JP4021833B2

JP4021833B2 - 基板メッキ装置

Info

Publication number: JP4021833B2
Application number: JP2003370800A
Authority: JP
Inventors: 貞雄平得; 博美村山; 保▲広▼ 溝畑; 勉上山
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2019-10-25
Also published as: JP2004137604A

Description

本発明は、半導体ウエハなどの基板に銅電解メッキ液などのメッキ液を供給してメッキ処理を行う基板メッキ装置に関する。

近年、ＬＳＩの高集積化と高速化の要求に伴い、配線材料もアルミニウムからそれより抵抗値の小さい銅配線へと移行しつつある。この銅配線では、従来のアルミニウムで行っていたドライエッチング加工が難しいことと、平坦化技術が進歩したこととで平坦化した層間絶縁膜に矩形の溝を彫り込んで、その溝の中に銅配線材料を埋め込むダマシンプロセスが主流になってきている。そして、その一つとして半導体ウエハ等の基板の表面に銅薄膜を形成するために、銅メッキ液等を基板の表面（処理面）に供給する基板メッキ装置が用いられている。

そもそも、銅配線で用いる銅は、基板や基板の表面に形成された酸化膜中に容易に拡散してデバイス性能を著しく損なうことがある。そのため、銅配線と基板との間に銅が拡散しないような障害物、いわゆるバリア層を挟み込むことが必要不可欠となっている。しかし、基板の端部や裏面には、バリア層は形成されていないため、メッキ処理の際に基板の裏面にメッキ液が回り込んでしまうと、引き続く熱処理工程で端部や裏面から銅が基板内に容易に拡散してデバイス性能を損なう可能性がある。また、メッキ処理後の基板の搬送時に搬送アーム等が汚染される可能性があり、クロスコンタミにより上述した問題と同様のリスクを負うことになる。そこで、基板の端部や裏面を洗浄するために、従来では基板メッキ装置とは別に専用の洗浄装置を設けている。

メッキ処理を含む基板処理システムでは、基板メッキ装置以外にも、メッキ処理された基板を４００℃〜５００℃で熱処理工程を行うアニール装置等も含まれている。したがって、基板メッキ装置とは別に基板の裏面を洗浄するための洗浄装置を設けると、基板メッキ装置を含む基板処理システムのフットプリントが大きくなるという問題がある。また、洗浄装置への基板の搬入・搬出に時間をとられるため、メッキ処理を含む基板の処理時間が長くなってしまうという問題もある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、基板の裏面へのメッキ液の回り込みを防止する基板メッキ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板の処理面にメッキ処理を行う基板メッキ装置において、基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板の処理面にメッキ液を供給するメッキ液供給手段と、前記保持手段によって保持された基板の処理面に対向して配置された第１電極と、前記保持手段に保持された基板に電気的に接続される第２電極を有するとともに、前記基板の処理面の外周端部に当接する支持部材と、前記第１電極と前記第２電極との間で電流が流れるように給電する給電手段と、を備え、前記支持部材を環状とし、かつ内周側の前記基板の処理面と当接する部位に傾斜部を備える。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る基板メッキ装置において、前記基板の処理面と接触する前記傾斜部の先端を前記第２電極より内周側としている。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る基板メッキ装置において、前記支持部材に、前記第２電極を前記基板の処理面に押さえ付ける押付部材をさらに備える。

また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る基板メッキ装置において、前記支持部材を絶縁性部材としている。
また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る基板メッキ装置において、前記基板の処理面と接触する前記支持部材の面に複数の溝を形成している。
また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係る基板メッキ装置において、前記基板の処理面とは反対側の面に洗浄液を供給する洗浄ノズルをさらに備える。

本発明によれば、保持手段に保持された基板に電気的に接続される第２電極を有するとともに該基板の処理面の外周端部に当接する支持部材を備えるため、基板の処理面から裏面へのメッキ液の回り込みを防止できる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施の形態に係る基板メッキ装置について説明する。

（基板メッキ装置の全体構成）
まず、本発明に係る基板メッキ装置の全体構成を説明する。図１は、本発明に係る基板メッキ装置の全体構成を示す図である。

この基板メッキ装置は、メッキ層を形成する処理面（表面）ＷＦを上方に向けて基板の一種であるウエハＷを保持する保持機構１を備えている。

この保持機構１は、支持軸３が支持台２ａの上面に連結されており、支持軸３の上部に、ウエハＷの裏面を保持する円板状の保持部材４が連結されている。また、保持部材４の上面周辺部にウエハＷの周縁部を支持する支持部材５が、ウエハＷの周縁部全周にわたって設けられている。

支持軸３は、導電性の材料で形成されており、給電ブラシ６によって、支持軸３に対してブラシ給電されるようになっている。なお、支持軸３は絶縁部３ａによって上部と下部とが電気的に絶縁されており、給電ブラシ６からの給電が支持台２ａに影響しないように構成されている。

支持部材５は、環状であり、図示しない昇降機構によって図１の矢印Ａのように上下方向に移動可能である。また、支持部材５は、複数の管状部材７によって支持軸３に連結されている。この支持部材５の内周は、保持部材４に保持されたウエハＷの処理面ＷＦの端部全周を支持している。支持部材５の内周下面には、第２電極である陰電極（カソード電極）８が設けられており、支持軸３内と管状部材７内に設けられている図示しない導線によって給電ブラシ６と導通するようになっている。したがって、ウエハＷの処理面ＷＦが支持部材５によって支持されると、ウエハＷの処理面ＷＦの端部と陰電極８とが電気的に接続されてウエハＷの処理面ＷＦだけに通電される。

また、支持部材５の下側には洗浄ノズル９ａが複数（例えば、８個）設けられている。この洗浄ノズル９ａは、支持軸３内と管状部材７内に設けられている供給管１０および供給管１１を介して洗浄液供給源１２に連通されている。供給管１１には洗浄液の供給および停止を制御する開閉弁１３が設けられている。開閉弁１３を「開」の状態にすると、洗浄液は洗浄液供給源１２から供給管１１および供給管１０を流れ、洗浄ノズル９ａからウエハＷの端部および裏面に供給され、ウエハＷの端部および裏面の洗浄が行われる。なお、支持部材５の具体的な構成については後述する。

保持機構１の上方には、下方が開口され、保持機構１の上部を覆う円筒状の上部カップ２０が設けられている。この上部カップ２０も周知の１軸方向駆動機構によって実現された図示しない昇降機構によって図１の矢印Ｂに示すように上下方向に昇降可能である。支持部材５と上部カップ２０とが近接され、支持部材５の上面と上部カップ２０の下端部とが閉じ合わされることにより、保持機構１に保持されたウエハＷの上部に電解メッキ液を貯溜する第１空間２１（メッキ処理空間）が形成される。なお、上部カップ２０の下端部にはシール部材２２が設けられ、銅メッキ処理を行うための電解メッキ液を充填する際に、支持部材５の上面と上部カップ２０の下端部との接合部分から電解メッキ液が漏れ出ないようになっている。

上部カップ２０内上部には、保持機構１に保持されたウエハＷの処理面ＷＦに対向して配置されるように円板状の第１電極である陽電極（アノード電極）２３が配設されている。この陽電極２３の周囲には、０．５μｍ程度の濾過性能を有するフィルタＦが装着されている。なお、フィルタＦの代わりにイオン交換膜などの電解メッキ液を通過させる透過膜でもよい。

給電ブラシ６は、電源ユニット４０の陰極側に接続され、陽電極２３は電源ユニット４０の陽極側に接続されている。したがって、ウエハＷの処理面ＷＦは、陰電極８だけが、支持軸３内と管状部材７内に設けられている図示しない導線、給電ブラシ６、および導線４１を介して陰極となるように給電され、陽電極２３は、導線４２を介して陽極となるように給電される。

また、以下のような構成により陽電極２３の周りの電解メッキ液を保持するための電解メッキ液保持機構２４が設けられている。

すなわち、まず上部カップ２０内には、保持機構１に保持されたウエハＷの処理面ＷＦの上方に複数の孔２５が形成された板状の仕切り板２６が設けられている。この仕切り板２６に形成された複数の孔２５は微小孔である。なお、この実施の形態では、円形の複数の孔にしたが、円形に限らず、スリット状のものでもよい。

この仕切り板２６の上面と上部カップ２０の天井面および側壁とによって第２空間２７が形成される。この第２空間２７内に、陽電極２３は収容されている。

また、上部カップ２０の天井部分に電解メッキ液の供給口２８が設けられている。この供給口２８は供給管２９を介して電解メッキ液供給源３０に連通されている。供給管２９には電解メッキ液の供給および停止を制御する開閉弁３１が設けられている。

電解メッキ液の供給は以下のようにして行われる。まず、開閉弁３１を「閉」の状態から「開」の状態に切り換えて、電解メッキ液供給源３０から供給管２９及び供給口２８を介して第２空間２７に電解メッキ液が供給される。次に、仕切り板２６に形成された孔２５を介して第２空間２７から第１空間２１内に電解メッキ液が供給される。

このような構成にすることによって、電解メッキ処理を終えて第２空間２７への電解メッキ液の供給を停止するとともに、第１空間２１内の電解メッキ液を排出しても、電解メッキ液の表面張力により、第２空間２７内の電解メッキ液が仕切り板２６に形成された孔２５から下方に排出されることが防止され、陽電極２３が第２空間２７の電解メッキ液内に浸漬された状態を常時維持することができる。

また、ウエハＷの処理面ＷＦの電解メッキ処理をしている最中に、開閉弁１３を「閉」の状態から「開」の状態へ切り換える。これにより、洗浄液は、洗浄液供給源１２から供給管１１および供給管１０を流れ、８つある洗浄ノズル９ａからウエハＷの端部および裏面の全周および陰電極８に供給され、ウエハＷの端部および裏面、陰電極８の洗浄が行われる。

なお、この基板メッキ装置の各部の制御は図示を省略した制御部によって行われる。この制御部は、各部を制御し基板メッキ装置を作動させてウエハＷの処理面ＷＦにメッキ層を形成する。

以上の構成より明らかなように、陽電極２３にフィルタＦまたはイオン交換膜などのような透過膜を装着しているので、陽電極２３の溶解物であるスライムがウエハＷの処理面ＷＦに供給されるのを防止することができる。したがって、ウエハＷの処理面ＷＦにスライムの付着、もしくは陽電極２３に吸着している電解メッキ液中の添加剤等の一時的な大量離脱が原因の離脱成分の付着による膜質の悪化を防止することができる。

また、陽電極２３の周囲の電解メッキ液を保持する電解メッキ液保持機構２４を備えたので、陽電極２３が電解メッキ液内に浸漬された状態を常時維持することができる。したがって、陽電極２３が大気にさらされることを防止でき、陽電極２３の表面に形成された被膜層が流れ出たり変質したりすることなどを防止でき、再現性のある電解メッキ処理を実施することができる。

（第１の実施の形態）
次に、第１の実施の形態に係る支持部材の構成について説明する。図２は、第１の実施の形態に係る支持部材の断面図である。

支持部材５は、上述したように、環状でかつ絶縁性部材であり、ウエハＷの処理面ＷＦの端部に当接する陰電極（カソード電極）８が下側に設けられている。そして、支持部材５の陰電極８よりも内周側でかつウエハＷの処理面ＷＦに当接する部分に、複数の切り溝５１（溝部）が形成されている。また、支持部材５の最も内周部には傾斜部５２がテーパ状に形成されている。この傾斜部５２は、ウエハＷの内周側が下、外周側が上になっている。

また、支持部材５の下側には、洗浄ノズル９ａが設けられている。そして、支持部材５の内部には、陰電極８をウエハＷの処理部ＷＦの端部に押さえ付け、押付部材に相当するクッション部材５３が設けられている。

この支持部材５は、絶縁性部材であるので、この支持部材５の表面での電解メッキの進行がなく、また銅イオンが消費されないので、ウエハＷの処理面ＷＦに十分な銅イオンを供給することができる。また、複数の切り溝５１が支持部材５の下側に形成されているので、ウエハＷの処理面ＷＦにあるメッキ液の裏面への回り込みをさらに効果的に防止することができる。また、テーパ状の傾斜部５２が形成されているので、ウエハＷの処理面ＷＦと支持部材５との間に、メッキ液が溜まるのを防止することができる。さらに、クッション部材５３が設けられているので、陰電極８をウエハＷの処理面ＷＦの端部に押さえ付け、その結果、陰電極８のウエハＷに対する通電状態がよくなるという効果がある。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態に係る支持部材の構成について説明する。図３は、第２の実施の形態に係る支持部材の断面図である。上述した第１の実施の形態の支持部材とは、切り溝５１の形成方法が異なっている。

支持部材５は、上述したように、環状でかつ絶縁性部材であり、ウエハＷの処理面ＷＦの端部に当接する陰電極（カソード電極）８が下側に設けられている。そして、この陰電極８よりも内周側には複数の切り溝５１（溝部）が形成されている。切り溝５１は、シリコンゴムのような柔性部材５４とポリプロピレンのような硬性部材５５とを横向けに交互に貼り付けることにより形成している。また、支持部材５の最も内周部には傾斜部５２がテーパ状に形成されている。この傾斜部５２は、ウエハＷの内周側が下、外周側が上になっている。

また、支持部材５の下側には、洗浄ノズル９ａが設けられている。そして、支持部材５の内部には、陰電極８をウエハＷの処理面ＷＦの端部に押さえ付けるクッション部材５３が設けられている。

この支持部材５は、絶縁性部材であるので、この支持部材５の表面での電解メッキの進行がなく、また銅イオンが消費されないので、ウエハＷの処理面ＷＦに十分な銅イオンを供給することができる。また、複数の切り溝５１が支持部材５の下側に形成されているので、ウエハＷの処理面ＷＦにあるメッキ液の裏面への回り込みをさらに効果的に防止することができる。また、テーパ状の傾斜部５２が形成されているので、ウエハＷの処理面ＷＦと支持部材５との間に、メッキ液が溜まるのを防止することができる。さらに、クッション部材５３が設けられているので、陰電極８をウエハＷの端部に押さえ付け、その結果、陰電極８のウエハＷに対する通電状態がよくなるという効果がある。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態に係る支持部材の構成について説明する。図４は、第３の実施の形態に係る支持部材の断面図である。

支持部材５は、上述したように、環状でかつ絶縁性部材であり、ウエハＷの処理面ＷＦの端部に当接する陰電極（カソード電極）８が下側に設けられている。この陰電極８の内周側には、ウエハＷの処理面ＷＦに当接するＬ字形状のシール部材５６が設けられている。なお、このＬ字形状は、ウエハＷの内周側から外周側へとＬ字形状である。

また、支持部材５の下側には、洗浄ノズル９ａが設けられている。そして、支持部材５の内部には、陰電極８をウエハＷの処理面ＷＦの端部に押さえ付け、押付部材に相当するクッション部材５７が設けられている。そして、クッション部材５７とＬ字形状のシール部材５６との間には、バイトン等のクッション材５８が設けられている。

この支持部材５は、絶縁性部材であるので、この支持部材５の表面での電解メッキの進行がなく、また銅イオンが消費されないので、ウエハＷの処理面ＷＦに十分な銅イオンを供給することができる。また、Ｌ字形状のシール部材５６が設けられているので、ウエハＷの処理面ＷＦにあるメッキ液の裏面への回り込みをさらに効果的に防止することができる。また、クッション部材５７が設けられているので、陰電極８をウエハＷの表面端部に押さえ付けているので、陰電極８のウエハＷに対する通電状態がよくなるという効果がある。

本発明に係る基板メッキ装置の全体構成を示す図である。第１の実施の形態に係る支持部材の断面図である。第２の実施の形態に係る支持部材の断面図である。第３の実施の形態に係る支持部材の断面図である。

符号の説明

１保持機構
４保持部材
５支持部材
６給電ブラシ
８陰電極
２３陽電極
２８供給口
４０電源ユニット
４１導線
４２導線
５１切り溝（溝部）
５２傾斜部
５３クッション部材
５４柔性部材
５５硬性部材
５６シール部材
５７クッション部材
Ｗウエハ
ＷＦ処理面

Claims

基板の処理面にメッキ処理を行う基板メッキ装置であって、
基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された基板の処理面にメッキ液を供給するメッキ液供給手段と、
前記保持手段によって保持された基板の処理面に対向して配置された第１電極と、
前記保持手段に保持された基板に電気的に接続される第２電極を有するとともに、前記基板の処理面の外周端部に当接する支持部材と、
前記第１電極と前記第２電極との間で電流が流れるように給電する給電手段と、
を備え、
前記支持部材は、環状であり、かつ内周側の前記基板の処理面と当接する部位に傾斜部を有することを特徴とする基板メッキ装置。
請求項１記載の基板メッキ装置において、
前記基板の処理面と接触する前記傾斜部の先端は前記第２電極より内周側であることを特徴とする基板メッキ装置。
請求項１または請求項２に記載の基板メッキ装置において、
前記支持部材は、前記第２電極を前記基板の処理面に押さえ付ける押付部材をさらに備えることを特徴とする基板メッキ装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の基板メッキ装置において、
前記支持部材は、絶縁性部材であることを特徴とする基板メッキ装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の基板メッキ装置において、
前記基板の処理面と接触する前記支持部材の面に複数の溝を形成することを特徴とする基板メッキ装置。
請求項１から請求項５のいずれかに記載の基板メッキ装置において、
前記基板の処理面とは反対側の面に洗浄液を供給する洗浄ノズルをさらに備えることを特徴とする基板メッキ装置。