JP4044223B2

JP4044223B2 - Board plating equipment

Info

Publication number: JP4044223B2
Application number: JP28284598A
Authority: JP
Inventors: 文夫栗山; 直明小榑; 明久本郷
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2018-10-05
Also published as: JP2000109999A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板にメッキを施す基板メッキ装置に関し、特に半導体ウエハ等の基板面上に形成された微細溝及び／又は微細穴からなる配線部に配線層を形成するメッキ装置として好適な基板メッキ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体デバイスの回路配線材料にはアルミニウムが多く用いられている。そして半導体デバイスの配線形成は、アルミニウムスパッタにエッチバックを行なう方法が多く行われている。一方、銅等の他の金属材料による配線形成には上述した方法では配線形成が困難な場合がある。そこで、基板に配線用の溝や穴を予め形成し、金属材料を該溝や穴の中に埋め込み、その後表面を化学機械研磨（ＣＭＰ）する方法が採られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体デバイスの集積度の向上に伴い、配線の微細化が進み配線の幅は更に小さくなり、ステップカバレッジが大きくなるに従い、従来行われていたスパッタによる微細溝や微細穴（微細コンタクトホール）からなる配線部に金属を埋め込むには限界があり、これら配線部に空孔ができ易いという問題があった。
【０００４】
例えば、半導体デバイスの高集積化により、幅が０．１８μｍや０．１３μｍの配線溝や配線穴が要求される。このように微細化した配線溝や配線穴にスパッタにより金属材の埋め込みを行うことはむずかしい。そこで、スパッタによる金属材の埋め込みに替え、このような微細溝や微細穴からなる配線部を含む半導体ウエハ表面に電解メッキや無電解メッキによりＣｕメッキ層を形成し、その後該配線部のＣｕメッキ層を残して、半導体ウエハ表面のＣｕメッキ層を除去する工程を１つの装置で実施する技術の開発が要望される。
【０００５】
メッキ処理工程の前工程であるシード層の形成を無電解Ｃｕメッキ又は液組成の異なる電解Ｃｕメッキで行う場合、これらのメッキ処理及び洗浄処理後の半導体ウエハを乾燥させ、ウエハカセットに入れ該ウエハカセットごと装置間を移動させているが、この方法よりも半導体ウエハに洗浄液が付着した状態、即ち濡れた状態でＣｕメッキ装置に導入した方が乾燥工程等が省略できる。そのためには半導体ウエハをカセットに入れず１枚ずつ連続的にＣｕメッキ装置内に導入したほうが半導体ウエハの汚染の問題が少なくなる。
【０００６】
更に、半導体ウエハを１枚ずつＣｕメッキ装置内に導入後メッキ処理されるまでの待機時間中、パーティクル汚染、酸化膜形成防止のため純水中や希硫酸中に一時保管させていれば、メッキ液中に半導体ウエハを浸漬後に表面酸化被膜を除去するための無通電時間の設定が不要となる。
【０００７】
また、半導体デバイスが微細化し、穴中のシート層の厚さが薄くなると表面酸化被膜を除去する目的のエッチングは極力少なくなければならない。即ち、メッキ処理前の酸化膜形成を極力防止しなければならない。
【０００８】
また、メッキ処理後の半導体ウエハを連続的に１枚ずつＣｕメッキ装置外に排出したその後工程であるＣＭＰ装置を接近させて設置すれば、装置としてはＣｕメッキ装置とＣＭＰ装置とは分離してはいるが、アンロードステージや場合によっては乾燥工程が省略できるため装置の据付け面積を少なくすることが可能となる。
【０００９】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、半導体ウエハをカセットに入れず１枚ずつ連続的にメッキ装置内に導入し処理することができると共に、パーティクル汚染や酸化膜の形成を極力減少でき、且つ工程を少なくし装置の据付け面積を小さくすることが可能な基板メッキ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、基板にメッキ処理を施すメッキ処理部、該メッキ処理後の基板を洗浄する洗浄処理部を具備し、装置内に配置されている基板搬送機でメッキ処理される基板を一枚ずつ装置内に導入し、メッキ処理及び水洗処理をした後の基板を装置外に排出するように構成されたメッキ装置に隣接して、シード層を形成するシード層形成用メッキ装置、及び基板を研磨する基板研磨装置を配置し、メッキ装置内に配置された基板搬送機で、シード層形成用メッキ装置でシード層が形成された基板をメッキ装置内に導入し、該メッキ装置でメッキ処理及び洗浄処理した後の洗浄液が付着した状態の基板を基板研磨装置に搬送する搬送機構を備えたことを特徴とする基板メッキ装置にある。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板メッキ装置において、保管液を収容した基板保管槽を設け、基板メッキ装置内に導入しメッキ処理部でメッキ処理するまでの待機中の基板又はメッキ処理部及び洗浄処理部でメッキ処理及び洗浄処理した後の基板を該基板保管槽の保管液中に浸漬して保管することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の基板メッキ装置において、基板メッキ装置内に導入された基板の搬入位置からメッキ処理部近傍に達するまで及び／又は洗浄処理部近傍から当該基板メッキ装置の基板排出位置に達するまで、基板を純水中を通して搬送する基板水中搬送機を設けることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例では基板のメッキ装置を半導体ウエハ配線メッキ装置を例に説明する。図１は請求項１に記載の基板メッキ装置の平面構成を示す図である。図示するように、メッキ装置１０はレール１１の上を矢印Ａに示すように往復動する搬送ロボット１２、Ｃｕメッキ槽１３、１３、洗浄槽１４が配置されている。
【００１８】
メッキ処理を行う半導体ウエハは搬送ロボット１２により、導入口１５から１枚ずつメッキ装置１０内に導入され、Ｃｕメッキ槽１３でＣｕメッキ処理が施され、続いて洗浄槽１４で洗浄され、排出口１６からメッキ装置外に排出する。
【００１９】
上記配置構成のメッキ装置において、搬送ロボット１２により導入口１５から導入される未処理の半導体ウエハは図２（ａ）に示すように、半導体ウエハＷ上の導電層１０６の上にＳｉＯ₂からなる絶縁膜１０５が形成され、該絶縁膜１０５にリソグラフィ・エッチング技術により配線溝１０１及び配線穴（コンタクトホール）１０２からなる配線部が形成されている。
【００２０】
このような半導体ウエハにＣｕメッキ槽１３でＣｕメッキ処理を施すと図２（ｂ）に示すように、配線溝１０１や配線穴１０２からなる配線部を含む半導体ウエハＷの表面上にＣｕメッキ層１０３を形成する。なお、図２において、１０４はＴｉＮ等からなるバリア層である。
【００２１】
Ｃｕメッキ槽１３、１３で行われるメッキ処理は無電解メッキでも電解メッキでもよく、例えば前段が無電解メッキ、後段を電解メッキとしてもよい。Ｃｕメッキ処理により、Ｃｕメッキ層１０３が形成された半導体ウエハは洗浄槽１４で純水等の洗浄液で洗浄され、洗浄液が付着した状態で搬送ロボット１２で排出口１６から、メッキ装置１０の外に排出される。
【００２２】
排出口１６から洗浄液が付着されたまま排出された半導体ウエハは、次の工程である例えば図示しないＣＭＰ装置に移送され、該ＣＭＰ装置で図２（ｃ）に示すように、Ｃｕメッキ層１０３から配線溝１０１や配線穴１０２に形成したＣｕメッキ層を残して半導体ウエハＷの表面上のＣｕメッキ層を除去する。従って、ＣＭＰ装置を排出口１６に隣接して配置すれば、メッキ処理及び洗浄処理した後の半導体ウエハの乾燥処理工程は不要となる。
【００２３】
図３は請求項２に記載の基板メッキ装置の平面構成を示す図である。図示するように、メッキ装置１０には保管液を収容した基板保管槽１７が設けられている。搬送ロボット１２により、導入口１５から１枚ずつメッキ装置１０内に導入された未処理の半導体ウエハはＣｕメッキ槽１３、１３でＣｕメッキ処理するまでの待機時間中該基板保管槽１７の保管液中に浸漬して保管する。
【００２４】
図４は基板保管槽１７の構成を示す図である。基板保管槽１７は図示するように、保管槽１７−１を具備し、その底部にはウエハカセット１７−２を載置する載置台１７−３及び保管液を供給する保管液供給ノズル１７−４が配置され、更に保管槽１７−１の上端部には保管槽１７−１の上端からオーバーフローする保管液を回収するための回収樋１７−５が設けられている。ここで保管液としては純水の他に希硫酸液又はＣｕメッキ層１０３の表面の酸化を防止する酸化防止液等を用いる。これによりメッキ処理の待機時間中に半導体ウエハの表面にメッキ処理の障害となる酸化被膜の形成やパーティクル汚染を防止できる。
【００２５】
上記構成のメッキ装置１０において、導入口１５からメッキ装置１０内に導入される未処理の半導体ウエハの処理方法は、下記の３通りが考えられる。
【００２６】
第１の処理方法は、基板保管槽１７に一時保管し、保管後Ｃｕメッキ槽１３、１３でＣｕメッキ処理し、洗浄槽１４で洗浄し、排出口１６から排出する。
【００２７】
第２の処理方法は、導入された未処理の半導体ウエハをＣｕメッキ槽１３、１３でＣｕメッキ処理し、洗浄槽１４で洗浄し、基板保管槽１７に一時保管し、排出口１６から排出する。
【００２８】
第３の方法は、基板保管槽１７に一時保管し、保管後Ｃｕメッキ槽１３、１３でＣｕメッキ処理し、洗浄槽１４で洗浄し、基板保管槽１７に一時保管し、排出口１６から排出する。
【００２９】
図５は請求項３に記載の基板メッキ装置の平面構成を示す図である。図示するように、メッキ装置１０には導入口１５からＣｕメッキ槽１３の近傍に達するように基板水中搬送機１８が配置されている。該基板水中搬送機１８は図６に示すように、水路１８−１を具備し、該水路１８−１には純水Ｑが供給口１８−４から供給され、矢印Ｂ方向に水面Ｈの高さを保持しながら流れ、排水口１８−５から排出されている。また、水路１８−１の底部には多数の搬送ローラー１８−２を具備するローラーコンベア１８−３が配置されている。
【００３０】
上記構成の基板水中搬送機１８の搬入端のローラーコンベア１８−３に導入口１５から導入される未処理の半導体ウエハＷを載置すると、該半導体ウエハＷは矢印Ｃに示すように純水Ｑの流れ（矢印Ｂ方向）とは反対方向に純水中を通って移送される。そして搬送ロボット１２により、Ｃｕメッキ槽１３に移送され、Ｃｕメッキ処理を施され、洗浄槽１４で洗浄された後、搬送ロボット１２で排出口１６からメッキ装置１０の外に排出される。
【００３１】
図７は請求項３に記載の基板メッキ装置の他の平面構成を示す図である。図示するように、メッキ装置１０には洗浄槽１４の近傍から排出口１６に達するように基板水中搬送機１８が配置されている。該基板水中搬送機１８の構成は図６に示す基板水中搬送機１８と同一の構成である。
【００３２】
導入口１５から搬送ロボット１２で１枚ずつメッキ装置１０内に導入される未処理の半導体ウエハＷは、Ｃｕメッキ槽１３でＣｕメッキ処理が施された後、基板水中搬送機１８の搬入端のローラーコンベア１８−３に載置されると、該半導体ウエハＷは矢印Ｃに示すように純水Ｑの流れ（矢印Ｂ方向）とは反対方向に純水中を通って排出口１６の近傍まで移送される。該排出口１６の近傍まで移送された半導体ウエハＷはメッキ装置１０の外部に配置された移送手段により、純水が付着した状態、即ち濡れた状態で排出される。
【００３３】
図８は図１に示す平面構成のメッキ装置１０の導入口１５及び排出口１６の側に隣接してシード層形成用メッキ装置２０を配置した平面構成を示す図である。シード層形成用メッキ装置２０の搬入口２１から複数枚の半導体ウエハを収納してウエハカセット（図示せず）が搬入され、該各半導体ウエハＷの表面には後に詳述するシード層が形成される。
【００３４】
そして該シード層形成用メッキ装置２０でシード層が形成された半導体ウエハＷはメッキ装置１０内に配置された搬送ロボット１２で導入口１５を通って１枚つづメッキ装置１０内に導入され、Ｃｕメッキ槽１３、１３でＣｕメッキ処理され、洗浄槽１４で洗浄処理され、搬送ロボット１２によりシード層形成用メッキ装置２０に移送された後、該シード層形成用メッキ装置２０内に配置された搬送ロボット等によりウエハカセットに複数枚収納され、該ウエハカセットごと搬出口２２から外部に搬出される。
【００３５】
配線メッキ層を形成する未処理の半導体ウエハＷに図２（ａ）に示すように、半導体ウエハＷ上の導電層１０６の上にＳｉＯ₂からなる絶縁膜１０５が形成され、該絶縁膜１０５に配線溝１０１及び配線穴１０２からなる配線部が形成され、さらにその表面にＴｉＮやＴａＮ等からなるバリア層１０４が形成されている。このバリア層１０４は導電体ではないのでその表面に電解メッキで直接Ｃｕメッキ層を形成することができない。また、無電解メッキでＣｕメッキ層を形成するにしても金属（ここではＣｕ）の成長開始のためのシード層をバリア層１０４の表面に形成する必要がある。
【００３６】
上記シード層形成用メッキ装置２０では図９に示すようにシード層１０７としてバリア層１０４の表面に無電解メッキでＣｕの薄膜を形成する。無電解メッキでＣｕの薄膜を形成するにはパラジウム処理によりバリア層１０４の表面に金属成長のための多数のパラジウムの核を形成し、該核を中心に金属（ここではＣｕ）を成長させて行う。
【００３７】
上記のようにシード層形成用メッキ装置２０の配置は、図１に示すメッキ装置に限定されるものではなく、図３に示すメッキ装置１０の導入口１５及び排出口１６の側に隣接して配置することも可能であるし、また、図５及び図７に示すメッキ装置１０の導入口１５側に隣接して配置することも可能である。
【００３８】
図１０は図１に示す平面構成のメッキ装置１０に隣接してシード層形成用メッキ装置２０、ＣＭＰ室３０、洗浄モジュール４０、４１、４２、アンロード室４６を配置した構成である。ＣＭＰ室３０にはＣＭＰ装置３１が配置され、洗浄モジュール４０、４１、４２にはそれぞれ洗浄機（又は洗浄・乾燥機）４３、４４、４５が配置されている。
【００３９】
図１０に示す装置において、シード層形成用メッキ装置２０では図９に示すように半導体ウエハＷのバリア層１０４の表面にシード層１０７が形成される。該
シード層１０７の形成された半導体ウエハＷはメッキ装置１０の搬送ロボット１２により１枚ずつ導入され、Ｃｕメッキ槽１３、１３でＣｕメッキ処理され図９（ｂ）に示すようにＣｕメッキ層１０３が形成され、洗浄槽１４で洗浄され、洗浄液の付着した状態でＣＭＰ室３０のＣＭＰ装置３１に移送され、該ＣＭＰ装置３１で図２（ｃ）に示すように、Ｃｕメッキ層１０３から配線溝１０１や配線穴１０２に形成したＣｕメッキ層を残して半導体ウエハＷの表面上のＣｕメッキ層を除去する。
【００４０】
上記配線溝１０１や配線穴１０２に形成したＣｕメッキ層を残してＣｕメッキ層が除去された半導体ウエハＷは洗浄モジュール４０、４１の洗浄機４３、４４で順次洗浄され、洗浄モジュール４２の洗浄機４５で洗浄乾燥され、該乾燥された半導体アンロードウエハＷはアンロード室４６内に配置されたウエハカセットに複数枚収容され、該ウエハカセットごとに搬出口４７から搬出される。
【００４１】
なお、上記例では図１に示すメッキ装置１０にシード層形成用メッキ装置２０、ＣＭＰ室３０、洗浄モジュール４０、４１、４２、アンロード室４６を配置した構成を示したが、図３、図５、図７に示すメッキ装置１０もそれに隣接させてシード層形成用メッキ装置２０、ＣＭＰ室３０、洗浄モジュール４０、４１、４２、アンロード室４６を配置することは勿論可能である。
【００４２】
上記のようにメッキ処理される半導体ウエハＷを一枚ずつメッキ装置１０内に導入し、Ｃｕメッキ槽１３、洗浄槽１４で洗浄処理した後、一枚ずつメッキ装置１０の外に排出するようにメッキ装置１０を構成したので、半導体ウエハＷをカセットに入れず１枚ずつ連続的にＣｕメッキ装置内に導入し処理することができると共に、パーティクル汚染や酸化膜の形成を極力減少でき、装置間を移動させる場合でもメッキ装置１０に隣接して配置することにより、乾燥工程等の工程を省略することができ、全体として設備規模を小さくでき、据付け面積を少なくすることが可能な半導体ウエハ配線メッキ装置の構築が容易にできる。
【００４３】
なお、上記例では基板メッキ装置を半導体ウエハ配線メッキ装置を例に説明したが、基板は半導体ウエハに限定されるものではなく、またメッキ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Ｃｕメッキを例に説明したが、Ｃｕメッキに限定されるものではない。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本願各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００４５】
請求項１に記載の発明によれば、基板にメッキ処理を施すメッキ処理部、該メッキ処理後の基板を洗浄する洗浄処理部を具備し、装置内に配置されている基板搬送機でメッキ処理される基板を一枚ずつ装置内に導入し、メッキ処理及び水洗処理をした後の基板を装置外に排出するように構成されたメッキ装置に隣接して、シード層を形成するシード層形成用メッキ装置、及び基板を研磨する基板研磨装置を配置し、メッキ装置内に配置された基板搬送機で、シード層形成用メッキ装置でシード層が形成された基板をメッキ装置内に導入し、該メッキ装置でメッキ処理及び洗浄処理した後の洗浄液が付着した状態の基板を基板研磨装置に搬送する搬送機構を備えたので、メッキ装置と研磨装置の間に基板搬送手段や乾燥手段を省略して連続処理が実行でき、処理速度が向上すると共に、全体として装置規模全体を小さくできる。
【００４６】
また、請求項２に記載の発明によれば、保管液を収容した基板保管槽を設け、メッキ処理部でメッキ処理するまでの待機中の基板又はメッキ処理部及び洗浄処理部でメッキ処理及び洗浄処理した後の基板を該基板保管槽の保管液中に浸漬して保管するので、メッキ処理されるまでの待機時間中にパーティクル汚染、酸化膜形成を防止できる。また、酸化膜形成を防止できることにより、メッキ液中に基板を浸漬した後に表面酸化被膜を除去するための無通電時間の設定が不要となる。
【００４７】
また、請求項３に記載の発明によれば、基板メッキ装置内に導入された基板の搬入位置からメッキ処理部近傍に達するまで及び／又は洗浄処理部近傍から基板メッキ装置の基板排出位置に達するまで、基板を純水中を通して搬送する基板水中搬送機を設けたので、導入された基板がメッキ処理部に移送されるまで、メッキ処理及び洗浄処理後の基板が基板排出位置まで移送される間に待機中に大気に曝されることがなく、パーティクル汚染及び酸化膜形成を防止することができる。また、酸化膜形成を防止できることにより、メッキ液中に基板を浸漬した後に表面酸化被膜を除去するための無通電時間の設定が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基板メッキ装置の平面構成を示す図である。
【図２】本発明の基板メッキ装置によってメッキを行う工程の一例を示す半導体ウエハ断面図である。
【図３】本発明の基板メッキ装置の平面構成を示す図である。
【図４】本発明の基板メッキ装置に用いる基板保管槽の構成を示す図である。
【図５】本発明の基板メッキ装置の平面構成を示す図である。
【図６】本発明の基板メッキ装置に用いる基板水中搬送機の構成を示す図である。
【図７】本発明の基板メッキ装置の平面構成を示す図である。
【図８】本発明の基板メッキ装置に隣接してシード層形成用メッキ装置を配置した平面構成を示す図である。
【図９】本発明の基板メッキ装置とシード層形成用メッキ装置によってメッキを行う工程の一例を示す半導体ウエハ断面図である。
【図１０】本発明の基板メッキ装置に隣接してシード層形成用メッキ装置、ＣＭＰ室、洗浄モジュール、アンロード室を配置した平面構成を示す図である。
【符号の説明】
１０メッキ装置
１１レール
１２搬送ロボット
１３Ｃｕメッキ槽
１４洗浄槽
１５導入口
１６排出口
１７基板保管槽
１８基板水中搬送機
２０シード層形成用メッキ装置
２１搬入口
２２搬出口
３０ＣＭＰ室
３１ＣＭＰ装置
４０洗浄モジュール
４１洗浄モジュール
４２洗浄モジュール
４３洗浄機
４４洗浄機
４５洗浄機
４６アンロード室
４７搬出口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate plating apparatus for plating a substrate, and more particularly to a substrate plating apparatus suitable as a plating apparatus for forming a wiring layer in a wiring portion formed of fine grooves and / or fine holes formed on a substrate surface such as a semiconductor wafer. it relates to the location.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, aluminum is often used as a circuit wiring material for semiconductor devices. In many cases, wiring of semiconductor devices is performed by etching back aluminum sputtering. On the other hand, wiring formation with other metal materials such as copper may be difficult with the above-described method. Therefore, a method is adopted in which a wiring groove or hole is formed in advance in the substrate, a metal material is embedded in the groove or hole, and then the surface is subjected to chemical mechanical polishing (CMP).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, as the degree of integration of semiconductor devices increases, the miniaturization of wiring advances and the width of wiring further decreases, and as step coverage increases, conventional fine grooves and fine holes (fine contact holes) formed by sputtering have been used. There is a limit to embedding metal in the wiring portions made of the above, and there is a problem that holes are easily formed in these wiring portions.
[0004]
For example, due to high integration of semiconductor devices, wiring grooves and wiring holes having a width of 0.18 μm or 0.13 μm are required. It is difficult to embed a metal material into the wiring grooves and wiring holes thus miniaturized by sputtering. Therefore, instead of embedding a metal material by sputtering, a Cu plating layer is formed by electrolytic plating or electroless plating on the surface of the semiconductor wafer including the wiring portion including such fine grooves and fine holes, and then Cu plating of the wiring portion is performed. There is a demand for development of a technique for performing the process of removing the Cu plating layer on the surface of the semiconductor wafer with a single apparatus while leaving the layer.
[0005]
In the case where the seed layer is formed by electroless Cu plating or electrolytic Cu plating having a different liquid composition, which is a pre-process of the plating process, the semiconductor wafer after the plating process and the cleaning process is dried, put in a wafer cassette, and the wafer. Although the cassettes are moved between the apparatuses, the drying process and the like can be omitted by introducing the cleaning liquid onto the semiconductor wafer, that is, in the wet state, into the Cu plating apparatus rather than this method. For this purpose, the problem of contamination of the semiconductor wafer is reduced if the semiconductor wafers are continuously introduced into the Cu plating apparatus one by one without being put in the cassette.
[0006]
Furthermore, during the waiting time until each semiconductor wafer is introduced into the Cu plating apparatus and plated, if it is temporarily stored in pure water or dilute sulfuric acid to prevent particle contamination and oxide film formation, plating is possible. It is not necessary to set a non-energization time for removing the surface oxide film after immersing the semiconductor wafer in the liquid.
[0007]
Further, when the semiconductor device is miniaturized and the thickness of the sheet layer in the hole is reduced, the etching for the purpose of removing the surface oxide film must be as small as possible. That is, the oxide film formation before the plating process must be prevented as much as possible.
[0008]
In addition, if a CMP apparatus, which is a subsequent process in which the semiconductor wafers after plating processing are continuously discharged one by one from the Cu plating apparatus, is placed close to the apparatus, the Cu plating apparatus and the CMP apparatus are separated from each other. However, since the unload stage and, in some cases, the drying step can be omitted, the installation area of the apparatus can be reduced.
[0009]
The present invention has been made in view of the above points, and can introduce and process semiconductor wafers one by one in a plating apparatus one by one without putting them in a cassette, and reduce particle contamination and oxide film formation as much as possible. can, and an object thereof is to and provide a substrate plating equipment capable to reduce the step to reduce the installation area of the apparatus.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is provided with a substrate transporting device provided with a plating processing unit for performing plating processing on a substrate and a cleaning processing unit for cleaning the substrate after the plating processing. A seed layer is formed adjacent to a plating apparatus configured to introduce a substrate to be plated by the machine one by one into the apparatus and to discharge the substrate after the plating process and the water washing process to the outside of the apparatus. A plating apparatus for seed layer formation and a substrate polishing apparatus for polishing the substrate are arranged, and the substrate on which the seed layer is formed by the plating apparatus for seed layer formation is placed in the plating apparatus by the substrate transfer device arranged in the plating apparatus. The substrate plating apparatus is provided with a transport mechanism that transports the substrate, to which the cleaning liquid is attached after being introduced and plated and cleaned by the plating apparatus, to the substrate polishing apparatus.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the substrate plating apparatus according to the first aspect of the present invention, a substrate storage tank containing a storage solution is provided, and waiting until the substrate is introduced into the substrate plating apparatus and plated at the plating unit. The substrate after the plating treatment and the washing treatment portion in the inside substrate or the plating treatment portion and the washing treatment portion is immersed and stored in the storage solution of the substrate storage tank.
[0012]
Further, the invention according to claim 3 is the substrate plating apparatus according to claim 1, wherein the substrate is introduced into the substrate plating apparatus from the position where it is brought into the vicinity of the plating processing section and / or from the vicinity of the cleaning processing section. A substrate underwater transporter is provided that transports the substrate through pure water until the substrate discharge position of the substrate plating apparatus is reached.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, the substrate plating apparatus will be described by taking a semiconductor wafer wiring plating apparatus as an example. FIG. 1 is a diagram showing a planar configuration of a substrate plating apparatus according to claim 1. As shown in the figure, the plating apparatus 10 is provided with a transfer robot 12, a Cu plating tank 13, 13, and a cleaning tank 14 that reciprocate on the rail 11 as indicated by an arrow A.
[0018]
Semiconductor wafers to be plated are introduced into the plating apparatus 10 one by one from the inlet 15 by the transfer robot 12, subjected to Cu plating in the Cu plating tank 13, subsequently cleaned in the cleaning tank 14, and discharged from the outlet. 16 is discharged out of the plating apparatus.
[0019]
In the plating apparatus having the above arrangement, the unprocessed semiconductor wafer introduced from the introduction port 15 by the transfer robot 12 is made of SiO ₂ on the conductive layer 106 on the semiconductor wafer W as shown in FIG. An insulating film 105 is formed, and a wiring portion including a wiring groove 101 and a wiring hole (contact hole) 102 is formed in the insulating film 105 by a lithography / etching technique.
[0020]
When such a semiconductor wafer is subjected to a Cu plating process in the Cu plating tank 13, a Cu plating layer is formed on the surface of the semiconductor wafer W including the wiring portion including the wiring grooves 101 and the wiring holes 102 as shown in FIG. 103 is formed. In FIG. 2, reference numeral 104 denotes a barrier layer made of TiN or the like.
[0021]
The plating process performed in the Cu plating tanks 13 and 13 may be electroless plating or electrolytic plating. For example, the former stage may be electroless plating and the latter stage may be electrolytic plating. The semiconductor wafer on which the Cu plating layer 103 is formed by the Cu plating process is cleaned with a cleaning liquid such as pure water in the cleaning tank 14, and the cleaning robot adheres to the outside of the plating apparatus 10 from the discharge port 16 by the transfer robot 12. Discharged.
[0022]
The semiconductor wafer discharged with the cleaning liquid attached from the discharge port 16 is transferred to the next step, for example, a CMP apparatus (not shown), and from the Cu plating layer 103 as shown in FIG. The Cu plating layer on the surface of the semiconductor wafer W is removed leaving the Cu plating layer formed in the wiring groove 101 and the wiring hole 102. Therefore, if the CMP apparatus is disposed adjacent to the discharge port 16, the semiconductor wafer drying process step after the plating process and the cleaning process becomes unnecessary.
[0023]
FIG. 3 is a diagram showing a planar configuration of the substrate plating apparatus according to claim 2. As shown in the figure, the plating apparatus 10 is provided with a substrate storage tank 17 containing a storage liquid. The unprocessed semiconductor wafers introduced into the plating apparatus 10 one by one from the introduction port 15 by the transfer robot 12 are stored in the substrate storage tank 17 during the waiting time until the Cu plating tanks 13 and 13 perform the Cu plating process. Immerse in and store.
[0024]
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the substrate storage tank 17. As shown in the figure, the substrate storage tank 17 includes a storage tank 17-1, and a bottom of the substrate storage tank 17-1 for mounting the wafer cassette 17-2 and a storage liquid supply nozzle 17-4 for supplying storage liquid. Further, a recovery tank 17-5 is provided at the upper end of the storage tank 17-1 for recovering the storage liquid overflowing from the upper end of the storage tank 17-1. Here, as the storage solution, a dilute sulfuric acid solution or an antioxidant solution for preventing the surface of the Cu plating layer 103 from being oxidized is used in addition to pure water. As a result, it is possible to prevent the formation of an oxide film or particle contamination that hinders the plating process on the surface of the semiconductor wafer during the waiting time of the plating process.
[0025]
In the plating apparatus 10 having the above-described configuration, there are three possible methods for processing unprocessed semiconductor wafers introduced into the plating apparatus 10 from the inlet 15 as follows.
[0026]
In the first processing method, the substrate is stored temporarily in the substrate storage tank 17, and after the storage, the Cu plating tanks 13 and 13 are subjected to Cu plating treatment, the cleaning tank 14 is cleaned, and the discharge port 16 is discharged.
[0027]
In the second processing method, the introduced unprocessed semiconductor wafer is subjected to Cu plating processing in the Cu plating tanks 13 and 13, cleaned in the cleaning tank 14, temporarily stored in the substrate storage tank 17, and discharged from the discharge port 16. .
[0028]
The third method is to temporarily store in the substrate storage tank 17, and after the storage, perform Cu plating in the Cu plating tanks 13 and 13, wash in the cleaning tank 14, temporarily store in the substrate storage tank 17, and discharge from the discharge port 16. To do.
[0029]
FIG. 5 is a diagram showing a planar configuration of the substrate plating apparatus according to claim 3. As shown in the drawing, a substrate underwater transporter 18 is disposed in the plating apparatus 10 so as to reach the vicinity of the Cu plating tank 13 from the introduction port 15. As shown in FIG. 6, the substrate underwater transporter 18 includes a water channel 18-1, pure water Q is supplied to the water channel 18-1 from a supply port 18-4, and the height of the water surface H is increased in the direction of arrow B. It flows while maintaining the thickness and is discharged from the drain port 18-5. Moreover, the roller conveyor 18-3 which comprises many conveyance rollers 18-2 is arrange | positioned at the bottom part of the waterway 18-1.
[0030]
When the unprocessed semiconductor wafer W introduced from the introduction port 15 is placed on the roller conveyor 18-3 at the carry-in end of the substrate underwater transport machine 18 having the above-described configuration, the semiconductor wafer W is purified by pure water Q as indicated by an arrow C. Is transferred through the pure water in the opposite direction to the flow (in the direction of arrow B). Then, it is transferred to the Cu plating tank 13 by the transfer robot 12, subjected to Cu plating treatment, cleaned in the cleaning tank 14, and then discharged from the discharge port 16 to the outside of the plating apparatus 10 by the transfer robot 12.
[0031]
FIG. 7 is a view showing another plane configuration of the substrate plating apparatus according to the third aspect. As shown in the figure, a substrate underwater transporter 18 is disposed in the plating apparatus 10 so as to reach the discharge port 16 from the vicinity of the cleaning tank 14. The configuration of the substrate underwater transporter 18 is the same as that of the substrate underwater transporter 18 shown in FIG.
[0032]
Unprocessed semiconductor wafers W introduced into the plating apparatus 10 one by one by the transfer robot 12 from the introduction port 15 are subjected to Cu plating processing in the Cu plating tank 13, and are then transferred to the carry-in end of the substrate underwater transfer machine 18. When placed on the roller conveyor 18-3, the semiconductor wafer W passes through the pure water in the direction opposite to the flow of pure water Q (in the direction of arrow B) as shown by the arrow C to the vicinity of the discharge port 16. Be transported. The semiconductor wafer W transferred to the vicinity of the discharge port 16 is discharged in a state where pure water is attached, that is, in a wet state, by a transfer means arranged outside the plating apparatus 10.
[0033]
FIG. 8 is a diagram showing a planar configuration in which a plating device 20 for forming a seed layer is disposed adjacent to the inlet 15 and the outlet 16 side of the plating device 10 having the planar configuration shown in FIG. A plurality of semiconductor wafers are received from a carry-in entrance 21 of the seed layer forming plating apparatus 20 and a wafer cassette (not shown) is carried in, and a seed layer to be described in detail later is formed on the surface of each semiconductor wafer W. The
[0034]
Then, the semiconductor wafers W on which the seed layer is formed by the seed layer forming plating apparatus 20 are introduced one by one into the plating apparatus 10 through the introduction port 15 by the transfer robot 12 arranged in the plating apparatus 10, and Cu After being plated with Cu in the plating tanks 13 and 13, cleaned in the cleaning tank 14, transferred to the seed layer forming plating apparatus 20 by the transfer robot 12, and then transferred in the seed layer forming plating apparatus 20. A plurality of wafers are stored in a wafer cassette by a robot or the like, and the wafer cassette is unloaded from the carry-out port 22 to the outside.
[0035]
As shown in FIG. 2A, an insulating film 105 made of SiO ₂ is formed on the conductive layer 106 on the semiconductor wafer W on the unprocessed semiconductor wafer W on which the wiring plating layer is to be formed. A wiring portion composed of the wiring groove 101 and the wiring hole 102 is formed, and a barrier layer 104 made of TiN, TaN or the like is further formed on the surface thereof. Since this barrier layer 104 is not a conductor, a Cu plating layer cannot be formed directly on the surface by electrolytic plating. Further, even when the Cu plating layer is formed by electroless plating, it is necessary to form a seed layer on the surface of the barrier layer 104 for starting the growth of metal (here, Cu).
[0036]
In the seed layer forming plating apparatus 20, as shown in FIG. 9, a Cu thin film is formed on the surface of the barrier layer 104 as a seed layer 107 by electroless plating. In order to form a Cu thin film by electroless plating, a palladium treatment is used to form a large number of palladium nuclei for metal growth on the surface of the barrier layer 104, and a metal (here, Cu) is grown around the nuclei. Do.
[0037]
As described above, the arrangement of the plating device 20 for forming the seed layer is not limited to the plating device shown in FIG. 1, and is adjacent to the introduction port 15 and the discharge port 16 side of the plating device 10 shown in FIG. It is also possible to arrange them, and it is also possible to arrange them adjacent to the introduction port 15 side of the plating apparatus 10 shown in FIGS.
[0038]
FIG. 10 shows a configuration in which a seed layer forming plating device 20, a CMP chamber 30, cleaning modules 40, 41, and 42, and an unload chamber 46 are arranged adjacent to the planar plating device 10 shown in FIG. A CMP apparatus 31 is disposed in the CMP chamber 30, and cleaning units (or cleaning / drying units) 43, 44, and 45 are disposed in the cleaning modules 40, 41, and 42, respectively.
[0039]
In the apparatus shown in FIG. 10, the seed layer forming plating apparatus 20 forms a seed layer 107 on the surface of the barrier layer 104 of the semiconductor wafer W as shown in FIG. The semiconductor wafers W on which the seed layer 107 is formed are introduced one by one by the transfer robot 12 of the plating apparatus 10 and subjected to Cu plating in the Cu plating tanks 13 and 13, as shown in FIG. 2 is formed, cleaned in the cleaning tank 14, and transferred to the CMP apparatus 31 in the CMP chamber 30 with the cleaning liquid attached thereto. As shown in FIG. The Cu plating layer on the surface of the semiconductor wafer W is removed while leaving the Cu plating layer formed in 101 and the wiring hole 102.
[0040]
The semiconductor wafer W from which the Cu plating layer has been removed leaving the Cu plating layer formed in the wiring groove 101 and the wiring hole 102 is sequentially cleaned by the cleaning machines 43 and 44 of the cleaning modules 40 and 41, and the cleaning machine of the cleaning module 42. A plurality of the semiconductor unload wafers W that have been washed and dried at 45 are accommodated in a wafer cassette disposed in the unload chamber 46, and each wafer cassette is unloaded from the carry-out port 47.
[0041]
In the above example, the seed layer forming plating apparatus 20, the CMP chamber 30, the cleaning modules 40, 41, and 42 and the unload chamber 46 are arranged in the plating apparatus 10 shown in FIG. 5. Of course, the plating apparatus 10 shown in FIG. 7 may be disposed adjacent to the plating apparatus 20 for forming the seed layer, the CMP chamber 30, the cleaning modules 40, 41, and 42, and the unload chamber 46.
[0042]
The semiconductor wafers W to be plated as described above are introduced into the plating apparatus 10 one by one, cleaned in the Cu plating tank 13 and the cleaning tank 14, and then discharged to the outside of the plating apparatus 10 one by one. Since the plating apparatus 10 is configured, the semiconductor wafers W can be successively introduced into the Cu plating apparatus one by one without being put in the cassette and processed, and particle contamination and oxide film formation can be reduced as much as possible. Even when moving the semiconductor wafer, it is possible to omit the steps such as the drying process by arranging it adjacent to the plating apparatus 10 and to reduce the installation area as a whole by reducing the scale of equipment and the semiconductor wafer wiring plating. The device can be easily constructed.
[0043]
In the above example, the substrate plating apparatus is described by taking the semiconductor wafer wiring plating apparatus as an example. However, the substrate is not limited to the semiconductor wafer, and the portion to be plated is limited to the wiring portion formed on the substrate surface. Is not to be done. Moreover, although Cu plating was demonstrated to the example in the said example, it is not limited to Cu plating.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention described in each claim of the present application, the following excellent effects can be obtained.
[0045]
According to the first aspect of the present invention, a plating processing unit that performs plating processing on a substrate and a cleaning processing unit that cleans the substrate after the plating processing are provided. For forming a seed layer adjacent to a plating apparatus configured to introduce the substrate to be processed one by one into the apparatus and to discharge the substrate after the plating process and the water washing process to the outside of the apparatus A plating apparatus and a substrate polishing apparatus for polishing the substrate are arranged, and the substrate transporter arranged in the plating apparatus introduces the substrate on which the seed layer is formed in the plating apparatus for seed layer formation into the plating apparatus, Since it has a transport mechanism that transports the substrate with the cleaning solution after the plating and cleaning treatment to the substrate polishing device, it eliminates the substrate transport and drying means between the plating device and the polishing device. Continuous processing Can be performed, the processing speed is increased, it is possible to reduce the overall device size as a whole.
[0046]
According to the second aspect of the present invention, the substrate storage tank containing the storage liquid is provided, and the plating process and the cleaning process are performed by the substrate or the plating process unit and the cleaning process unit that are on standby until the plating process is performed. Since the substrate after processing is immersed and stored in the storage solution of the substrate storage tank, particle contamination and oxide film formation can be prevented during the waiting time until the plating process is performed. Further, since the formation of the oxide film can be prevented, it is not necessary to set a non-energization time for removing the surface oxide film after the substrate is immersed in the plating solution.
[0047]
According to the third aspect of the present invention, from the position where the substrate introduced into the substrate plating apparatus is brought into the vicinity of the plating section and / or from the vicinity of the cleaning section, the substrate discharging position of the substrate plating apparatus is reached. Until the substrate is transferred to the substrate discharge position until the introduced substrate is transferred to the plating processing unit, since the substrate underwater transfer device for transferring the substrate through the pure water is provided. In addition, it is possible to prevent particle contamination and oxide film formation without being exposed to the atmosphere during standby. Further, since the formation of the oxide film can be prevented, it is not necessary to set a non-energization time for removing the surface oxide film after the substrate is immersed in the plating solution.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a planar configuration of a substrate plating apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor wafer showing an example of a step of performing plating by the substrate plating apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a planar configuration of a substrate plating apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a substrate storage tank used in the substrate plating apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a planar configuration of a substrate plating apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a substrate underwater transporter used in the substrate plating apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a planar configuration of the substrate plating apparatus of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a planar configuration in which a seed layer forming plating apparatus is disposed adjacent to the substrate plating apparatus of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a semiconductor wafer showing an example of a step of performing plating by the substrate plating apparatus and the seed layer forming plating apparatus of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a planar configuration in which a seed layer forming plating apparatus, a CMP chamber, a cleaning module, and an unload chamber are arranged adjacent to the substrate plating apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Plating apparatus 11 Rail 12 Transport robot 13 Cu plating tank 14 Washing tank 15 Inlet 16 Discharge port 17 Substrate storage tank 18 Substrate underwater transport machine 20 Seed layer forming plating apparatus 21 Carrying in port 22 Carrying out port 30 CMP chamber 31 CMP apparatus 40 Cleaning module 41 Cleaning module 42 Cleaning module 43 Cleaning machine 44 Cleaning machine 45 Cleaning machine 46 Unload chamber 47 Unloading port

Claims

Equipped with a plating processing section that performs plating on the substrate and a cleaning processing section that cleans the substrate after the plating processing, and introduces the substrates to be plated one by one into the apparatus one by one with the substrate transfer device installed in the apparatus A plating apparatus for forming a seed layer adjacent to a plating apparatus configured to discharge the substrate after the plating process and the water washing process to the outside of the apparatus, and a substrate polishing apparatus for polishing the substrate And place
A cleaning liquid after the substrate on which the seed layer is formed by the seed layer forming plating apparatus is introduced into the plating apparatus by the substrate transfer device disposed in the plating apparatus, and the plating process and the cleaning process are performed by the plating apparatus. A substrate plating apparatus comprising: a transport mechanism that transports the substrate with the substrate attached to the substrate polishing apparatus.

The substrate plating apparatus according to claim 1,
A substrate storage tank containing a storage solution is provided, and after being introduced into the substrate plating apparatus and subjected to a plating process and a cleaning process in the plating process part and the cleaning process part until the plating process is performed in the plating process part A substrate plating apparatus characterized in that the substrate is immersed in a storage solution in the substrate storage tank and stored.

The substrate plating apparatus according to claim 1,
The substrate is transported through pure water from the loading position of the substrate introduced into the plating apparatus to the vicinity of the plating processing section and / or from the vicinity of the cleaning processing section to the substrate discharging position of the substrate plating apparatus. A substrate plating apparatus provided with a substrate underwater transfer machine.