JP4112879B2 - 電解処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板（被処理基板）の表面（被処理面）にめっきやエッチング等の電解処理を施す電解処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体基板上に配線回路を形成するための金属材料として、アルミニウム又はアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法によって、基板のほぼ全表面に銅を成膜して基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋め込み、余剰な銅を化学機械的研磨（ＣＭＰ）により除去する、いわゆる、ダマシンプロセスによって一般に形成される。
【０００３】
図２３（ａ）〜（ｃ）は、この種の銅配線基板Ｗの製造例を工程順に示すもので、図２３（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ2酸化膜や他のＬｏｗ−ｋ材等からなる絶縁層２を堆積し、この絶縁層２の内部に、例えばリソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用溝４を形成し、その上にＴａＮ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を形成する。バリア層５としては、Ｔａ／ＴａＮ混合層，ＴｉＮ，ＷＮ，ＳｉＴｉＮ，ＣｏＷＰ，ＣｏＷＢ等も考えられる。
【０００４】
そして、図２３（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、基板Ｗのコンタクトホール３及び配線用溝４内に銅を充填するとともに、絶縁層２上に銅膜６を堆積する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁層２上の銅膜６を除去して、コンタクトホール３及び配線用溝４に充填させた銅膜６の表面と絶縁層２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図２３（ｃ）に示すように、銅膜６からなる配線を形成する。
【０００５】
ところで基板Ｗの被めっき面（被処理面）を下に向けてめっきするいわゆるフェースダウン型めっき装置では、図３に示すように、外周近傍にカソード電極との接点を持つ基板Ｗの被めっき面Ｓをめっき槽２１０内においてめっき液Ｑ表面に接液し、アノード２００中央に設けた開口２０１の下側から上側に向けてめっき液を噴出して被めっき面Ｓに当てながらアノード２００と基板Ｗ間に通電して被めっき面Ｓのめっきを行なう泉型が一般的である。
【０００６】
基板Ｗの被めっき面Ｓを接液するめっき液Ｑの表面は、図４に示すように、その中央が滑らかに盛り上がっていることが望ましい。何故なら先ず接液時に被めっき面Ｓの中央がめっき液に触れ、その後接液面が周囲に広がっていくことで、被めっき面Ｓとめっき液の間に気泡等が残ることなく瞬時に被めっき面Ｓ全体を接液でき、これによって均一なめっきが行えるからである。まためっき処理中においても被めっき面Ｓに乱れのないめっき液の流れを与えることは、均一なめっき処理を行うのに好適である。そしてこのようなめっき液の乱れの無いめっき液面を形成するためには、図３に示すように基板Ｗとアノード２００の間隔、即ち極間距離を大きく取り、急激な流れの方向変換をやめ、且つ急激な流路の断面積変化を少なくするようにすればよい。このようにすれば、めっき液の流れは層流になり、形成されるめっき膜には欠陥が少なくなる。
【０００７】
しかしながら、極間距離を大きく取ると、被めっき面Ｓにおける電場がカソード電極に近い外周部分に集中してしまい、被めっき面Ｓ内でのめっき膜厚均一性を向上させるのに難があった。またアノード２００中央に開口２０１を設けるため、さらにめっき膜厚均一性の向上が阻害されていた。
【０００８】
デバイスの世代が進むに従って、シード層の厚さは徐々に薄くなり、７０ｎｍ世代ではさらに薄くなり４０ｎｍにもなろうとしている。この場合、めっき前の基板Ｗのシート抵抗が上昇するため、外周側により電場が集中することになる。これを解決させるにはめっき液の抵抗を上げるか、極間距離を短くするのが有効である。基板Ｗとアノード２００の極間距離を短くするには、図５に示すように、めっき液Ｑの導入を、基板Ｗとアノード２００の間の外周側から中央に向けて水平噴射するように行なう水平噴射型とすればよい。このように構成すれば、極間距離が短くなるばかりか、アノード２００に開口を設ける必要も無く、被めっき面Ｓ内でのめっき膜厚均一性が向上する。
【０００９】
しかしながらこの方式の場合、噴射されためっき液同士が中央部分において衝突して逆向きとなり、流れのせん断が発生して乱れが生じるので、図４に示すような乱れのないめっき液面にするのは困難である。特にこの方式の場合、ノズル２２０から水平噴射するめっき液は、これを中央部分まで到達させるために強く噴出しなければならないが、これによってノズル２２０の噴射口で渦が発生し易くなりさらにめっき液の流れを乱し、アノード２００表面に生成されるブラックフイルムを舞い上げ、被めっき面Ｓ上にパーティクルとして付着して欠陥を生じさせる恐れが生じる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、被処理基板表面の電解処理を欠陥なく均一に行うことができる電解処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため請求項１に記載の発明は、陽極と陰極の一方の電極との接点を持つ被処理基板と前記被処理基板に対峙させた他方の電極との間に電解液を満たして被処理基板表面の電解処理を行なう電解処理装置において、多孔体からなる板状の一対の部材を隙間を介して対向設置するようにリング状のスペーサ部材の上下面に取り付けることで箱体を形成してなる整流ボックスを具備し、この整流ボックスを前記被処理基板と他方の電極の間の電解液中に設置し、さらに前記スペーサ部材中の複数部分に前記隙間の周囲から中央に向けて電解液を注入してこの隙間部分に予圧を与える電解液注入手段を取り付け、前記整流ボックスの内部に前記電解液注入手段によって電解液を注入することで前記被処理基板と他方の電極のそれぞれに対向する側の面を透して被処理基板側の領域と他方の電極側の領域の両者に向けて電解液を分流して送り出すことを特徴とする電解処理装置である。
【００１２】
整流ボックスを設けることで電解液は、整流ボックスの内部から被処理基板と他方の電極の両者に向けて分流して外部に送り出され、整流ボックス内へ逆流することなく、被処理基板側の領域と他方の電極側の領域を通って排出される。このため他方の電極側の領域で生じるパーティクルが被処理基板側に悪影響を及ぼすことは無くなる。他方の電極をアノードとした場合、アノード表面に形成されるブラックフィルムは整流ボックス内が予圧状態となり、アノード側に対向する側の多孔体の流れが下方向となるため、多孔体にブラックフィルムが吸着することなく、多孔体の定期的洗浄も不要となる。
また電解液注入手段から注入された電解液は中央付近で衝突して上下に分流し、整流ボックスを透過して反転し、整流ボックスの外部において電解液の流入方向とは反対方向に流れていくが、多孔板が電解液の逆流によって生じる流れのせん断、せん断によって生じるうずなどの乱れを緩和する。このため流体の流れはスムーズになり、電解液注入手段によって注入された電解液の多くは容易に中央部まで到達してスムーズに反転でき、効果的な電解処理が行える。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記整流ボックスを構成する多孔体は、多孔質体又は多数のパンチング穴状の開口を有する樹脂体によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の電解処理装置である。
【００１４】
特に多孔質体は、気孔径を小さくできて開口率を大きく取れるので、電解液の透過を阻害することなくパーティクルの通過を阻止できるので好適である。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記整流ボックスの前記被処理基板に対向する側の面は、その面の中央部分における電解液の通過流量が、周囲部分における電解液の通過流量よりも多くなる通過流量制御構造となっていることを特徴とする請求項１又は２記載の電解処理装置である。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記通過流量制御構造は、前記整流ボックスの被処理基板に対向する側の面の中央部分の開口率を周囲部分の開口率よりも大きくするか、或いは前記整流ボックスの被処理基板に対向する側の面の中央部分の厚みを周囲部分の厚みよりも薄くするか、或いは前記整流ボックスの被処理基板に対向する側の面の中央部分に開口を設けることによって構成されていることを特徴とする請求項３記載の電解処理装置である。
【００１９】
このような通過流量制御構造にすることで、整流ボックス中央の電解液通過流量を周囲部分に比べて多くするように制御でき、被処理基板の効果的な電解処理が行える。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、前記整流ボックスから被処理基板と他方の電極の両者に向けて分流していく電解液の分流比率が所定の比率となるように、整流ボックスの被処理基板と他方の電極に対向するそれぞれの面を構成する多孔体の開口率及び／又は板厚を異ならせたことを特徴とする請求項１乃至４の内の何れか１項記載の電解処理装置である。
【００２１】
【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詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかるめっき装置の概略断面図である。同図に示すようにこのめっき装置は、めっき槽１０の底部１１にアノード２０を設置し、アノード２０の上にアノード２０と平行に対峙するように基板ホルダ３０によって保持された基板（被処理基板）Ｗを設置し、基板Ｗとアノード２０の間にめっき液Ｑを満たすとともに、基板Ｗとアノード２０の間のめっき液Ｑ中に整流ボックス５０を設置して構成されている。なお図１は、基板ホルダ３０で基板Ｗを保持してめっき液Ｑの液面を上昇させためっき位置にあるときの状態を示している。以下各構成部品について説明する。
【００２２】
めっき槽１０は概略円形の容器であって、その底部１１のアノード２０の周囲にアノード側めっき液排出路１３を等間隔に複数個（この実施形態では下記するめっき液噴射ノズル６５の数と同一個数）設け、また側壁１５の内側に周壁１６を設けることでその外側にオーバーフロー液回収槽１７を形成して構成されている。そしてアノード側めっき液排出路１３から排出されためっき液と、オーバーフロー液回収槽１７に回収されためっき液は、それぞれ配管７１，７３によって循環槽７４に回収し、配管７５及びポンプＰによって下記する整流ボックス５０のめっき液噴射ノズル６５に供給するように構成されている（この循環機構を電解液循環機構という）。また周壁１６の内側であって整流ボックス５０の上面外周から斜め内側上方に向かってリング状の電場集中防止部材１９が突出するように設けられ、これによってカソードとなる被めっき面Ｓの外周部分への電場集中を防止するようにしている。
【００２３】
アノード２０は円板状であって、銅にリンを含有させた含リン銅等の溶解性のものが使用されており、めっき槽１０の底部１１中央にその表面が露出するように取り付けられている。なおアノード２０として不溶解性のものを使用しても良い。
【００２４】
基板ホルダ３０は、下方に開口した有底円筒状で周壁に開口３２ａを有するハウジング３２と、このハウジング３２の内部に配置した押圧リング３４とを有している。ハウジング３２はモータ３６の出力軸に連結され、押圧リング３４は、ハウジング３２に下向きに取り付けたシリンダ３８のシリンダロッド３９に連結されている。ハウジング３２の下端には、内方に突出するリング状の基板保持部４２が設けられ、基板保持部４２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４４が取り付けられている。更に、シール材４４の外方に複数のカソード電極用接点４６が配置されている。
【００２５】
これによって、めっき液Ｑの液面を下げた状態で、基板Ｗを吸着ハンド等で保持してハウジング３２の内部に入れて基板保持部４２のシール材４４の上面に載置し、吸着ハンドをハウジング３２から引き抜いた後、押圧リング３４を下降させる。これにより、基板Ｗの周縁部をシール材４４と押圧リング３４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４４が圧接して、ここを確実にシールし、同時に、基板Ｗの被めっき面Ｓに設けたシード層７（図２３（ａ）参照）とカソード電極用接点４６とが通電してシード層７がカソードとなるようになっている。
【００２６】
図２は整流ボックス５０を示す図であり、図２（ａ）は概略平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面矢視図である。同図及び図１に示すように整流ボックス５０は、多孔質体製で板状の上下一対のカソード側部材５１及びアノード側部材５５を、リング状のスペーサ部材６１の上下面に取り付け、スペーサ部材６１中に８個のめっき液噴射ノズル６５を取り付けることで構成されている。即ち整流ボックス５０は、カソード側部材５１及びアノード側部材５５を隙間５８を介して対向設置して１つの箱体（ボックス）を形成して構成されている。
【００２７】
カソード側部材５１は略円板状であって、中央に開口５３を設け、また外周から中央に向けて面全体が徐々に上方向に傾斜するように（扁平な円錐状となるように）形成されている。一方アノード側部材５５は円板状であって、前記カソード側部材５１と同様の多孔質体で構成されている。
【００２８】
カソード側部材５１とアノード側部材５５の材質としては、ポリプロピレンやポリエチレン等の樹脂製の多孔質体（多数の微細な穴を持つ物質、ポーラス状の物質）を用いるが、セラミックの多孔質体であっても良い。この多孔質体は液体を含浸して通過する性質を有し、本発明においてはその気孔径が１μｍ〜１００μｍ、さらに好ましくは１０μｍ〜３０μｍ、その開口率が５％〜５０％、更に好ましくは２０％〜４０％のものが好適である。これらの気孔径と開口率は、カソード側部材５１及びアノード側部材５５が整流板としての機能を有すると同時に、めっき液噴射ノズル６５から噴射されためっき液が隙間５８部分に与える圧力（予圧）によって、カソード側部材５１及びアノード側部材５５の両者を透過してスムーズに外部に送り出されるのに好適な範囲である。
【００２９】
スペーサ部材６１はポリプロピレンやフッ素樹脂等の成形品であり、等間隔に８個のめっき液噴射ノズル（めっき液注入手段）６５が内側向きに、即ちカソード側部材５１とアノード側部材５５が形成する隙間５８の周囲部分から中央部分に向けてめっき液を注入するように設置されている。
【００３０】
なお図１に示すように、基板Ｗとアノード２０の間に整流ボックス５０を設置することで整流ボックス５０の上下に、それぞれ基板側領域Ａ１とアノード側領域Ａ２とが形成される。
【００３１】
次にこのめっき装置によるめっき処理方法について説明する。先ず搬送ロボットの吸着ハンドとこの吸着ハンドで被めっき面を下に向けて吸着保持した基板Ｗをハウジング３２の開口３２ａ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３２の基板保持部４２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３２から引き抜く。次に、押圧リング３４を下降させて基板Ｗの周縁部を基板保持部４２と押圧リング３４の下面で挟持して基板Ｗを保持する。
【００３２】
そしてポンプＰを駆動してめっき液噴射ノズル６５からめっき液を整流ボックス５０内に噴射し、同時にハウジング３２とそれに保持された基板Ｗを中速で回転させ、めっき液Ｑが所定の量まで充たされ、更に数秒経過したときに、ハウジング３２の回転速度を低速回転（例えば１００回転／ｍｉｎ）に低下させ、アノード２０とカソードとなる基板Ｗの被めっき面Ｓに設けたシード層７（図２３（ａ）参照）との間にめっき電流を流して電気めっきを行う。めっき液流量は通常３Ｌ／ｍｉｎ程度が望ましい。
【００３３】
ここで各めっき液噴射ノズル６５から噴射されためっき液は、何れも整流ボックス５０の隙間５８の部分の中央に向かい、整流ボックス５０内に予圧を与えながら、中央付近で衝突してその流れは上側に向かって反転していく流れと、下側に向かって反転していく流れとに分流する。上側に向かって反転した流れは開口５３及びその周囲のカソード側部材５１の内部を透過してカソード側領域Ａ１に入って被めっき面Ｓに向かい、被めっき面Ｓの中央付近から略放射状に外周方向に向けて流れ、周壁１６を越えてオーバーフロー液回収槽１７に回収され排出される。一方下側に向かって反転した流れはアノード側部材５５の内部を透過してアノード側領域Ａ２に導入され、アノード２０の中央付近から略放射状に外周方向に向けて流れ、アノード側めっき液排出路１３から排出される。言い換えれば整流ボックス５０内に形成される予圧とめっき液Ｑのヘッドの合成圧力によりめっき液Ｑは整流ボックス５０の上下面からそれぞれ外方に出ていく流れを作り出している。
【００３４】
排出されためっき液は何れも循環槽７４に集められ、ポンプＰによって再び循環されて各めっき液噴射ノズル６５から噴射される。なお各めっき液噴射ノズル６５から噴射されためっき液の一部は、中央部分に到達する前に上下に分流してそれぞれカソード側部材５１とアノード側部材５５を透過してカソード側領域Ａ１とアノード側領域Ａ２に導入される。
【００３５】
なお上記実施形態においてカソード側部材５１の中央に開口５３を設けたのは、めっき液噴射ノズル６５側で生じた気泡を基板側領域Ａ１に向けて排出するためであり、必ずしも必要ない。同様にカソード側部材５１を傾斜面にしたのもめっき液噴射ノズル６５側で生じた気泡を開口５３に向けて移動し易くするためで、必ずしも必要ない。
【００３６】
ところで本発明においては、整流ボックス５０を設置することで、めっき液の流れを理想的なものに整流し、被めっき面Ｓ内におけるめっき膜厚の均一化と欠陥の生じにくいめっき膜の形成とを図るようにしているが、これは以下の理由による。
【００３７】
▲１▼アノード側領域Ａ２に分流してアノード２０上を放射状に広がっていくめっき液は、アノード側部材５５がめっき液の流れの方向を整流するので、一旦整流ボックス５０の下方に流出しためっき液は整流ボックス５０内へ戻りにくく、その逆流は防止され、その流れは全てアノード側めっき液排出路１３に向かう。このためアノード２０の表面に生成されて剥がれたブラックフィルムは全てアノード側めっき液排出路１３に向かい、めっき槽１０内に残らず、被めっき面Ｓのめっき膜に悪影響を及ぼすことはない。従って生成されるめっき膜に欠陥が生じにくくなる。アノード側めっき液排出路１３から排出されためっき液はめっき液噴射ノズル６５に循環される前にフィルタなどによって取り除けば良い。
【００３８】
▲２▼めっき液噴射ノズル６５から噴射されためっき液と整流ボックス５０の上下で反転しためっき液の境界において生じる流れのせん断が、両方の流れを仕切るカソード側部材５１とアノード側部材５５によって防止されるので、めっき液の流れはスムーズになり、めっき液噴射ノズル６５から噴射されためっき液の流れの多くは容易に中央部まで到達して反転でき、カソード側領域Ａ１においては多くのめっき液が基板Ｗの中央から被めっき面Ｓに沿ってオーバーフロー液回収槽１７方向に向かい、効果的なめっきが行える。
【００３９】
▲３▼カソード側部材５１とアノード側部材５５と液の流入口であるめっき液噴射ノズル６５とを一体にしたボックスに形成したので、めっき液噴射ノズル６５からめっき液を噴出することでボックス内に予圧を与えてその圧力をその外部の圧力よりも大きくすることができ、整流ボックス５０の上下面から外部に流出しためっき液が再び整流ボックス５０内に逆流するのを防止できるばかりか、カソード側部材５１やアノード側部材５５の開口率や厚みの構造（通過流量制御構造）を制御することで、めっき液の流れを最適なものにすることができる。例えばアノード側部材５５全体の開口率・厚みを均一にすることでアノード側部材５５全面に渡り均一な流出流れを作ったり、カソード側部材５１の中央部の開口率を周辺部よりも高くすることで（又は中央部の厚みを周辺部よりも薄くするか或いは開口５３を設けることで）カソード側部材５１の中央部に多くのめっき液が周り込むようにしたりする。これによって図４に示すような中央が滑らかに盛り上がるめっき液面を形成でき、基板Ｗの被処理面Ｓにその中央部分から外周に向けて気泡が入ることなく瞬時に接液することができる。なおアノード側部材５５の各部の開口率や厚みを変更することで各部の流出流量を変更するように制御しても良い。また整流ボックス５０から基板Ｗとアノード２０の両者に向けて分流していくめっき液の分流比率を所定の比率になるように制御したい場合は、カソード側部材５１の開口率又は板厚とアノード側部材５５の開口率又は板厚とを異ならせるようにすれば良い。例えばカソード側部材５１の開口率をアノード側部材５５の開口率よりも高くして（又はカソード側部材５１の厚みをアノード側部材５５の厚みよりも薄くして）カソード側部材５１側に透過していくめっき液の量を多くしたりすることができる。
【００４０】
▲４▼めっき液噴射ノズル６５から噴出しためっき液の流れは渦を生じ、隣同士のめっき液噴射ノズル６５の噴流が干渉し合うことで乱れを生じるが、本発明の場合は整流ボックス５０内を噴流が移動することでこの乱れは緩和される。特に本発明においては前記▲２▼で述べたように、流れのせん断が防止されてめっき液の流れがスムーズになるので、めっき液噴射ノズル６５から噴出するめっき液の流速を遅くしてもよく、従って噴出しためっき液の流れに渦自体が生じにくく、噴流の干渉による乱れがさらに生じにくくなる。
【００４１】
以上のようにしてめっきを終了した後、めっき槽１０のめっき液Ｑを抜き、ハウジング３２及びそれに保持した基板Ｗを露出させる。この状態でハウジング３２とそれに保持した基板Ｗを高速（例えば、５００〜８００回転／ｍｉｎ）で回転し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３２が所定の方向に向くようにしてハウジング３２の回転を停止させる。
【００４２】
ハウジング３２が完全に停止した後、押圧リング３４を上昇させ、次に搬送ロボット吸着ハンド等を吸着面を下に向けてハウジング３２の開口３２ａ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まで吸着ハンドを下降させる。そして基板Ｗ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３２の開口３２ａの上部まで移動させて、ハウジング３２の開口３２ａから吸着ハンドとそれに保持した基板Ｗを取り出す。
【００４３】
図６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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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（本発明のめっき装置、なお以下の各基板処理装置内のめっきを行う装置も同様である）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。
【００４８】
図７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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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６参照）を開放すると、これらのエリア間の空気の流れは、図７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９に示すように、集合排気ダクト５５４に集められる。
【００５４】
図８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。
【００５５】
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。
【００５６】
なお、図６及び図７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。
【００５７】
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。
【００５８】
図１０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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
図１１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１１に示す基板処理装置が図１０に示す装置と異なる点は、銅めっき槽６０２、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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
図１２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。
【００６７】
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。
【００６８】
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でカバーメッキ前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、カバーメッキ槽６１２に移送され、該カバーメッキ槽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。
【００６９】
図１３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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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ＳｉＯ2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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
図１４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１３に示す半導体基板処理装置と異なる点は、図１３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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
図１５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１４に示す半導体基板処理装置と異なる点は、図１４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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
図１６は、基板処理装置の他の平面配置構成を示す図である。図１６において、図１３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。
【００８９】
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。
【００９０】
〔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。
【００９１】
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。
【００９２】
〔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。
【００９３】
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。
【００９４】
図１７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。
【００９５】
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の近傍に乾燥状態膜厚測定機７１３を配置している。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
図１７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。
【０１００】
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。
【０１０１】
図１８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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
図１９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。
【０１０４】
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、ＳｉＯ2）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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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、第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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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２０に、ベベル・裏面洗浄ユニット８１６の概略図を示す。図２０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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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体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体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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
図２１及び図２２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。
【０１２０】
ガス導入管１０１０は、内部にフィルタ１０１４ａを有するＮ2ガス導入路１０１６内を流れるＮ2ガスと、内部にフィルタ１０１４ｂを有するＨ2ガス導入路１０１８内を流れるＨ2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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
なお、この例では、酸化防止用のガスとして、Ｎ2ガスと数％のＨ2ガスを混合した混合ガスを流すようにしているが、Ｎ2ガスのみを流すようにしてもよい。
【０１２４】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。
【０１２５】
例えば上記実施形態では整流ボックス５０を構成するカソード側部材５１とアノード側部材５５を構成する多孔体として多孔質体を用いたが、絶縁性の樹脂板（樹脂体）に多数の微細なパンチング穴状の開口を設けたもので構成してもよい。パンチング穴状の開口を設けた多孔体の場合は、その気孔径が０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ、さらに好ましくは１．０ｍｍ〜４．０ｍｍ、その開口率が５％〜５０％、さらに好ましくは１０％〜３０％のものが好適である。但し多孔質体の場合に比べて気孔径は大きくなるので、多孔質体の場合に比べてパーティクルの通過を許す恐れがあり、開口率を大きくしても微細な気孔径を維持できる多孔質体の方がより好ましい。さらに多孔体として樹脂で構成した多孔性膜を用いてもよい。
【０１２６】
また上記実施形態では、本発明を電解めっきに適用した場合について説明したが、電流方向を逆転させることで、つまり、この装置をそのまま用い、電源の極性を反転させることで電解エッチングに用いることができ、この場合、エッチングの均一性を向上させることができる。
【０１２７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、被処理基板表面の電解処理を欠陥なく均一に行えるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるめっき装置の概略断面図である。
【図２】整流ボックス５０を示す図であり、図２（ａ）は概略平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図３】泉型のめっき装置の概略構成図である。
【図４】基板Ｗ接液時のめっき液Ｑ表面の状態を示す図である。
【図５】水平噴射型のめっき装置の概略構成図である。
【図６】基板処理装置を示す平面配置図である。
【図７】図６に示す基板処理装置内の気流の流れを示す図である。
【図８】図６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９】図６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１０】基板処理装置の他の例を示す平面配置図である。
【図１１】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１２】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１３】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１４】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１５】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１６】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１７】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１８】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１９】図１８に示す基板処理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２０】ベベル・裏面洗浄ユニットを示す概要図である。
【図２１】アニールユニットの一例を示す縦断正面図である。
【図２２】図２１の平断面図である。
【図２３】銅めっきにより銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【符号の説明】
１０ めっき槽
１３ アノード側めっき液排出路
１５ 側壁
１６ 周壁
１７ オーバーフロー液回収槽
１９ 電場集中防止部材
２０ アノード（他方の電極）
３０ 基板ホルダ
５０ 整流ボックス
５１ カソード側部材
５３ 開口
５５ アノード側部材
５８ 隙間
６１ スペーサ部材
６５ めっき液噴射ノズル（めっき液注入手段）
Ａ１ 基板側領域
Ａ２ アノード側領域
Ｗ 基板（被処理基板）
Ｓ 被めっき面
Ｑ めっき液（電解液）
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板（被処理基板）の表面（被処理面）にめっきやエッチング等の電解処理を施す電解処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体基板上に配線回路を形成するための金属材料として、アルミニウム又はアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法によって、基板のほぼ全表面に銅を成膜して基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋め込み、余剰な銅を化学機械的研磨（ＣＭＰ）により除去する、いわゆる、ダマシンプロセスによって一般に形成される。
【０００３】
図２３（ａ）〜（ｃ）は、この種の銅配線基板Ｗの製造例を工程順に示すもので、図２３（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ2酸化膜や他のＬｏｗ−ｋ材等からなる絶縁層２を堆積し、この絶縁層２の内部に、例えばリソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用溝４を形成し、その上にＴａＮ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を形成する。バリア層５としては、Ｔａ／ＴａＮ混合層，ＴｉＮ，ＷＮ，ＳｉＴｉＮ，ＣｏＷＰ，ＣｏＷＢ等も考えられる。
【０００４】
そして、図２３（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、基板Ｗのコンタクトホール３及び配線用溝４内に銅を充填するとともに、絶縁層２上に銅膜６を堆積する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁層２上の銅膜６を除去して、コンタクトホール３及び配線用溝４に充填させた銅膜６の表面と絶縁層２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図２３（ｃ）に示すように、銅膜６からなる配線を形成する。
【０００５】
ところで基板Ｗの被めっき面（被処理面）を下に向けてめっきするいわゆるフェースダウン型めっき装置では、図３に示すように、外周近傍にカソード電極との接点を持つ基板Ｗの被めっき面Ｓをめっき槽２１０内においてめっき液Ｑ表面に接液し、アノード２００中央に設けた開口２０１の下側から上側に向けてめっき液を噴出して被めっき面Ｓに当てながらアノード２００と基板Ｗ間に通電して被めっき面Ｓのめっきを行なう泉型が一般的である。
【０００６】
基板Ｗの被めっき面Ｓを接液するめっき液Ｑの表面は、図４に示すように、その中央が滑らかに盛り上がっていることが望ましい。何故なら先ず接液時に被めっき面Ｓの中央がめっき液に触れ、その後接液面が周囲に広がっていくことで、被めっき面Ｓとめっき液の間に気泡等が残ることなく瞬時に被めっき面Ｓ全体を接液でき、これによって均一なめっきが行えるからである。まためっき処理中においても被めっき面Ｓに乱れのないめっき液の流れを与えることは、均一なめっき処理を行うのに好適である。そしてこのようなめっき液の乱れの無いめっき液面を形成するためには、図３に示すように基板Ｗとアノード２００の間隔、即ち極間距離を大きく取り、急激な流れの方向変換をやめ、且つ急激な流路の断面積変化を少なくするようにすればよい。このようにすれば、めっき液の流れは層流になり、形成されるめっき膜には欠陥が少なくなる。
【０００７】
しかしながら、極間距離を大きく取ると、被めっき面Ｓにおける電場がカソード電極に近い外周部分に集中してしまい、被めっき面Ｓ内でのめっき膜厚均一性を向上させるのに難があった。またアノード２００中央に開口２０１を設けるため、さらにめっき膜厚均一性の向上が阻害されていた。
【０００８】
デバイスの世代が進むに従って、シード層の厚さは徐々に薄くなり、７０ｎｍ世代ではさらに薄くなり４０ｎｍにもなろうとしている。この場合、めっき前の基板Ｗのシート抵抗が上昇するため、外周側により電場が集中することになる。これを解決させるにはめっき液の抵抗を上げるか、極間距離を短くするのが有効である。基板Ｗとアノード２００の極間距離を短くするには、図５に示すように、めっき液Ｑの導入を、基板Ｗとアノード２００の間の外周側から中央に向けて水平噴射するように行なう水平噴射型とすればよい。このように構成すれば、極間距離が短くなるばかりか、アノード２００に開口を設ける必要も無く、被めっき面Ｓ内でのめっき膜厚均一性が向上する。
【０００９】
しかしながらこの方式の場合、噴射されためっき液同士が中央部分において衝突して逆向きとなり、流れのせん断が発生して乱れが生じるので、図４に示すような乱れのないめっき液面にするのは困難である。特にこの方式の場合、ノズル２２０から水平噴射するめっき液は、これを中央部分まで到達させるために強く噴出しなければならないが、これによってノズル２２０の噴射口で渦が発生し易くなりさらにめっき液の流れを乱し、アノード２００表面に生成されるブラックフイルムを舞い上げ、被めっき面Ｓ上にパーティクルとして付着して欠陥を生じさせる恐れが生じる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、被処理基板表面の電解処理を欠陥なく均一に行うことができる電解処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため請求項１に記載の発明は、陽極と陰極の一方の電極との接点を持つ被処理基板と前記被処理基板に対峙させた他方の電極との間に電解液を満たして被処理基板表面の電解処理を行なう電解処理装置において、多孔体からなる板状の一対の部材を隙間を介して対向設置するようにリング状のスペーサ部材の上下面に取り付けることで箱体を形成してなる整流ボックスを具備し、この整流ボックスを前記被処理基板と他方の電極の間の電解液中に設置し、さらに前記スペーサ部材中の複数部分に前記隙間の周囲から中央に向けて電解液を注入してこの隙間部分に予圧を与える電解液注入手段を取り付け、前記整流ボックスの内部に前記電解液注入手段によって電解液を注入することで前記被処理基板と他方の電極のそれぞれに対向する側の面を透して被処理基板側の領域と他方の電極側の領域の両者に向けて電解液を分流して送り出すことを特徴とする電解処理装置である。
【００１２】
整流ボックスを設けることで電解液は、整流ボックスの内部から被処理基板と他方の電極の両者に向けて分流して外部に送り出され、整流ボックス内へ逆流することなく、被処理基板側の領域と他方の電極側の領域を通って排出される。このため他方の電極側の領域で生じるパーティクルが被処理基板側に悪影響を及ぼすことは無くなる。他方の電極をアノードとした場合、アノード表面に形成されるブラックフィルムは整流ボックス内が予圧状態となり、アノード側に対向する側の多孔体の流れが下方向となるため、多孔体にブラックフィルムが吸着することなく、多孔体の定期的洗浄も不要となる。
また電解液注入手段から注入された電解液は中央付近で衝突して上下に分流し、整流ボックスを透過して反転し、整流ボックスの外部において電解液の流入方向とは反対方向に流れていくが、多孔板が電解液の逆流によって生じる流れのせん断、せん断によって生じるうずなどの乱れを緩和する。このため流体の流れはスムーズになり、電解液注入手段によって注入された電解液の多くは容易に中央部まで到達してスムーズに反転でき、効果的な電解処理が行える。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記整流ボックスを構成する多孔体は、多孔質体又は多数のパンチング穴状の開口を有する樹脂体によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の電解処理装置である。
【００１４】
特に多孔質体は、気孔径を小さくできて開口率を大きく取れるので、電解液の透過を阻害することなくパーティクルの通過を阻止できるので好適である。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記整流ボックスの前記被処理基板に対向する側の面は、その面の中央部分における電解液の通過流量が、周囲部分における電解液の通過流量よりも多くなる通過流量制御構造となっていることを特徴とする請求項１又は２記載の電解処理装置である。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記通過流量制御構造は、前記整流ボックスの被処理基板に対向する側の面の中央部分の開口率を周囲部分の開口率よりも大きくするか、或いは前記整流ボックスの被処理基板に対向する側の面の中央部分の厚みを周囲部分の厚みよりも薄くするか、或いは前記整流ボックスの被処理基板に対向する側の面の中央部分に開口を設けることによって構成されていることを特徴とする請求項３記載の電解処理装置である。
【００１９】
このような通過流量制御構造にすることで、整流ボックス中央の電解液通過流量を周囲部分に比べて多くするように制御でき、被処理基板の効果的な電解処理が行える。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、前記整流ボックスから被処理基板と他方の電極の両者に向けて分流していく電解液の分流比率が所定の比率となるように、整流ボックスの被処理基板と他方の電極に対向するそれぞれの面を構成する多孔体の開口率及び／又は板厚を異ならせたことを特徴とする請求項１乃至４の内の何れか１項記載の電解処理装置である。
【００２１】
【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詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかるめっき装置の概略断面図である。同図に示すようにこのめっき装置は、めっき槽１０の底部１１にアノード２０を設置し、アノード２０の上にアノード２０と平行に対峙するように基板ホルダ３０によって保持された基板（被処理基板）Ｗを設置し、基板Ｗとアノード２０の間にめっき液Ｑを満たすとともに、基板Ｗとアノード２０の間のめっき液Ｑ中に整流ボックス５０を設置して構成されている。なお図１は、基板ホルダ３０で基板Ｗを保持してめっき液Ｑの液面を上昇させためっき位置にあるときの状態を示している。以下各構成部品について説明する。
【００２２】
めっき槽１０は概略円形の容器であって、その底部１１のアノード２０の周囲にアノード側めっき液排出路１３を等間隔に複数個（この実施形態では下記するめっき液噴射ノズル６５の数と同一個数）設け、また側壁１５の内側に周壁１６を設けることでその外側にオーバーフロー液回収槽１７を形成して構成されている。そしてアノード側めっき液排出路１３から排出されためっき液と、オーバーフロー液回収槽１７に回収されためっき液は、それぞれ配管７１，７３によって循環槽７４に回収し、配管７５及びポンプＰによって下記する整流ボックス５０のめっき液噴射ノズル６５に供給するように構成されている（この循環機構を電解液循環機構という）。また周壁１６の内側であって整流ボックス５０の上面外周から斜め内側上方に向かってリング状の電場集中防止部材１９が突出するように設けられ、これによってカソードとなる被めっき面Ｓの外周部分への電場集中を防止するようにしている。
【００２３】
アノード２０は円板状であって、銅にリンを含有させた含リン銅等の溶解性のものが使用されており、めっき槽１０の底部１１中央にその表面が露出するように取り付けられている。なおアノード２０として不溶解性のものを使用しても良い。
【００２４】
基板ホルダ３０は、下方に開口した有底円筒状で周壁に開口３２ａを有するハウジング３２と、このハウジング３２の内部に配置した押圧リング３４とを有している。ハウジング３２はモータ３６の出力軸に連結され、押圧リング３４は、ハウジング３２に下向きに取り付けたシリンダ３８のシリンダロッド３９に連結されている。ハウジング３２の下端には、内方に突出するリング状の基板保持部４２が設けられ、基板保持部４２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４４が取り付けられている。更に、シール材４４の外方に複数のカソード電極用接点４６が配置されている。
【００２５】
これによって、めっき液Ｑの液面を下げた状態で、基板Ｗを吸着ハンド等で保持してハウジング３２の内部に入れて基板保持部４２のシール材４４の上面に載置し、吸着ハンドをハウジング３２から引き抜いた後、押圧リング３４を下降させる。これにより、基板Ｗの周縁部をシール材４４と押圧リング３４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４４が圧接して、ここを確実にシールし、同時に、基板Ｗの被めっき面Ｓに設けたシード層７（図２３（ａ）参照）とカソード電極用接点４６とが通電してシード層７がカソードとなるようになっている。
【００２６】
図２は整流ボックス５０を示す図であり、図２（ａ）は概略平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面矢視図である。同図及び図１に示すように整流ボックス５０は、多孔質体製で板状の上下一対のカソード側部材５１及びアノード側部材５５を、リング状のスペーサ部材６１の上下面に取り付け、スペーサ部材６１中に８個のめっき液噴射ノズル６５を取り付けることで構成されている。即ち整流ボックス５０は、カソード側部材５１及びアノード側部材５５を隙間５８を介して対向設置して１つの箱体（ボックス）を形成して構成されている。
【００２７】
カソード側部材５１は略円板状であって、中央に開口５３を設け、また外周から中央に向けて面全体が徐々に上方向に傾斜するように（扁平な円錐状となるように）形成されている。一方アノード側部材５５は円板状であって、前記カソード側部材５１と同様の多孔質体で構成されている。
【００２８】
カソード側部材５１とアノード側部材５５の材質としては、ポリプロピレンやポリエチレン等の樹脂製の多孔質体（多数の微細な穴を持つ物質、ポーラス状の物質）を用いるが、セラミックの多孔質体であっても良い。この多孔質体は液体を含浸して通過する性質を有し、本発明においてはその気孔径が１μｍ〜１００μｍ、さらに好ましくは１０μｍ〜３０μｍ、その開口率が５％〜５０％、更に好ましくは２０％〜４０％のものが好適である。これらの気孔径と開口率は、カソード側部材５１及びアノード側部材５５が整流板としての機能を有すると同時に、めっき液噴射ノズル６５から噴射されためっき液が隙間５８部分に与える圧力（予圧）によって、カソード側部材５１及びアノード側部材５５の両者を透過してスムーズに外部に送り出されるのに好適な範囲である。
【００２９】
スペーサ部材６１はポリプロピレンやフッ素樹脂等の成形品であり、等間隔に８個のめっき液噴射ノズル（めっき液注入手段）６５が内側向きに、即ちカソード側部材５１とアノード側部材５５が形成する隙間５８の周囲部分から中央部分に向けてめっき液を注入するように設置されている。
【００３０】
なお図１に示すように、基板Ｗとアノード２０の間に整流ボックス５０を設置することで整流ボックス５０の上下に、それぞれ基板側領域Ａ１とアノード側領域Ａ２とが形成される。
【００３１】
次にこのめっき装置によるめっき処理方法について説明する。先ず搬送ロボットの吸着ハンドとこの吸着ハンドで被めっき面を下に向けて吸着保持した基板Ｗをハウジング３２の開口３２ａ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３２の基板保持部４２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３２から引き抜く。次に、押圧リング３４を下降させて基板Ｗの周縁部を基板保持部４２と押圧リング３４の下面で挟持して基板Ｗを保持する。
【００３２】
そしてポンプＰを駆動してめっき液噴射ノズル６５からめっき液を整流ボックス５０内に噴射し、同時にハウジング３２とそれに保持された基板Ｗを中速で回転させ、めっき液Ｑが所定の量まで充たされ、更に数秒経過したときに、ハウジング３２の回転速度を低速回転（例えば１００回転／ｍｉｎ）に低下させ、アノード２０とカソードとなる基板Ｗの被めっき面Ｓに設けたシード層７（図２３（ａ）参照）との間にめっき電流を流して電気めっきを行う。めっき液流量は通常３Ｌ／ｍｉｎ程度が望ましい。
【００３３】
ここで各めっき液噴射ノズル６５から噴射されためっき液は、何れも整流ボックス５０の隙間５８の部分の中央に向かい、整流ボックス５０内に予圧を与えながら、中央付近で衝突してその流れは上側に向かって反転していく流れと、下側に向かって反転していく流れとに分流する。上側に向かって反転した流れは開口５３及びその周囲のカソード側部材５１の内部を透過してカソード側領域Ａ１に入って被めっき面Ｓに向かい、被めっき面Ｓの中央付近から略放射状に外周方向に向けて流れ、周壁１６を越えてオーバーフロー液回収槽１７に回収され排出される。一方下側に向かって反転した流れはアノード側部材５５の内部を透過してアノード側領域Ａ２に導入され、アノード２０の中央付近から略放射状に外周方向に向けて流れ、アノード側めっき液排出路１３から排出される。言い換えれば整流ボックス５０内に形成される予圧とめっき液Ｑのヘッドの合成圧力によりめっき液Ｑは整流ボックス５０の上下面からそれぞれ外方に出ていく流れを作り出している。
【００３４】
排出されためっき液は何れも循環槽７４に集められ、ポンプＰによって再び循環されて各めっき液噴射ノズル６５から噴射される。なお各めっき液噴射ノズル６５から噴射されためっき液の一部は、中央部分に到達する前に上下に分流してそれぞれカソード側部材５１とアノード側部材５５を透過してカソード側領域Ａ１とアノード側領域Ａ２に導入される。
【００３５】
なお上記実施形態においてカソード側部材５１の中央に開口５３を設けたのは、めっき液噴射ノズル６５側で生じた気泡を基板側領域Ａ１に向けて排出するためであり、必ずしも必要ない。同様にカソード側部材５１を傾斜面にしたのもめっき液噴射ノズル６５側で生じた気泡を開口５３に向けて移動し易くするためで、必ずしも必要ない。
【００３６】
ところで本発明においては、整流ボックス５０を設置することで、めっき液の流れを理想的なものに整流し、被めっき面Ｓ内におけるめっき膜厚の均一化と欠陥の生じにくいめっき膜の形成とを図るようにしているが、これは以下の理由による。
【００３７】
▲１▼アノード側領域Ａ２に分流してアノード２０上を放射状に広がっていくめっき液は、アノード側部材５５がめっき液の流れの方向を整流するので、一旦整流ボックス５０の下方に流出しためっき液は整流ボックス５０内へ戻りにくく、その逆流は防止され、その流れは全てアノード側めっき液排出路１３に向かう。このためアノード２０の表面に生成されて剥がれたブラックフィルムは全てアノード側めっき液排出路１３に向かい、めっき槽１０内に残らず、被めっき面Ｓのめっき膜に悪影響を及ぼすことはない。従って生成されるめっき膜に欠陥が生じにくくなる。アノード側めっき液排出路１３から排出されためっき液はめっき液噴射ノズル６５に循環される前にフィルタなどによって取り除けば良い。
【００３８】
▲２▼めっき液噴射ノズル６５から噴射されためっき液と整流ボックス５０の上下で反転しためっき液の境界において生じる流れのせん断が、両方の流れを仕切るカソード側部材５１とアノード側部材５５によって防止されるので、めっき液の流れはスムーズになり、めっき液噴射ノズル６５から噴射されためっき液の流れの多くは容易に中央部まで到達して反転でき、カソード側領域Ａ１においては多くのめっき液が基板Ｗの中央から被めっき面Ｓに沿ってオーバーフロー液回収槽１７方向に向かい、効果的なめっきが行える。
【００３９】
▲３▼カソード側部材５１とアノード側部材５５と液の流入口であるめっき液噴射ノズル６５とを一体にしたボックスに形成したので、めっき液噴射ノズル６５からめっき液を噴出することでボックス内に予圧を与えてその圧力をその外部の圧力よりも大きくすることができ、整流ボックス５０の上下面から外部に流出しためっき液が再び整流ボックス５０内に逆流するのを防止できるばかりか、カソード側部材５１やアノード側部材５５の開口率や厚みの構造（通過流量制御構造）を制御することで、めっき液の流れを最適なものにすることができる。例えばアノード側部材５５全体の開口率・厚みを均一にすることでアノード側部材５５全面に渡り均一な流出流れを作ったり、カソード側部材５１の中央部の開口率を周辺部よりも高くすることで（又は中央部の厚みを周辺部よりも薄くするか或いは開口５３を設けることで）カソード側部材５１の中央部に多くのめっき液が周り込むようにしたりする。これによって図４に示すような中央が滑らかに盛り上がるめっき液面を形成でき、基板Ｗの被処理面Ｓにその中央部分から外周に向けて気泡が入ることなく瞬時に接液することができる。なおアノード側部材５５の各部の開口率や厚みを変更することで各部の流出流量を変更するように制御しても良い。また整流ボックス５０から基板Ｗとアノード２０の両者に向けて分流していくめっき液の分流比率を所定の比率になるように制御したい場合は、カソード側部材５１の開口率又は板厚とアノード側部材５５の開口率又は板厚とを異ならせるようにすれば良い。例えばカソード側部材５１の開口率をアノード側部材５５の開口率よりも高くして（又はカソード側部材５１の厚みをアノード側部材５５の厚みよりも薄くして）カソード側部材５１側に透過していくめっき液の量を多くしたりすることができる。
【００４０】
▲４▼めっき液噴射ノズル６５から噴出しためっき液の流れは渦を生じ、隣同士のめっき液噴射ノズル６５の噴流が干渉し合うことで乱れを生じるが、本発明の場合は整流ボックス５０内を噴流が移動することでこの乱れは緩和される。特に本発明においては前記▲２▼で述べたように、流れのせん断が防止されてめっき液の流れがスムーズになるので、めっき液噴射ノズル６５から噴出するめっき液の流速を遅くしてもよく、従って噴出しためっき液の流れに渦自体が生じにくく、噴流の干渉による乱れがさらに生じにくくなる。
【００４１】
以上のようにしてめっきを終了した後、めっき槽１０のめっき液Ｑを抜き、ハウジング３２及びそれに保持した基板Ｗを露出させる。この状態でハウジング３２とそれに保持した基板Ｗを高速（例えば、５００〜８００回転／ｍｉｎ）で回転し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３２が所定の方向に向くようにしてハウジング３２の回転を停止させる。
【００４２】
ハウジング３２が完全に停止した後、押圧リング３４を上昇させ、次に搬送ロボット吸着ハンド等を吸着面を下に向けてハウジング３２の開口３２ａ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まで吸着ハンドを下降させる。そして基板Ｗ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３２の開口３２ａの上部まで移動させて、ハウジング３２の開口３２ａから吸着ハンドとそれに保持した基板Ｗを取り出す。
【００４３】
図６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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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（本発明のめっき装置、なお以下の各基板処理装置内のめっきを行う装置も同様である）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。
【００４８】
図７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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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６参照）を開放すると、これらのエリア間の空気の流れは、図７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９に示すように、集合排気ダクト５５４に集められる。
【００５４】
図８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。
【００５５】
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。
【００５６】
なお、図６及び図７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。
【００５７】
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。
【００５８】
図１０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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
図１１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１１に示す基板処理装置が図１０に示す装置と異なる点は、銅めっき槽６０２、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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
図１２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。
【００６７】
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。
【００６８】
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でカバーメッキ前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、カバーメッキ槽６１２に移送され、該カバーメッキ槽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。
【００６９】
図１３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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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ＳｉＯ2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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
図１４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１３に示す半導体基板処理装置と異なる点は、図１３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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
図１５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１４に示す半導体基板処理装置と異なる点は、図１４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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
図１６は、基板処理装置の他の平面配置構成を示す図である。図１６において、図１３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。
【００８９】
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。
【００９０】
〔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。
【００９１】
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。
【００９２】
〔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。
【００９３】
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。
【００９４】
図１７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。
【００９５】
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の近傍に乾燥状態膜厚測定機７１３を配置している。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
図１７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。
【０１００】
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。
【０１０１】
図１８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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
図１９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。
【０１０４】
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、ＳｉＯ2）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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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、第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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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２０に、ベベル・裏面洗浄ユニット８１６の概略図を示す。図２０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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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体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体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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
図２１及び図２２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。
【０１２０】
ガス導入管１０１０は、内部にフィルタ１０１４ａを有するＮ2ガス導入路１０１６内を流れるＮ2ガスと、内部にフィルタ１０１４ｂを有するＨ2ガス導入路１０１８内を流れるＨ2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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
なお、この例では、酸化防止用のガスとして、Ｎ2ガスと数％のＨ2ガスを混合した混合ガスを流すようにしているが、Ｎ2ガスのみを流すようにしてもよい。
【０１２４】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。
【０１２５】
例えば上記実施形態では整流ボックス５０を構成するカソード側部材５１とアノード側部材５５を構成する多孔体として多孔質体を用いたが、絶縁性の樹脂板（樹脂体）に多数の微細なパンチング穴状の開口を設けたもので構成してもよい。パンチング穴状の開口を設けた多孔体の場合は、その気孔径が０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ、さらに好ましくは１．０ｍｍ〜４．０ｍｍ、その開口率が５％〜５０％、さらに好ましくは１０％〜３０％のものが好適である。但し多孔質体の場合に比べて気孔径は大きくなるので、多孔質体の場合に比べてパーティクルの通過を許す恐れがあり、開口率を大きくしても微細な気孔径を維持できる多孔質体の方がより好ましい。さらに多孔体として樹脂で構成した多孔性膜を用いてもよい。
【０１２６】
また上記実施形態では、本発明を電解めっきに適用した場合について説明したが、電流方向を逆転させることで、つまり、この装置をそのまま用い、電源の極性を反転させることで電解エッチングに用いることができ、この場合、エッチングの均一性を向上させることができる。
【０１２７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、被処理基板表面の電解処理を欠陥なく均一に行えるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるめっき装置の概略断面図である。
【図２】整流ボックス５０を示す図であり、図２（ａ）は概略平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図３】泉型のめっき装置の概略構成図である。
【図４】基板Ｗ接液時のめっき液Ｑ表面の状態を示す図である。
【図５】水平噴射型のめっき装置の概略構成図である。
【図６】基板処理装置を示す平面配置図である。
【図７】図６に示す基板処理装置内の気流の流れを示す図である。
【図８】図６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９】図６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１０】基板処理装置の他の例を示す平面配置図である。
【図１１】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１２】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１３】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１４】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１５】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１６】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１７】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１８】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１９】図１８に示す基板処理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２０】ベベル・裏面洗浄ユニットを示す概要図である。
【図２１】アニールユニットの一例を示す縦断正面図である。
【図２２】図２１の平断面図である。
【図２３】銅めっきにより銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【符号の説明】
１０ めっき槽
１３ アノード側めっき液排出路
１５ 側壁
１６ 周壁
１７ オーバーフロー液回収槽
１９ 電場集中防止部材
２０ アノード（他方の電極）
３０ 基板ホルダ
５０ 整流ボックス
５１ カソード側部材
５３ 開口
５５ アノード側部材
５８ 隙間
６１ スペーサ部材
６５ めっき液噴射ノズル（めっき液注入手段）
Ａ１ 基板側領域
Ａ２ アノード側領域
Ｗ 基板（被処理基板）
Ｓ 被めっき面
Ｑ めっき液（電解液）
Claims (5)
- 陽極と陰極の一方の電極との接点を持つ被処理基板と前記被処理基板に対峙させた他方の電極との間に電解液を満たして被処理基板表面の電解処理を行なう電解処理装置において、
多孔体からなる板状の一対の部材を隙間を介して対向設置するようにリング状のスペーサ部材の上下面に取り付けることで箱体を形成してなる整流ボックスを具備し、この整流ボックスを前記被処理基板と他方の電極の間の電解液中に設置し、さらに前記スペーサ部材中の複数部分に前記隙間の周囲から中央に向けて電解液を注入してこの隙間部分に予圧を与える電解液注入手段を取り付け、
前記整流ボックスの内部に前記電解液注入手段によって電解液を注入することで前記被処理基板と他方の電極のそれぞれに対向する側の面を透して被処理基板側の領域と他方の電極側の領域の両者に向けて電解液を分流して送り出すことを特徴とする電解処理装置。 - 前記整流ボックスを構成する多孔体は、多孔質体又は多数のパンチング穴状の開口を有する樹脂体によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の電解処理装置。
- 前記整流ボックスの前記被処理基板に対向する側の面は、その面の中央部分における電解液の通過流量が、周囲部分における電解液の通過流量よりも多くなる通過流量制御構造となっていることを特徴とする請求項１又は２記載の電解処理装置。
- 前記通過流量制御構造は、前記整流ボックスの被処理基板に対向する側の面の中央部分の開口率を周囲部分の開口率よりも大きくするか、或いは前記整流ボックスの被処理基板に対向する側の面の中央部分の厚みを周囲部分の厚みよりも薄くするか、或いは前記整流ボックスの被処理基板に対向する側の面の中央部分に開口を設けることによって構成されていることを特徴とする請求項３記載の電解処理装置。
- 前記整流ボックスから被処理基板と他方の電極の両者に向けて分流していく電解液の分流比率が所定の比率となるように、整流ボックスの被処理基板と他方の電極に対向するそれぞれの面を構成する多孔体の開口率及び／又は板厚を異ならせたことを特徴とする請求項１乃至４の内の何れか１項記載の電解処理装置。
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