパ棒１１６の上面に支持枠９６の周囲に設けた突出部９６ａを当接させることで、電極部２８の下降が規制されるようになっている。
【００４８】
次に、前記実施の形態のめっき装置の動作について説明する。
先ず、ロード・アンロード部１０からめっき処理前の基板Ｗを搬送ロボット１４で取出し、被めっき面を上向きにした状態で、フレームの側面に設けられた基板搬出入口５０から一方のめっきユニット１２の内部に搬送する。この時、基板保持部３６は、下方の基板受渡し位置Ａにあり、搬送ロボット１４は、そのハンドが基板ステージ６８の真上に到達した後に、ハンドを下降させることで、基板Ｗを支持腕７０上に載置する。そして、搬送ロボット１４のハンドを前記基板搬出入口５０を通って退去させる。
【００４９】
搬送ロボット１４のハンドの退去が完了した後、カップ４０を上昇させ、同時に基板受渡し位置Ａにあった基板保持部３６を前処理・洗浄位置Ｃに上昇させる。すると、この上昇に伴って、支持腕７０上に載置された基板は、押圧爪７４で支持腕７０ａの方向に押圧されて偏心し、この状態で固定爪７６で確実に把持される。
【００５０】
一方、電極アーム部３０の電極部２８は、この時点ではめっき液トレー２２上の通常位置にあって、めっき液含浸材１１０あるいはアノード９８がめっき液トレー２２内に位置しており、この状態でカップ４０の上昇と同時に、めっき液トレー２２及び電極部２８にめっき液の供給を開始する。そして、基板のめっき工程に移るまで、新しいめっき液を供給し、併せてめっき液排出管１０６を通じた吸引を行って、めっき液含浸材１１０に含まれるめっき液の交換と泡抜きを行う。なお、カップ４０の上昇が完了すると、フレーム側面の基板搬出入口５０はカップ４０で塞がれて閉じ、フレーム内外の雰囲気が遮断状態となる。
【００５１】
カップ４０が上昇するとプレコート処理に移る。即ち、基板Ｗを受け取った基板保持部３６を回転させ、待避位置にあったプレコート・回収アーム３２を基板と対峙する位置へ移動させる。そして、基板保持部３６の回転速度が設定値に到達したところで、プレコート・回収アーム３２の先端に設けられたプレコートノズル６４から、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板の被めっき面に間欠的に吐出する。この時、基板保持部３６が回転しているため、プレコート液は基板Ｗの被めっき面の全面に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置へ戻し、基板保持部３６の回転速度を増して、遠心力により基板Ｗの被めっき面のプレコート液を振り切って乾燥させる。
【００５２】
プレコート完了後にめっき処理に移る。先ず、基板保持部３６を、この回転を停止、若しくは回転速度をめっき時速度まで低下させた状態で、めっきを施すめっき位置Ｂまで上昇させる。すると、基板Ｗの周縁部はカソード電極８８に接触して通電可能な状態となり、同時に基板Ｗの周縁部上面にシール材９０が圧接して、基板Ｗの周縁部が水密的にシールされる。
【００５３】
一方、搬入された基板Ｗのプレコート処理が完了したという信号に基づいて、電極アーム部３０をめっき液トレー２２上方からめっきを施す位置の上方に電極部２８が位置するように水平方向に旋回させ、この位置に到達した後に、電極部２８をカソード部３８に向かって下降させる。電極部２８の下降が完了した時点で、めっき電流を投入し、めっき液供給管１０２からめっき液を電極部２８の内部に供給して、アノード９８を貫通しためっき液供給口９８ａよりめっき液含浸材１１０にめっき液を供給する。この時、めっき液含浸材１１０は基板Ｗの被めっき面に接触させず、０.５ｍｍ〜３ｍｍ程度に近接した状態となっている。
【００５４】
めっき液の供給が続くと、めっき液含浸材１１０から染み出した銅イオンを含むめっき液が、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面との間の隙間に満たされ、基板の被めっき面に銅めっきが施される。この時、基板保持部３６を低速で回転させても良い。
【００５５】
めっき処理が完了すると、電極アーム部３０を上昇させ旋回させてめっき液トレー２２上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置から基板Ｗに対峙する位置へ移動させて下降させ、めっき液回収ノズル６６から基板Ｗ上のめっきの残液を回収する。このめっき残液の回収が終了した後、プレコート・回収アーム３２を待避位置へ戻し、基板のめっき面のリンスのために、純水用の固定ノズル３４から基板Ｗの中央部に純水を吐出し、同時に基板保持部３６をスピードを増して回転させて基板Ｗの表面のめっき液を純水に置換する。このように、基板Ｗのリンスを行うことで、基板保持部３６をめっき位置Ｂから下降させる際に、めっき液が跳ねて、カソード部３８のカソード電極８８が汚染されることが防止される。
【００５６】
リンス終了後に水洗工程に入る。即ち、基板保持部３６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３４から純水を供給しつつ基板保持部３６及びカソード部３８を回転させて水洗を実施する。この時、カソード部３８に直接供給した純水、又は基板Ｗの面から飛散した純水によってシール材９０及びカソード電極８８も基板と同時に洗浄することができる。
【００５７】
水洗完了後にドライ工程に入る。即ち、固定ノズル３４からの純水の供給を停止し、更に基板保持部３６及びカソード部３８の回転スピードを増して、遠心力により基板表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シール材９０及びカソード電極８８も乾燥される。ドライ工程が完了すると基板保持部３６及びカソード部３８の回転を停止させ、基板保持部３６を基板受渡し位置Ａまで下降させる。すると、固定爪７６による基板Ｗの把持が解かれ、基板Ｗは、支持腕７０の上面に載置された状態となる。次に、カップ４０も下降させる。
【００５８】
以上でめっき処理及びそれに付帯する前処理や洗浄・乾燥工程の全て工程を終了し、搬送ロボット１４は、そのハンドを基板搬出入口５０から基板Ｗの下方に挿入し、そのまま上昇させることで、基板保持部３６から処理後の基板Ｗを受取る。そして、搬送ロボット１４は、この基板保持部３６から受取った処理後の基板Ｗをロード・アンロード部１０に戻す。
【００５９】
ところで、この実施の形態のようにめっき液含浸材をアノードの下面に取付けてめっき処理を行う場合、めっき液含浸材１１０に形成された気孔の内部に気泡が入り込む場合がある。このような気泡は絶縁体として作用し、めっき処理時の電流分布を乱す原因となる。これに対しては、めっき処理を行うのに先立ってめっき液排出管１０６を吸引することでめっき液含浸材１１０が配置された空間を減圧し、その後めっき液導入管１０４からめっき液をめっき液含浸材１１０に導入することが有効である。このようにすることで、めっき液含浸材１１０の気孔の内部に入り込んだ気泡が外部に出るのを促進することができ、均一な電流分布によって高品質なめっきを実現することが可能となる。更に、めっき装置の立ち上げ時においてもこの処理を行うこととすれば、最初からめっき液含浸材１１０の気孔に入り込んでいた気泡を除去することが可能となるので有効である。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板保持部で基板を上向きに保持した状態で、めっき処理とめっき処理に付帯した前処理や洗浄・乾燥処理といった他の処理をめっき処理に前後して行うことができる。従って、単一の装置でめっきの全工程の実施が可能となり、装置として簡素化を図るとともに、小さな占有面積で済むめっき装置を安価に提供できる。また、めっきユニットとして、他の半導体製造装置へ搭載が可能であるため、めっき、アニール、ＣＭＰの一連の配線形成工程をクラスター化する時に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基板めっき装置方法によってめっきを行う工程の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の基板めっき装置の全体を示す平面図である。
【図３】めっきユニットを示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】基板保持部及びカソード部の拡大断面図である。
【図６】図３の正面図である。
【図７】図３の右側面図である。
【図８】図３の背面図である。
【図９】図３の左側面図である。
【図１０】プレコート・回収アームを示す正面図である。
【図１１】基板保持部の平面図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１３】図１１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】基板保持部における基板の動き（偏心）の説明に付する図である。
【図１５】固定爪を有する支持腕（ａ）、及び押圧爪を有する支持腕（ｂ）の基板保持前の状態を示す図である。
【図１６】固定爪を有する支持腕（ａ）、及び押圧爪を有する支持腕（ｂ）の基板保持後の状態を示す図である。
【図１７】基板を偏心させない場合における問題の説明に付する図である。
【図１８】カソード部の平面図である。
【図１９】図１８のＤ−Ｄ線断面図である。
【図２０】電極アーム部の平面図である。
【図２１】図２０の縦断正面図である。
【図２２】図２０のＥ−Ｅ線断面図である。
【図２３】図２２の一部を拡大して示す拡大図である。
【図２４】電極アーム部の電極部のハウジングを除いた状態の平面図である。
【符号の説明】
１０ ロード・アンロード部
１２ めっきユニット
１４ 搬送ロボット
２０ 基板処理部
２２ めっき液トレー
２６ 揺動アーム
２８ 電極部
３０ 電極アーム部
３２ プレコート・回収 アーム
３４ 固定ノズル
３６ 基板保持部
３８ カソード部
４０ カップ
５０ 基板搬出入口
５８ 支持軸
６４ プレコートノズル
６６ めっき液回収ノズル
６８ 基板ステージ
７０ 支持腕
７２ 台座
７４ 押圧爪
７６ 固定爪
７８ コイルばね
８０ 開放ピン
８２ 支持板
８４ 支柱
８６ 枠体
８８ カソード電極
９０ シール材
９２ ボールベアリング
９４ ハウジング
９８ アノード
９８ａ めっき液供給口
９８ｂ 通孔
１００ 吸引室
１０２ めっき液供給管
１０４ めっき液導入管
１０４ｂ めっき液導入口
１０６ めっき液排出管
１１０ めっき液含浸材
１１２ 固定ピン
Claims (6)
- 被めっき面を上方に向けて基板を水平に保持し回転させる基板保持部と、
該基板保持部で保持された基板の被めっき面の周縁部に当接して該周縁部を水密的にシールするシール材と、該基板と接触して通電させるカソード電極とを備え、前記基板保持部と一体に回転するカソード部と、
該カソード部の上方に水平垂直動自在に配置され、アノードと該アノードの下方に配置された保水性材料からなるめっき液含浸材を有する電極部と、
前記基板保持部で保持された基板の被めっき面と該被めっき面に近接させた前記電極部のアノードとの間の空間にめっき液を注入するめっき液注入手段と、
前記カソード部の側方に配置され、前記電極部のアノード及びめっき液含浸材を内部のめっき液で湿潤させるめっき液トレーを備え、
前記電極部は、前記カソード部とめっき液トレーとの間を移動自在に構成されていることを特徴とする基板のめっき装置。 - 前記カソード部の側方には、前記基板保持部で保持された基板の被めっき面に向けて前処理液、洗浄液または気体を噴射する複数のノズルが配置されていることを特徴とする請求項１記載の基板のめっき装置。
- 前記基板保持部は、下方の基板受渡し位置と、上方の前記基板の被めっき面の周縁部が前記カソード部のシール材及びカソード電極に当接するめっき位置と、その中間で前記基板の被めっき面の周縁部が前記カソード部のシール材及びカソード電極に当接しない前処理・洗浄位置との間を昇降自在に構成されていることを特徴とする請求項１記載の基板のめっき装置。
- 上方に向けた基板の被めっき面の周縁部にシール材を接触させて該被めっき面の周縁部をシール材で水密的にシールしつつ、被めっき面の周縁部にカソード電極を接触させ、
アノードと該アノードの下方に配置された保水性材料からなるめっき液含浸材とを有する電極部を有し、該アノード及びめっき液含浸材をめっき液トレー内のめっき液で湿潤させておいた電極部を、前記基板の被めっき面の上方に移動させ、被めっき面に近接させて配置し、
前記被めっき面と前記アノードとの間の空間にめっき液を注入して前記被めっき面にめっき膜を成膜することを特徴とする基板のめっき方法。 - めっき処理に先立って、前記めっき液含浸部材が配置された空間を減圧することを特徴とする請求項４記載の基板のめっき方法。
- めっき終了後に前記カソード電極及び前記シール材を基板から離間させ、前記基板、前記カソード電極及び前記シール材を回転させながら、前記基板に向けて純水を供給して、前記基板、前記カソード及び前記シール材を洗浄することを特徴とする請求項４記載の基板のめっき方法。
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