JP4189876B2 - 基板処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置に関し、特に半導体ウエハ等の基板の表面に設けた配線用の微細な凹部に、銅や銀等の導電体を埋め込んで埋め込み配線を形成したり、このようにして形成した配線の表面を保護する保護膜を形成したりするのに使用される無電解めっき装置や、この無電解めっきに先だって行われる、前洗浄処理、触媒付与処理及び中和処理等のめっき前処理に使用されるめっき前処理装置、更には電解めっき装置やエッチング装置として使用される基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、無電解めっきは、外部から電気を流すことなく、めっき液中の金属イオンを化学的に還元して被処理材の被めっき面にめっき膜を形成するようにした方法であり、耐食、耐摩耗性のニッケル−りん，ニッケル−硼素めっき、プリント配線基板用銅めっきなどに広く用いられている。
【０００３】
この無電解めっき装置としては、無電解めっき液を保持するめっき槽と、このめっき槽の上部に配置され、基板等の被処理材を保持する上下動自在な保持部とを有し、この保持部で保持した被処理材をめっき槽内のめっき液に浸漬させるようにしたもの等が一般に知られている。この種のめっき装置にあっては、めっき液の温度や成分等を管理するめっき液管理装置が別途設けられ、めっき槽をオーバーフローしためっき液は、このめっき液管理装置でその温度と成分等が管理されてめっき槽に供給される（戻される）ようになっている。
【０００４】
近年、半導体チップの高速化、高集積化に伴い、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、アルミニウムまた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、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋め込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、めっきが一般的である。いずれにしても、基板の表面に銅層を成膜した後、その表面を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦に研磨するようにしている。
【０００５】
この種の配線にあっては、平坦化後、その配線の表面が外部に露出しており、この上に埋め込み配線を形成する際、例えば次工程の層間絶縁膜形成プロセスにおけるＳｉＯ２形成時の表面酸化やコンタクトホールを形成するためのＳｉＯ２エッチング等に際して、コンタクトホールの底に露出した配線のエッチャントやレジスト剥離等による表面汚染、更には銅配線にあっては銅の拡散が懸念されている。また、銅配線と上層の層間絶縁膜との密着性が問題となり、エレクトロマイグレーションの発生原因になると思われる。
【０００６】
このため、銀や銅等の配線材料との接合が強く、しかも比抵抗（ρ）が低い、例えばＮｉ−Ｂ合金膜等からなる保護膜（めっき膜）で配線の表面を選択的に覆って保護することが考えられる。ここで、Ｎｉ−Ｂ合金膜は、例えばニッケルイオン、ニッケルイオンの錯化剤、ニッケルイオンの還元剤としてのアルキルアミンボランまたは硼素化水素化合物等を有する無電解めっき液を使用した無電解めっきを施すことによって、銅等の表面に選択的に形成することができる。
【０００７】
この無電解めっきに際しては、ＣＭＰ処理を施した基板Ｗを、例えば液温が２５℃で、希釈したＨ２ＳＯ４等の酸溶液に接触させて、絶縁膜等の表面に残った銅等のＣＭＰ残さ等を除去する前洗浄処理、例えば、液温が２５℃で、０．００５ｇ／ＬのＰｄＣｌ２と０．２ｍｌ／ＬのＨＣｌ等の混合溶液に基板Ｗを接触させて、配線の表面に触媒としてのＰｄ等を付着させて配線の露出表面を活性化させる活性化処理を施し、しかる後、無電解めっき処理が施される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
無電解めっきの適用箇所は、銅配線の主たる埋め込み材（Ｃｕ）、バリアメタル上のシード層の形成、またはシードの補強（Ｃｕ）、更にはバリアメタルそのものの形成、銅配線材の蓋材形成（いずれもＮｉ−Ｐ，Ｎｉ−Ｂ，Ｃｏ−Ｐ，Ｎｉ−Ｗ−Ｐ，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｐ，Ｃｏ−Ｗ−Ｐ，Ｃｏ−Ｗ−Ｂ，Ｃｏ−Ｍｏ−Ｐ，Ｃｏ−Ｍｏ−Ｂ）などがあるが、いずれの無電解めっきプロセスでも基板の全面に亘る膜厚の均一性が要求される。
【０００９】
ここで、無電解めっきにあっては、基板の表面（被めっき面）が無電解めっき液と接触すると同時に基板表面にめっき金属が析出し、めっき液の温度によってめっき金属の析出速度が異なる。このため、基板の表面に均一な膜厚のめっき膜を形成するためには、常に一定の温度に制御しためっき液に基板を接触させ、めっき処理中に亘ってめっき液の温度を一定に保持することが要求される。
【００１０】
しかしながら、従来の無電解めっき装置は、一定の温度に加熱しためっき液をめっき槽や基板の表面に供給するようにしているため、このめっき液の移送やめっきの進行の過程でめっき液の温度が変動（低下）し、保持部内に内蔵したヒータ等によって、めっき槽内のめっき液を加熱したとしても、めっき処理中におけるめっき槽内のめっき液を常に一定の温度に制御することが困難であった。更に、めっきの面内均一性を確保するためには、めっき温度の均一性と共に、めっき槽内におけるめっき液の流れを均一にすることが要求されるが、めっき槽内のめっき液を常に循環または攪拌させると、基板の表面に均一なめっき液の流れを形成することが困難で、逆にめっき槽内のめっき液を循環または攪拌させないと、めっき槽内のめっき液の温度をその全域に亘って均一に維持することが困難となる。
【００１１】
無電解めっきのレートやめっき膜の膜質は、無電解めっき液の温度に依存するところが大きく、めっき膜の膜厚や膜質の均一性を確保するためには、めっき処理中におけるめっき液の温度を常に±１℃の範囲でコントロールすることが望まれる。しかし、従来の無電解めっき装置では、めっき処理の過程でめっき液の温度が変動しやすくなって、めっき処理中におけるめっき槽内のめっき液に±５℃程度の温度のばらつきが生じ、この要求に応えることが困難であった。更に、めっき装置は、めっき槽とめっき液管理装置とを有しているため、フットプリントが大きくなってしまうばかりでなく、装置としてかなり複雑化してしまう。このことは、電解めっき装置、無電解めっきに先だって行われる、前洗浄処理、活性化処理に使用されるめっき前処理装置、更にはエッチング装置等にあっても同様であった。
【００１２】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、例えば、めっき処理中におけるめっき液等の処理液の温度をより均一に制御して、基板の表面により均一な処理を行い、しかも装置として比較的簡単で、フットプリントを小さく抑えることができるようにした基板処理装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板を保持する基板ホルダと、該基板ホルダで保持した基板の下方に位置して回転する攪拌部とを有する上下動自在な処理ヘッドと、前記処理ヘッドの下方に配置され、内部に処理液を保持する上方に開口した処理槽と、前記処理槽の外周部に配置され該処理槽内の処理液を加熱する加熱部と、前記処理槽内の処理液を循環させる処理液循環系とを有することを特徴とする基板処理装置である。
【００１４】
このように、処理槽の外周部に該処理槽内の処理液を加熱する加熱部を配置することで、構造を簡素化するとともに、フットプリントを小さくし、しかも、処理液の循環量を少なくしても、処理槽内の処理液の温度をより一定に維持することができる。また、基板ホルダで保持した基板の下方に位置して回転する攪拌部を備え、めっき処理中にこの攪拌部を回転させて処理槽内の処理液を攪拌することで、処理液中に含まれる物質の拡散を促進して、反応し易くするとともに、熱対流による温度むらを小さくして、基板の全面に亘ってより均一に反応するようにすることができる。更に、基板ホルダに回転機構を備える必要をなくして、基板ホルダの構造の簡素化を図ることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記加熱部は、内部に熱媒体を流して加熱する加熱チューブを有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置である。
請求項３に記載の発明は、前記加熱部は、内部に熱媒体を導入して加熱する液体ジャケット構造を有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置である。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記攪拌部は、前記基板ホルダで保持した基板の直径方向の全長に亘って延びる平板状の攪拌板からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置である。これにより、攪拌板を回転させて処理液を攪拌することで、基板ホルダで保持した基板の全面に亘る、より均一な処理液の流れを形成することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、前記処理槽の内部には、この内部に導入される処理液の流れを基板表面に対して整流する整流板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板処理装置である。これにより、処理槽内に導入される処理液を整流板で整流して、処理槽内を処理液がより均一に流れるようにすることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、基板を保持する上下動自在な基板ホルダと、前記基板ホルダの下方に配置され、内部に処理液を保持する上方に開口した処理槽とを備え、前記基板ホルダは、該基板ホルダで保持した基板を加熱する熱媒体を流す第１の熱媒体流路と、該基板ホルダで保持した基板を冷却する熱媒体を流す第２の熱媒体流路が形成されるように構成され、熱媒体を流して基板を冷却する前記第２の熱媒体流路は、熱媒体を流して基板を加熱する前記第１の熱媒体流路より基板ホルダで保持した基板により近い位置に設けられることを特徴とする基板処理装置である。これにより、基板ホルダで基板を保持した状態で、第１の熱媒体流路内に熱媒体（加熱媒体）を導入することで基板を加熱し、第２の熱媒体流路内に熱媒体（冷却媒体）を導入することで基板を冷却することができる。
【００１９】
しかも、基板ホルダで基板を保持した状態で、第２の熱媒体流路内に熱媒体（冷却媒体）を導入することで、基板を素早く冷却することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、半導体装置における銅配線形成例を工程順に示すもので、先ず、図１（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からなる絶縁膜２を堆積し、この絶縁膜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と配線用の溝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の銅シード層６をスパッタリング等により形成する。
【００２４】
そして、図１（ｂ）に示すように、半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基板Ｗのコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜２上に銅層７を堆積させる。銅層７の熱処理により銅層７の抵抗を下げ、その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅層７を除去して、コンタクトホール３及び配線用の溝４に充填させた銅層７の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜２の内部に銅シード層６と銅層７からなる配線８を形成する。次に、基板Ｗの表面に、例えば無電解Ｎｉ−Ｂめっきを施して、図１（ｄ）に示すように、配線８の露出表面にＮｉ−Ｂ合金膜からなる保護膜（めっき膜）９を選択的に形成して配線８を保護する。
【００２５】
図２乃至図５は、無電解めっき装置に適用した本発明の実施の形態の基板処理装置を示す。この無電解めっき装置（基板処理装置）は、例えば、図１におけるバリア層５の形成、銅シード層６の補強、銅層７の堆積、更には、保護膜（めっき膜）９の形成に使用される。
【００２６】
この無電解めっき装置１０は、上方に開口し、内部にめっき液（処理液）１２を保持してめっき処理を施すめっき槽（処理槽）１４と、このめっき槽１４の上端開口部に配置され、半導体ウエハ等の基板Ｗを該基板Ｗの表面（被めっき面）を下向き（フェースダウン）にして保持する基板ホルダ１６を備えた処理ヘッド１８を有している。
【００２７】
めっき槽１４は、内壁２０で区画形成され、この内壁２０の側部及び底部は、所定間隔離間して配置された外壁２２で覆われており、これによって、内壁２０と外壁２２との間に外槽２４が区画形成されている。内壁２０には、めっき槽１４と外槽２４とを連通させる多数の連通孔２０ａがその全面に亘って形成され、これによって、めっき槽１４内のめっき液１２と外槽２４内のめっき液１２が直に連通して、これらのめっき液１２の水位が常に同じになるようになっている。
【００２８】
外槽２４の内部には、この例では、温水ヒータ２６から供給される熱媒体（温水）を内部に通して、外槽２４内のめっき液１２を外槽２４内において、例えば７０℃に加熱し、これによって、めっき槽１４内のめっき液１２も同時に加熱する加熱チューブ２８を有する加熱部３０が配置されている。
【００２９】
更に、めっき槽１４内のめっき液１２を循環させるめっき液循環系（処理液循環系）３２が備えられている。このめっき液循環系３２は、循環ポンプ３４と、この循環ポンプ３４の吐出し口とめっき槽１４とを接続する、内部にフィルタ３６を介装しためっき液吐出し管３８と、循環ポンプ３４の吸込口と外槽２４とを接続するめっき液吸込管４０とを有している。これにより、循環ポンプ３４の駆動に伴って、外槽２４内のめっき液１２を循環ポンプ３４で吸込み、フィルタ３６を通過させてめっき槽１４に戻すことで、めっき槽１４内のめっき液１２を循環させて、めっき槽１４内のめっき液１２の温度を均一に維持できるようになっている。
【００３０】
そして、このめっき液１２の循環の過程で外槽２４の内部に配置した加熱チューブ２８を有する加熱部３０でめっき液１２を加熱し、特に、めっき槽１４内のめっき液１２を外槽２４内のめっき液１２で遮断することで、めっき液１２の昇温及び保温を容易に行って、めっき槽１４内のめっき液１２の温度を一定に制御することができる。このめっき液１２の温度は、例えば２５〜９０℃、好ましくは５５〜８５℃程度であり、更に好ましくは６０〜８０℃程度である。
【００３１】
処理ヘッド１８には、基板ホルダ１６の周囲を囲繞して下方に延びるハウジング４２が備えられ、このハウジング４２の下端の基板ホルダ１６の下方に位置して、板状の攪拌板から構成された攪拌部４４が取付けられている。このハウジング４２は、中空の回転軸４６に取付けられて、この回転軸４６と一体に回転するように構成されている。この回転軸４６の内部に固定軸４８が挿通されており、この固定軸４８の下端に基板ホルダ１６が連結されている。ここで、回転軸４６は固定軸４８とは独立に回転し、固定軸４８は回転軸４６と一体に昇降するように構成されている。
【００３２】
基板ホルダ１６の下面周縁部は、図５に示すように、基板Ｗの裏面（上面）に接触した時に、該基板Ｗの裏面との間にリング状の密封空間５０が区画形成されるように構成されており、真空通路５２を介して密封空間５０内を真空引きすることで、基板Ｗを吸着保持するようになっている。更に、基板ホルダ１６の内部には、この基板ホルダ１６で保持した基板Ｗの裏面に沿って熱媒体（加熱媒体）を流して基板Ｗを加熱するボックス状の第１の熱媒体流路５４ａが設けられ、更に、この第１の熱媒体流路５４ａの下方に位置して、基板ホルダ１６で基板Ｗを保持した時に、この基板Ｗの裏面との間に、基板の裏面に沿って熱媒体（冷却媒体）を流して基板を冷却する第２の熱媒体流路５４ｂが区画形成されるよう構成されている。これらの各熱媒体流路５４ａ，５４ｂは、熱媒体導入管５６ａ，５６ｂ及び熱媒体排出管５８ａ，５８ｂにそれぞれ連通している。
【００３３】
これにより、ロボットハンド等で基板Ｗを保持して該基板Ｗをハウジング４２内の基板ホルダ１６の下方に挿入し、ロボットハンドを上昇させて基板Ｗの裏面を基板ホルダ１６の下面に接触させて基板ホルダ１６と基板Ｗの裏面との間に密封空間５０を形成し、密封空間５０を真空引きすることで基板Ｗを基板ホルダ１６に吸着保持して、ロボットハンドを引き抜く。そして、基板Ｗを保持した状態で、処理ヘッド１８、すなわち基板ホルダ１６と攪拌部４４を取付けたハウジング４２とを一体に昇降させ、またハウジング４２と攪拌部４４を基板ホルダ１６とは独立に回転させることができる。
【００３４】
また、基板ホルダ１６で基板Ｗを保持した状態で、第１の熱媒体流路５４ａ内に熱媒体（加熱媒体）を導入することで基板Ｗを加熱、または保温し、第２の熱媒体流路５４ｂ内に熱媒体（冷却媒体）を導入することで基板Ｗを冷却することができる。特に、熱媒体（冷却媒体）を導入する第２の熱媒体流路５４ｂを基板Ｗ側に設けるようにすることで、めっき処理完成後基板Ｗを素早く冷却することができる。
【００３５】
なお、この例では、基板ホルダ１６で保持した基板Ｗの全長に亘って直線状に延び、幅（高さ）が一定の平板状の板体で攪拌部４４を構成した例を示しているが、図６（ａ）に示すように、中心から円周方向に沿って幅（高さ）が徐々に増加するように直線状に延びる平板状の板体で攪拌部４４を構成したり、図６（ｂ）に示すように、長さ方向に沿った所定間隔毎に溝４４ａ設けた直線状に延びる板体で攪拌部４４を構成したりしてもよい。更に、図６（ｃ）に示すように、十字状に配置した板体で攪拌部４４を形成したり、図６（ｄ）に示すように、複数の板体（図示では３枚）を放射状に配置して攪拌部４４を構成したり、或いはこれらの組合せによって攪拌部を構成したりしてもよい。
【００３６】
また、図７（ａ）に示すように、基板Ｗの裏面に沿って熱媒体（冷却媒体）を流して基板Ｗを冷却する第２の熱媒体流路５４ｂとして、隔壁５９でボックス状に仕切られたものを使用して、この熱媒体（冷却媒体）が基板Ｗの裏面に直接接触しないようにしてもよい。更に、図７（ｂ）に示すように、基板ホルダ１６ａを、基板Ｗの周縁部下面に当接して基板Ｗを載置保持する爪部６０ａを備えた保持部６０と、上下動自在な押圧部６２とを有し、この爪部６０ａと押圧部６２で周縁部を挟持して基板を保持するように構成したものを使用し、押圧部６２の内部に、熱媒体導入管５６ｃ及び熱媒体排出管５８ｃにそれぞれ連通し、熱媒体、つまり加熱媒体または冷却媒体の一方を導入して基板ホルダ１６ａで保持した基板を加熱または冷却する中空ボックス状の熱媒体流路５４ｃを設けるようにしてもよい。
【００３７】
この実施の形態の無電解めっき装置１０にあっては、循環ポンプ３４を駆動させてめっき槽１４内のめっき液１２を循環させ、同時に加熱チューブ２８内に熱媒体（温水）を導入することで、めっき液１２を外槽２４の内部で加熱し、更にこの加熱しためっき液１２をめっき槽１４内に導入することで、めっき槽１４内のめっき液１２を、例えば７０℃の一定の温度に制御する。一方、処理ヘッド１８の基板ホルダ１６で基板Ｗを吸着保持する。そして、基板ホルダ１６の第１の熱媒体流路５４ａ内に熱媒体（加熱媒体）を導入し、この熱媒体を基板Ｗの裏面に沿って流すことで、基板Ｗを所定の温度に加熱しておく。
【００３８】
そして、加熱チューブ２８内に熱媒体を導入することでめっき液１２の加熱を継続したまま、循環ポンプ３４の駆動を停止させて、めっき槽１４内のめっき液１２の循環を止め、この状態で、基板ホルダ１６とハウジング４２とを下降させ、この基板ホルダ１６で保持した基板Ｗ及びハウジング４２の下端に取付けた攪拌部４４をめっき槽１４内のめっき液１２に浸漬させて、基板Ｗの表面（被めっき面）に、例えば数分間のめっきを行う。この時、基板ホルダ１６を停止させたまま、攪拌部４４を低速（例えば、６０ｒｐｍ以下、好ましくは１〜２０ｒｐｍ）で回転させる。このように、例えば数分間の無電解めっきを行っても、めっき液１２の加熱を継続することで、めっき処理中におけるめっき液１２の温度を常に±１℃の範囲でコントロールできることが確かめられている。
【００３９】
無電解めっきは、めっき液の流れに敏感に依存し、このめっき液の流れを均一にすることが困難であるが、前述のように、めっき進行時にめっき槽１４内のめっき液１２の循環による流れを停止させることで、めっきのでき具合がめっき液の流れに依存しないようにすることができる。しかも、基板ホルダ１６で保持した基板Ｗの下方において、攪拌部４４を低速で回転させてめっき液１２を攪拌することで、めっき液中に含まれる物質の拡散を促進して、反応し易くするとともに、めっき時におけるめっき槽１４内の熱対流によるめっき液１２の温度むらを小さくして、めっき液の流れに依存しない、均一なめっき膜を成膜することができる。
【００４０】
なお、この例によれば、めっき槽１４として、その容積が５Ｌ程度の小容量のものを使用しても、めっき時におけるめっき槽１４内の熱対流によるめっき液１２の温度むらを小さくして、めっき液の流れに依存しない、均一なめっき膜を成膜することができる。
【００４１】
めっき処理が完了した後、攪拌部４４の回転を停止させ、ハウジング４２と基板ホルダ１６を上昇させて、基板ホルダ１６を洗浄位置等に搬送し、洗浄液ノズル（図示せず）から洗浄液を基板Ｗの被めっき面に向けて噴射して、被めっき面を冷却すると同時に希釈化・洗浄することで無電解めっき反応を停止させる。この時、基板ホルダ１６と基板Ｗの裏面との間に区画形成された第２の熱媒体流路５４ｂ内に熱媒体（冷却媒体）を導入し、この熱媒体を基板の裏面に沿って流すことで、基板Ｗを急速に冷却する。
そして、基板ホルダ１６で保持しためっき処理後の基板Ｗをロボットハンド等に受渡して、めっき後の基板を次工程に搬送する。
【００４２】
図８は、本発明の他の実施の形態の無電解めっき装置１０ａを示す。この無電解めっき装置１０ａの前述の無電解めっき装置１０と異なる点は、めっき槽１４ａの外周部に配置される加熱部３０ａとして、ジャケット構造を有するものを使用した点にある。つまり、この例は、めっき槽１４ａを区画形成する内壁２０ｂと該内壁２０ｂの側部及び底部を覆う外壁２２ａの間に密閉流路６４を形成し、この密閉流路６４の内部に、温水ヒータ２６ａから熱媒体（加熱媒体）を導入することで、めっき槽１４ａ内のめっき液１２を加熱する加熱部３０ａを構成している。まためっき液循環系３２のめっき液戻り管３８は、めっき槽１４ａに直接接続されている。その他の構成は、前述の例と同様である。
【００４３】
図９及び図１０は、無電解めっき装置に適用した本発明の更に他の実施の形態の基板処理装置の処理ヘッドを省略した状態を示す。すなわち、この例は、めっき槽１４ｂとして、下方に縮径部を有する内壁２０ｃで区画形成され、この縮径部の上端に整流板６６を配置したものを使用し、更に、このめっき槽１４ｂの側部のみに外壁２２ｂとの間に挟まれた外槽２４ａを形成し、この外槽２４ａ内に加熱チューブ２８ｂと温水ヒータ２６ｂとを有する加熱部３０ｂを配置したものである。
【００４４】
この整流板６６は、めっき槽１４ｂの内部にこの下方から導入されるめっき液１２の流れを整流するためのものであり、この整流板６６として、この例では、図１０に示すように、内部に放射状に等間隔で延び、幅の等しい３本のスリット６６ａを設けられたものを使用している。このように、めっき槽１４ｂの内部に整流板６６を配置することで、めっき槽１４ｂ内をめっき液１２がより均一に流れるようにすることができる。
なお、この整流板６６としては、図１１に示すように、例えば半径方向に徐々に拡がるようなスリット６６ｂを設けたもの等、めっき槽１４ｂ内をめっき液１２がより均一に流れるように、任意の形状を有するものを使用するようにしてもよい。
【００４５】
図１２は、前述の無電解めっき装置１０によって一連のめっき処理を行うめっき処理装置の全体構成を示す。このめっき処理装置は、各一対の無電解めっき装置１０、ロード・アンロード部７０、例えばＰｄ触媒を付与する触媒付与処理や露出配線表面に付着した酸化膜を除去する酸化膜除去処理等のめっき前処理を行うめっき前処理装置７２、粗洗浄可能な仮置き部７４及び後洗浄装置７６を有し、更にロード・アンロード部７０、後洗浄装置７６及び仮置き部７４の間で基板Ｗを搬送する第１搬送装置７８ａと、無電解めっき装置１０、めっき前処理装置７２及び仮置き部７４の間に基板Ｗを搬送する第２搬送装置７８ｂが備えられている。
【００４６】
ここで、めっき前処理装置７２として、前述した無電解めっき装置１０と同じ構成で、めっき槽１４を処理槽として、この処理槽（めっき槽）１４及び外槽２４内にめっき液１２とは異なる所望の処理液を導入するようにしたものを使用してもよい。
【００４７】
次に、上記のように構成しためっき処理装置による一連のめっき処理の工程について説明する。まず、ロード・アンロード部７０に保持された基板Ｗを第１搬送装置７８ａにより取出し、仮置き部７４に置く。第２搬送装置７８ｂは、これをめっき前処理装置７２に搬送し、ここでＰｄＣｌ２液等の触媒による触媒付与処理や露出配線表面に付着した酸化膜を除去する酸化膜除去処理等のめっき前処理を行い、しかる後リンスする。
【００４８】
第２搬送装置７８ｂは、基板Ｗをさらに無電解めっき装置１０に運び、ここで所定の還元剤と所定のめっき液を用いて無電解めっき処理を行う。次に、第２搬送装置７８ｂでめっき後の基板を無電解めっき装置１０から取出して仮置き部７４に運ぶ。仮置き部７４では、基板の粗洗浄を行う。そして、第１搬送装置７８ａは、この基板を後洗浄装置７６に運び、この後洗浄装置７６でペンシル・スポンジによる仕上げの洗浄とスピンドライによる乾燥を行って、ロード・アンロード部７０へ戻す。基板は後にめっき装置や酸化膜形成装置に搬送される。
【００４９】
図１３は、図１に示す保護膜９を形成する一連のめっき処理（蓋めっき処理）を行うめっき処理装置の全体構成を示す。このめっき処理装置は、ロード・アンロード部８０、無電解めっき装置１０及び洗浄・乾燥処理部８８を有している。また、めっきに先立って行われる、前洗浄処理、触媒付与処理及び中和処理等のめっき前処理に使用されるめっき前処理装置としての前洗浄処装置８２、触媒付与装置８４、及び中和処理装置８６が備えられて、更に、搬送経路９０に沿って走行自在で、これらの間で基板の受渡しを行う搬送装置９２が備えられている。
【００５０】
ここで、前述と同様に、めっき前処理装置８２，８４，８６として、前述した無電解めっき装置１０と同じ構成で、めっき槽１４を処理槽として、この処理槽（めっき槽）１４及び外槽２４内にめっき液１２とは異なる所望の処理液を導入するようにしたものを使用してもよい。
【００５１】
次に、上記のように構成しためっき処理装置による一連のめっき処理（蓋めっき処理）の工程について説明する。まず、ロード・アンロード部８０に保持された基板Ｗを搬送装置９２により取出し、前洗浄装置（めっき前処理装置）８２に搬送し、ここで、基板に例えば基板表面を再度洗浄する前処理を施す。そして、銅層７（図１参照）の表面に触媒付与装置（めっき前処理装置）８４でＰｄ等の触媒を付着させて銅層７の露出表面を活性化させ、しかる後、中和処理装置（めっき前処理装置）８６で中和処理を施す。次に、前処理後の基板Ｗを無電解めっき装置１０に搬送し、ここで、活性化した銅層７の表面に、例えばＣｏ−Ｗ−Ｐによる選択的な無電解めっきを施し、これによって、図１（ｄ）に示すように、銅層７の露出表面をＣｏ−Ｗ−Ｐ膜（保護膜）９で保護する。この無電解めっき液としては、例えば、コバルトの塩とタングステンの塩に、還元剤、錯化剤、ｐＨ緩衝剤及びｐＨ調整剤を添加したものがあげられる。
【００５２】
なお、研磨後に露出した表面に、例えば無電解Ｎｉ−Ｂめっきを施して、配線８の外部への露出表面に、Ｎｉ−Ｂ合金膜からなる保護膜（めっき膜）９を選択的に形成して配線８を保護するようにしてもよい。この保護膜９の膜厚は、０．１〜５００ｎｍ、好ましくは、１〜２００ｎｍ程度である。
【００５３】
この保護膜９を形成する無電解Ｎｉ−Ｂめっき液としては、例えばニッケルイオン、ニッケルイオンの錯化剤、ニッケルイオンの還元剤としてのアルキルアミンボランまたは硼素化水素化合物を含有し、ｐＨ調整にＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を使用して、ｐＨを５〜１２に調整したものが使用される。
次に、この蓋めっき処理後の基板Ｗを洗浄・乾燥処理部８８に搬送して洗浄・乾燥処理を行い、この洗浄・乾燥後の基板Ｗを搬送装置９２でロード・アンロード部８０のカセットに戻す。
【００５４】
なお、この例では、蓋めっき処理として、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ無電解めっき処理を施す前に、Ｐｄを付着することによって活性化させた銅層７の露出表面をＣｏ−Ｗ−Ｐ膜で選択的に被覆するようにした例を示しているが、これに限定されないことは勿論である。
【００５５】
また、上記の各例は、無電解めっき装置に適用した例を示しているが、前述のように、めっき前処理装置としての前洗浄処装置、触媒付与装置、更にはめっき液中に浸漬させたアノードとカソードとの間にめっき電流を流してめっき膜を成膜するようにした電解めっき装置やエッチング装置にも適用できることは勿論である。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、構造を簡素化するとともに、フットプリントを小さくし、しかも、処理液の循環量を少なくしても、処理槽内の処理液の温度をより一定に維持することができる。また、めっき処理中に、基板ホルダで保持した基板の下方に配置した攪拌部を回転させて処理槽内の処理液を攪拌することで、処理液中に含まれる物質の拡散を促進して、反応し易くするとともに、熱対流による温度むらを小さくして、基板の全面に亘ってより均一に反応するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】本発明の実施の形態の無電解めっき装置に適用した基板処理装置の非めっき時（待機時）における断面図である。
【図３】同じく、無電解めっき装置に適用した基板処理装置のめっき時における断面図である。
【図４】同じく、無電解めっき装置に適用した基板処理装置のハウジング及び攪拌部を示す裏面図である。
【図５】同じく、無電解めっき装置に適用した基板処理装置の基板ホルダの断面図である。
【図６】それぞれ攪拌部の変形例を示す図である。
【図７】それぞれ異なる基板ホルダの変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態の無電解めっき装置に適用した基板処理装置の断面図である。
【図９】本発明の更に他の実施の形態の無電解めっき装置に適用した基板処理装置の処理ヘッドを省略した断面図である。
【図１０】図９に示す整流板の平面図である。
【図１１】整流板の他の例を示す平面図である。
【図１２】図２乃至図５に示す無電解めっき装置を備えためっき処理装置を示す平面配置図である。
【図１３】図２乃至図５に示す無電解めっき装置を備えた他のめっき処理装置を示す平面配置図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ 無電解めっき装置（基板処理装置）
１２ めっき液（処理液）
１４，１４ａ，１４ｂ めっき槽（処理槽）
１６，１６ａ 基板ホルダ
１８ 処理ヘッド
２０，２０ｂ，２０ｃ 内壁
２２，２２ａ 外壁
２４，２４ａ 外槽
２６，２６ａ，２６ｃ 温水ヒータ
２８，２８ａ 加熱チューブ
３０，３０ａ，３０ｂ 加熱部
３２ めっき液循環系（処理液循環系）
３４ 循環ポンプ
３６ フィルタ
４４ 攪拌部
４６ 回転軸
４８ 固定軸
５０ 密封空間
５２ 真空通路
５４ａ，５４ｂ，５４ｃ 熱媒体流路
５６ａ，５６ｂ，５６ｃ 熱媒体導入管
５８ａ，５８ｂ，５８ｃ 熱媒体排出管
６４ 密閉流路
６６ 整流板
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置に関し、特に半導体ウエハ等の基板の表面に設けた配線用の微細な凹部に、銅や銀等の導電体を埋め込んで埋め込み配線を形成したり、このようにして形成した配線の表面を保護する保護膜を形成したりするのに使用される無電解めっき装置や、この無電解めっきに先だって行われる、前洗浄処理、触媒付与処理及び中和処理等のめっき前処理に使用されるめっき前処理装置、更には電解めっき装置やエッチング装置として使用される基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、無電解めっきは、外部から電気を流すことなく、めっき液中の金属イオンを化学的に還元して被処理材の被めっき面にめっき膜を形成するようにした方法であり、耐食、耐摩耗性のニッケル−りん，ニッケル−硼素めっき、プリント配線基板用銅めっきなどに広く用いられている。
【０００３】
この無電解めっき装置としては、無電解めっき液を保持するめっき槽と、このめっき槽の上部に配置され、基板等の被処理材を保持する上下動自在な保持部とを有し、この保持部で保持した被処理材をめっき槽内のめっき液に浸漬させるようにしたもの等が一般に知られている。この種のめっき装置にあっては、めっき液の温度や成分等を管理するめっき液管理装置が別途設けられ、めっき槽をオーバーフローしためっき液は、このめっき液管理装置でその温度と成分等が管理されてめっき槽に供給される（戻される）ようになっている。
【０００４】
近年、半導体チップの高速化、高集積化に伴い、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、アルミニウムまた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、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋め込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、めっきが一般的である。いずれにしても、基板の表面に銅層を成膜した後、その表面を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦に研磨するようにしている。
【０００５】
この種の配線にあっては、平坦化後、その配線の表面が外部に露出しており、この上に埋め込み配線を形成する際、例えば次工程の層間絶縁膜形成プロセスにおけるＳｉＯ２形成時の表面酸化やコンタクトホールを形成するためのＳｉＯ２エッチング等に際して、コンタクトホールの底に露出した配線のエッチャントやレジスト剥離等による表面汚染、更には銅配線にあっては銅の拡散が懸念されている。また、銅配線と上層の層間絶縁膜との密着性が問題となり、エレクトロマイグレーションの発生原因になると思われる。
【０００６】
このため、銀や銅等の配線材料との接合が強く、しかも比抵抗（ρ）が低い、例えばＮｉ−Ｂ合金膜等からなる保護膜（めっき膜）で配線の表面を選択的に覆って保護することが考えられる。ここで、Ｎｉ−Ｂ合金膜は、例えばニッケルイオン、ニッケルイオンの錯化剤、ニッケルイオンの還元剤としてのアルキルアミンボランまたは硼素化水素化合物等を有する無電解めっき液を使用した無電解めっきを施すことによって、銅等の表面に選択的に形成することができる。
【０００７】
この無電解めっきに際しては、ＣＭＰ処理を施した基板Ｗを、例えば液温が２５℃で、希釈したＨ２ＳＯ４等の酸溶液に接触させて、絶縁膜等の表面に残った銅等のＣＭＰ残さ等を除去する前洗浄処理、例えば、液温が２５℃で、０．００５ｇ／ＬのＰｄＣｌ２と０．２ｍｌ／ＬのＨＣｌ等の混合溶液に基板Ｗを接触させて、配線の表面に触媒としてのＰｄ等を付着させて配線の露出表面を活性化させる活性化処理を施し、しかる後、無電解めっき処理が施される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
無電解めっきの適用箇所は、銅配線の主たる埋め込み材（Ｃｕ）、バリアメタル上のシード層の形成、またはシードの補強（Ｃｕ）、更にはバリアメタルそのものの形成、銅配線材の蓋材形成（いずれもＮｉ−Ｐ，Ｎｉ−Ｂ，Ｃｏ−Ｐ，Ｎｉ−Ｗ−Ｐ，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｐ，Ｃｏ−Ｗ−Ｐ，Ｃｏ−Ｗ−Ｂ，Ｃｏ−Ｍｏ−Ｐ，Ｃｏ−Ｍｏ−Ｂ）などがあるが、いずれの無電解めっきプロセスでも基板の全面に亘る膜厚の均一性が要求される。
【０００９】
ここで、無電解めっきにあっては、基板の表面（被めっき面）が無電解めっき液と接触すると同時に基板表面にめっき金属が析出し、めっき液の温度によってめっき金属の析出速度が異なる。このため、基板の表面に均一な膜厚のめっき膜を形成するためには、常に一定の温度に制御しためっき液に基板を接触させ、めっき処理中に亘ってめっき液の温度を一定に保持することが要求される。
【００１０】
しかしながら、従来の無電解めっき装置は、一定の温度に加熱しためっき液をめっき槽や基板の表面に供給するようにしているため、このめっき液の移送やめっきの進行の過程でめっき液の温度が変動（低下）し、保持部内に内蔵したヒータ等によって、めっき槽内のめっき液を加熱したとしても、めっき処理中におけるめっき槽内のめっき液を常に一定の温度に制御することが困難であった。更に、めっきの面内均一性を確保するためには、めっき温度の均一性と共に、めっき槽内におけるめっき液の流れを均一にすることが要求されるが、めっき槽内のめっき液を常に循環または攪拌させると、基板の表面に均一なめっき液の流れを形成することが困難で、逆にめっき槽内のめっき液を循環または攪拌させないと、めっき槽内のめっき液の温度をその全域に亘って均一に維持することが困難となる。
【００１１】
無電解めっきのレートやめっき膜の膜質は、無電解めっき液の温度に依存するところが大きく、めっき膜の膜厚や膜質の均一性を確保するためには、めっき処理中におけるめっき液の温度を常に±１℃の範囲でコントロールすることが望まれる。しかし、従来の無電解めっき装置では、めっき処理の過程でめっき液の温度が変動しやすくなって、めっき処理中におけるめっき槽内のめっき液に±５℃程度の温度のばらつきが生じ、この要求に応えることが困難であった。更に、めっき装置は、めっき槽とめっき液管理装置とを有しているため、フットプリントが大きくなってしまうばかりでなく、装置としてかなり複雑化してしまう。このことは、電解めっき装置、無電解めっきに先だって行われる、前洗浄処理、活性化処理に使用されるめっき前処理装置、更にはエッチング装置等にあっても同様であった。
【００１２】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、例えば、めっき処理中におけるめっき液等の処理液の温度をより均一に制御して、基板の表面により均一な処理を行い、しかも装置として比較的簡単で、フットプリントを小さく抑えることができるようにした基板処理装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板を保持する基板ホルダと、該基板ホルダで保持した基板の下方に位置して回転する攪拌部とを有する上下動自在な処理ヘッドと、前記処理ヘッドの下方に配置され、内部に処理液を保持する上方に開口した処理槽と、前記処理槽の外周部に配置され該処理槽内の処理液を加熱する加熱部と、前記処理槽内の処理液を循環させる処理液循環系とを有することを特徴とする基板処理装置である。
【００１４】
このように、処理槽の外周部に該処理槽内の処理液を加熱する加熱部を配置することで、構造を簡素化するとともに、フットプリントを小さくし、しかも、処理液の循環量を少なくしても、処理槽内の処理液の温度をより一定に維持することができる。また、基板ホルダで保持した基板の下方に位置して回転する攪拌部を備え、めっき処理中にこの攪拌部を回転させて処理槽内の処理液を攪拌することで、処理液中に含まれる物質の拡散を促進して、反応し易くするとともに、熱対流による温度むらを小さくして、基板の全面に亘ってより均一に反応するようにすることができる。更に、基板ホルダに回転機構を備える必要をなくして、基板ホルダの構造の簡素化を図ることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記加熱部は、内部に熱媒体を流して加熱する加熱チューブを有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置である。
請求項３に記載の発明は、前記加熱部は、内部に熱媒体を導入して加熱する液体ジャケット構造を有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置である。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記攪拌部は、前記基板ホルダで保持した基板の直径方向の全長に亘って延びる平板状の攪拌板からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置である。これにより、攪拌板を回転させて処理液を攪拌することで、基板ホルダで保持した基板の全面に亘る、より均一な処理液の流れを形成することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、前記処理槽の内部には、この内部に導入される処理液の流れを基板表面に対して整流する整流板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板処理装置である。これにより、処理槽内に導入される処理液を整流板で整流して、処理槽内を処理液がより均一に流れるようにすることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、基板を保持する上下動自在な基板ホルダと、前記基板ホルダの下方に配置され、内部に処理液を保持する上方に開口した処理槽とを備え、前記基板ホルダは、該基板ホルダで保持した基板を加熱する熱媒体を流す第１の熱媒体流路と、該基板ホルダで保持した基板を冷却する熱媒体を流す第２の熱媒体流路が形成されるように構成され、熱媒体を流して基板を冷却する前記第２の熱媒体流路は、熱媒体を流して基板を加熱する前記第１の熱媒体流路より基板ホルダで保持した基板により近い位置に設けられることを特徴とする基板処理装置である。これにより、基板ホルダで基板を保持した状態で、第１の熱媒体流路内に熱媒体（加熱媒体）を導入することで基板を加熱し、第２の熱媒体流路内に熱媒体（冷却媒体）を導入することで基板を冷却することができる。
【００１９】
しかも、基板ホルダで基板を保持した状態で、第２の熱媒体流路内に熱媒体（冷却媒体）を導入することで、基板を素早く冷却することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、半導体装置における銅配線形成例を工程順に示すもので、先ず、図１（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からなる絶縁膜２を堆積し、この絶縁膜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と配線用の溝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の銅シード層６をスパッタリング等により形成する。
【００２４】
そして、図１（ｂ）に示すように、半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基板Ｗのコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜２上に銅層７を堆積させる。銅層７の熱処理により銅層７の抵抗を下げ、その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅層７を除去して、コンタクトホール３及び配線用の溝４に充填させた銅層７の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜２の内部に銅シード層６と銅層７からなる配線８を形成する。次に、基板Ｗの表面に、例えば無電解Ｎｉ−Ｂめっきを施して、図１（ｄ）に示すように、配線８の露出表面にＮｉ−Ｂ合金膜からなる保護膜（めっき膜）９を選択的に形成して配線８を保護する。
【００２５】
図２乃至図５は、無電解めっき装置に適用した本発明の実施の形態の基板処理装置を示す。この無電解めっき装置（基板処理装置）は、例えば、図１におけるバリア層５の形成、銅シード層６の補強、銅層７の堆積、更には、保護膜（めっき膜）９の形成に使用される。
【００２６】
この無電解めっき装置１０は、上方に開口し、内部にめっき液（処理液）１２を保持してめっき処理を施すめっき槽（処理槽）１４と、このめっき槽１４の上端開口部に配置され、半導体ウエハ等の基板Ｗを該基板Ｗの表面（被めっき面）を下向き（フェースダウン）にして保持する基板ホルダ１６を備えた処理ヘッド１８を有している。
【００２７】
めっき槽１４は、内壁２０で区画形成され、この内壁２０の側部及び底部は、所定間隔離間して配置された外壁２２で覆われており、これによって、内壁２０と外壁２２との間に外槽２４が区画形成されている。内壁２０には、めっき槽１４と外槽２４とを連通させる多数の連通孔２０ａがその全面に亘って形成され、これによって、めっき槽１４内のめっき液１２と外槽２４内のめっき液１２が直に連通して、これらのめっき液１２の水位が常に同じになるようになっている。
【００２８】
外槽２４の内部には、この例では、温水ヒータ２６から供給される熱媒体（温水）を内部に通して、外槽２４内のめっき液１２を外槽２４内において、例えば７０℃に加熱し、これによって、めっき槽１４内のめっき液１２も同時に加熱する加熱チューブ２８を有する加熱部３０が配置されている。
【００２９】
更に、めっき槽１４内のめっき液１２を循環させるめっき液循環系（処理液循環系）３２が備えられている。このめっき液循環系３２は、循環ポンプ３４と、この循環ポンプ３４の吐出し口とめっき槽１４とを接続する、内部にフィルタ３６を介装しためっき液吐出し管３８と、循環ポンプ３４の吸込口と外槽２４とを接続するめっき液吸込管４０とを有している。これにより、循環ポンプ３４の駆動に伴って、外槽２４内のめっき液１２を循環ポンプ３４で吸込み、フィルタ３６を通過させてめっき槽１４に戻すことで、めっき槽１４内のめっき液１２を循環させて、めっき槽１４内のめっき液１２の温度を均一に維持できるようになっている。
【００３０】
そして、このめっき液１２の循環の過程で外槽２４の内部に配置した加熱チューブ２８を有する加熱部３０でめっき液１２を加熱し、特に、めっき槽１４内のめっき液１２を外槽２４内のめっき液１２で遮断することで、めっき液１２の昇温及び保温を容易に行って、めっき槽１４内のめっき液１２の温度を一定に制御することができる。このめっき液１２の温度は、例えば２５〜９０℃、好ましくは５５〜８５℃程度であり、更に好ましくは６０〜８０℃程度である。
【００３１】
処理ヘッド１８には、基板ホルダ１６の周囲を囲繞して下方に延びるハウジング４２が備えられ、このハウジング４２の下端の基板ホルダ１６の下方に位置して、板状の攪拌板から構成された攪拌部４４が取付けられている。このハウジング４２は、中空の回転軸４６に取付けられて、この回転軸４６と一体に回転するように構成されている。この回転軸４６の内部に固定軸４８が挿通されており、この固定軸４８の下端に基板ホルダ１６が連結されている。ここで、回転軸４６は固定軸４８とは独立に回転し、固定軸４８は回転軸４６と一体に昇降するように構成されている。
【００３２】
基板ホルダ１６の下面周縁部は、図５に示すように、基板Ｗの裏面（上面）に接触した時に、該基板Ｗの裏面との間にリング状の密封空間５０が区画形成されるように構成されており、真空通路５２を介して密封空間５０内を真空引きすることで、基板Ｗを吸着保持するようになっている。更に、基板ホルダ１６の内部には、この基板ホルダ１６で保持した基板Ｗの裏面に沿って熱媒体（加熱媒体）を流して基板Ｗを加熱するボックス状の第１の熱媒体流路５４ａが設けられ、更に、この第１の熱媒体流路５４ａの下方に位置して、基板ホルダ１６で基板Ｗを保持した時に、この基板Ｗの裏面との間に、基板の裏面に沿って熱媒体（冷却媒体）を流して基板を冷却する第２の熱媒体流路５４ｂが区画形成されるよう構成されている。これらの各熱媒体流路５４ａ，５４ｂは、熱媒体導入管５６ａ，５６ｂ及び熱媒体排出管５８ａ，５８ｂにそれぞれ連通している。
【００３３】
これにより、ロボットハンド等で基板Ｗを保持して該基板Ｗをハウジング４２内の基板ホルダ１６の下方に挿入し、ロボットハンドを上昇させて基板Ｗの裏面を基板ホルダ１６の下面に接触させて基板ホルダ１６と基板Ｗの裏面との間に密封空間５０を形成し、密封空間５０を真空引きすることで基板Ｗを基板ホルダ１６に吸着保持して、ロボットハンドを引き抜く。そして、基板Ｗを保持した状態で、処理ヘッド１８、すなわち基板ホルダ１６と攪拌部４４を取付けたハウジング４２とを一体に昇降させ、またハウジング４２と攪拌部４４を基板ホルダ１６とは独立に回転させることができる。
【００３４】
また、基板ホルダ１６で基板Ｗを保持した状態で、第１の熱媒体流路５４ａ内に熱媒体（加熱媒体）を導入することで基板Ｗを加熱、または保温し、第２の熱媒体流路５４ｂ内に熱媒体（冷却媒体）を導入することで基板Ｗを冷却することができる。特に、熱媒体（冷却媒体）を導入する第２の熱媒体流路５４ｂを基板Ｗ側に設けるようにすることで、めっき処理完成後基板Ｗを素早く冷却することができる。
【００３５】
なお、この例では、基板ホルダ１６で保持した基板Ｗの全長に亘って直線状に延び、幅（高さ）が一定の平板状の板体で攪拌部４４を構成した例を示しているが、図６（ａ）に示すように、中心から円周方向に沿って幅（高さ）が徐々に増加するように直線状に延びる平板状の板体で攪拌部４４を構成したり、図６（ｂ）に示すように、長さ方向に沿った所定間隔毎に溝４４ａ設けた直線状に延びる板体で攪拌部４４を構成したりしてもよい。更に、図６（ｃ）に示すように、十字状に配置した板体で攪拌部４４を形成したり、図６（ｄ）に示すように、複数の板体（図示では３枚）を放射状に配置して攪拌部４４を構成したり、或いはこれらの組合せによって攪拌部を構成したりしてもよい。
【００３６】
また、図７（ａ）に示すように、基板Ｗの裏面に沿って熱媒体（冷却媒体）を流して基板Ｗを冷却する第２の熱媒体流路５４ｂとして、隔壁５９でボックス状に仕切られたものを使用して、この熱媒体（冷却媒体）が基板Ｗの裏面に直接接触しないようにしてもよい。更に、図７（ｂ）に示すように、基板ホルダ１６ａを、基板Ｗの周縁部下面に当接して基板Ｗを載置保持する爪部６０ａを備えた保持部６０と、上下動自在な押圧部６２とを有し、この爪部６０ａと押圧部６２で周縁部を挟持して基板を保持するように構成したものを使用し、押圧部６２の内部に、熱媒体導入管５６ｃ及び熱媒体排出管５８ｃにそれぞれ連通し、熱媒体、つまり加熱媒体または冷却媒体の一方を導入して基板ホルダ１６ａで保持した基板を加熱または冷却する中空ボックス状の熱媒体流路５４ｃを設けるようにしてもよい。
【００３７】
この実施の形態の無電解めっき装置１０にあっては、循環ポンプ３４を駆動させてめっき槽１４内のめっき液１２を循環させ、同時に加熱チューブ２８内に熱媒体（温水）を導入することで、めっき液１２を外槽２４の内部で加熱し、更にこの加熱しためっき液１２をめっき槽１４内に導入することで、めっき槽１４内のめっき液１２を、例えば７０℃の一定の温度に制御する。一方、処理ヘッド１８の基板ホルダ１６で基板Ｗを吸着保持する。そして、基板ホルダ１６の第１の熱媒体流路５４ａ内に熱媒体（加熱媒体）を導入し、この熱媒体を基板Ｗの裏面に沿って流すことで、基板Ｗを所定の温度に加熱しておく。
【００３８】
そして、加熱チューブ２８内に熱媒体を導入することでめっき液１２の加熱を継続したまま、循環ポンプ３４の駆動を停止させて、めっき槽１４内のめっき液１２の循環を止め、この状態で、基板ホルダ１６とハウジング４２とを下降させ、この基板ホルダ１６で保持した基板Ｗ及びハウジング４２の下端に取付けた攪拌部４４をめっき槽１４内のめっき液１２に浸漬させて、基板Ｗの表面（被めっき面）に、例えば数分間のめっきを行う。この時、基板ホルダ１６を停止させたまま、攪拌部４４を低速（例えば、６０ｒｐｍ以下、好ましくは１〜２０ｒｐｍ）で回転させる。このように、例えば数分間の無電解めっきを行っても、めっき液１２の加熱を継続することで、めっき処理中におけるめっき液１２の温度を常に±１℃の範囲でコントロールできることが確かめられている。
【００３９】
無電解めっきは、めっき液の流れに敏感に依存し、このめっき液の流れを均一にすることが困難であるが、前述のように、めっき進行時にめっき槽１４内のめっき液１２の循環による流れを停止させることで、めっきのでき具合がめっき液の流れに依存しないようにすることができる。しかも、基板ホルダ１６で保持した基板Ｗの下方において、攪拌部４４を低速で回転させてめっき液１２を攪拌することで、めっき液中に含まれる物質の拡散を促進して、反応し易くするとともに、めっき時におけるめっき槽１４内の熱対流によるめっき液１２の温度むらを小さくして、めっき液の流れに依存しない、均一なめっき膜を成膜することができる。
【００４０】
なお、この例によれば、めっき槽１４として、その容積が５Ｌ程度の小容量のものを使用しても、めっき時におけるめっき槽１４内の熱対流によるめっき液１２の温度むらを小さくして、めっき液の流れに依存しない、均一なめっき膜を成膜することができる。
【００４１】
めっき処理が完了した後、攪拌部４４の回転を停止させ、ハウジング４２と基板ホルダ１６を上昇させて、基板ホルダ１６を洗浄位置等に搬送し、洗浄液ノズル（図示せず）から洗浄液を基板Ｗの被めっき面に向けて噴射して、被めっき面を冷却すると同時に希釈化・洗浄することで無電解めっき反応を停止させる。この時、基板ホルダ１６と基板Ｗの裏面との間に区画形成された第２の熱媒体流路５４ｂ内に熱媒体（冷却媒体）を導入し、この熱媒体を基板の裏面に沿って流すことで、基板Ｗを急速に冷却する。
そして、基板ホルダ１６で保持しためっき処理後の基板Ｗをロボットハンド等に受渡して、めっき後の基板を次工程に搬送する。
【００４２】
図８は、本発明の他の実施の形態の無電解めっき装置１０ａを示す。この無電解めっき装置１０ａの前述の無電解めっき装置１０と異なる点は、めっき槽１４ａの外周部に配置される加熱部３０ａとして、ジャケット構造を有するものを使用した点にある。つまり、この例は、めっき槽１４ａを区画形成する内壁２０ｂと該内壁２０ｂの側部及び底部を覆う外壁２２ａの間に密閉流路６４を形成し、この密閉流路６４の内部に、温水ヒータ２６ａから熱媒体（加熱媒体）を導入することで、めっき槽１４ａ内のめっき液１２を加熱する加熱部３０ａを構成している。まためっき液循環系３２のめっき液戻り管３８は、めっき槽１４ａに直接接続されている。その他の構成は、前述の例と同様である。
【００４３】
図９及び図１０は、無電解めっき装置に適用した本発明の更に他の実施の形態の基板処理装置の処理ヘッドを省略した状態を示す。すなわち、この例は、めっき槽１４ｂとして、下方に縮径部を有する内壁２０ｃで区画形成され、この縮径部の上端に整流板６６を配置したものを使用し、更に、このめっき槽１４ｂの側部のみに外壁２２ｂとの間に挟まれた外槽２４ａを形成し、この外槽２４ａ内に加熱チューブ２８ｂと温水ヒータ２６ｂとを有する加熱部３０ｂを配置したものである。
【００４４】
この整流板６６は、めっき槽１４ｂの内部にこの下方から導入されるめっき液１２の流れを整流するためのものであり、この整流板６６として、この例では、図１０に示すように、内部に放射状に等間隔で延び、幅の等しい３本のスリット６６ａを設けられたものを使用している。このように、めっき槽１４ｂの内部に整流板６６を配置することで、めっき槽１４ｂ内をめっき液１２がより均一に流れるようにすることができる。
なお、この整流板６６としては、図１１に示すように、例えば半径方向に徐々に拡がるようなスリット６６ｂを設けたもの等、めっき槽１４ｂ内をめっき液１２がより均一に流れるように、任意の形状を有するものを使用するようにしてもよい。
【００４５】
図１２は、前述の無電解めっき装置１０によって一連のめっき処理を行うめっき処理装置の全体構成を示す。このめっき処理装置は、各一対の無電解めっき装置１０、ロード・アンロード部７０、例えばＰｄ触媒を付与する触媒付与処理や露出配線表面に付着した酸化膜を除去する酸化膜除去処理等のめっき前処理を行うめっき前処理装置７２、粗洗浄可能な仮置き部７４及び後洗浄装置７６を有し、更にロード・アンロード部７０、後洗浄装置７６及び仮置き部７４の間で基板Ｗを搬送する第１搬送装置７８ａと、無電解めっき装置１０、めっき前処理装置７２及び仮置き部７４の間に基板Ｗを搬送する第２搬送装置７８ｂが備えられている。
【００４６】
ここで、めっき前処理装置７２として、前述した無電解めっき装置１０と同じ構成で、めっき槽１４を処理槽として、この処理槽（めっき槽）１４及び外槽２４内にめっき液１２とは異なる所望の処理液を導入するようにしたものを使用してもよい。
【００４７】
次に、上記のように構成しためっき処理装置による一連のめっき処理の工程について説明する。まず、ロード・アンロード部７０に保持された基板Ｗを第１搬送装置７８ａにより取出し、仮置き部７４に置く。第２搬送装置７８ｂは、これをめっき前処理装置７２に搬送し、ここでＰｄＣｌ２液等の触媒による触媒付与処理や露出配線表面に付着した酸化膜を除去する酸化膜除去処理等のめっき前処理を行い、しかる後リンスする。
【００４８】
第２搬送装置７８ｂは、基板Ｗをさらに無電解めっき装置１０に運び、ここで所定の還元剤と所定のめっき液を用いて無電解めっき処理を行う。次に、第２搬送装置７８ｂでめっき後の基板を無電解めっき装置１０から取出して仮置き部７４に運ぶ。仮置き部７４では、基板の粗洗浄を行う。そして、第１搬送装置７８ａは、この基板を後洗浄装置７６に運び、この後洗浄装置７６でペンシル・スポンジによる仕上げの洗浄とスピンドライによる乾燥を行って、ロード・アンロード部７０へ戻す。基板は後にめっき装置や酸化膜形成装置に搬送される。
【００４９】
図１３は、図１に示す保護膜９を形成する一連のめっき処理（蓋めっき処理）を行うめっき処理装置の全体構成を示す。このめっき処理装置は、ロード・アンロード部８０、無電解めっき装置１０及び洗浄・乾燥処理部８８を有している。また、めっきに先立って行われる、前洗浄処理、触媒付与処理及び中和処理等のめっき前処理に使用されるめっき前処理装置としての前洗浄処装置８２、触媒付与装置８４、及び中和処理装置８６が備えられて、更に、搬送経路９０に沿って走行自在で、これらの間で基板の受渡しを行う搬送装置９２が備えられている。
【００５０】
ここで、前述と同様に、めっき前処理装置８２，８４，８６として、前述した無電解めっき装置１０と同じ構成で、めっき槽１４を処理槽として、この処理槽（めっき槽）１４及び外槽２４内にめっき液１２とは異なる所望の処理液を導入するようにしたものを使用してもよい。
【００５１】
次に、上記のように構成しためっき処理装置による一連のめっき処理（蓋めっき処理）の工程について説明する。まず、ロード・アンロード部８０に保持された基板Ｗを搬送装置９２により取出し、前洗浄装置（めっき前処理装置）８２に搬送し、ここで、基板に例えば基板表面を再度洗浄する前処理を施す。そして、銅層７（図１参照）の表面に触媒付与装置（めっき前処理装置）８４でＰｄ等の触媒を付着させて銅層７の露出表面を活性化させ、しかる後、中和処理装置（めっき前処理装置）８６で中和処理を施す。次に、前処理後の基板Ｗを無電解めっき装置１０に搬送し、ここで、活性化した銅層７の表面に、例えばＣｏ−Ｗ−Ｐによる選択的な無電解めっきを施し、これによって、図１（ｄ）に示すように、銅層７の露出表面をＣｏ−Ｗ−Ｐ膜（保護膜）９で保護する。この無電解めっき液としては、例えば、コバルトの塩とタングステンの塩に、還元剤、錯化剤、ｐＨ緩衝剤及びｐＨ調整剤を添加したものがあげられる。
【００５２】
なお、研磨後に露出した表面に、例えば無電解Ｎｉ−Ｂめっきを施して、配線８の外部への露出表面に、Ｎｉ−Ｂ合金膜からなる保護膜（めっき膜）９を選択的に形成して配線８を保護するようにしてもよい。この保護膜９の膜厚は、０．１〜５００ｎｍ、好ましくは、１〜２００ｎｍ程度である。
【００５３】
この保護膜９を形成する無電解Ｎｉ−Ｂめっき液としては、例えばニッケルイオン、ニッケルイオンの錯化剤、ニッケルイオンの還元剤としてのアルキルアミンボランまたは硼素化水素化合物を含有し、ｐＨ調整にＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を使用して、ｐＨを５〜１２に調整したものが使用される。
次に、この蓋めっき処理後の基板Ｗを洗浄・乾燥処理部８８に搬送して洗浄・乾燥処理を行い、この洗浄・乾燥後の基板Ｗを搬送装置９２でロード・アンロード部８０のカセットに戻す。
【００５４】
なお、この例では、蓋めっき処理として、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ無電解めっき処理を施す前に、Ｐｄを付着することによって活性化させた銅層７の露出表面をＣｏ−Ｗ−Ｐ膜で選択的に被覆するようにした例を示しているが、これに限定されないことは勿論である。
【００５５】
また、上記の各例は、無電解めっき装置に適用した例を示しているが、前述のように、めっき前処理装置としての前洗浄処装置、触媒付与装置、更にはめっき液中に浸漬させたアノードとカソードとの間にめっき電流を流してめっき膜を成膜するようにした電解めっき装置やエッチング装置にも適用できることは勿論である。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、構造を簡素化するとともに、フットプリントを小さくし、しかも、処理液の循環量を少なくしても、処理槽内の処理液の温度をより一定に維持することができる。また、めっき処理中に、基板ホルダで保持した基板の下方に配置した攪拌部を回転させて処理槽内の処理液を攪拌することで、処理液中に含まれる物質の拡散を促進して、反応し易くするとともに、熱対流による温度むらを小さくして、基板の全面に亘ってより均一に反応するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】本発明の実施の形態の無電解めっき装置に適用した基板処理装置の非めっき時（待機時）における断面図である。
【図３】同じく、無電解めっき装置に適用した基板処理装置のめっき時における断面図である。
【図４】同じく、無電解めっき装置に適用した基板処理装置のハウジング及び攪拌部を示す裏面図である。
【図５】同じく、無電解めっき装置に適用した基板処理装置の基板ホルダの断面図である。
【図６】それぞれ攪拌部の変形例を示す図である。
【図７】それぞれ異なる基板ホルダの変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態の無電解めっき装置に適用した基板処理装置の断面図である。
【図９】本発明の更に他の実施の形態の無電解めっき装置に適用した基板処理装置の処理ヘッドを省略した断面図である。
【図１０】図９に示す整流板の平面図である。
【図１１】整流板の他の例を示す平面図である。
【図１２】図２乃至図５に示す無電解めっき装置を備えためっき処理装置を示す平面配置図である。
【図１３】図２乃至図５に示す無電解めっき装置を備えた他のめっき処理装置を示す平面配置図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ 無電解めっき装置（基板処理装置）
１２ めっき液（処理液）
１４，１４ａ，１４ｂ めっき槽（処理槽）
１６，１６ａ 基板ホルダ
１８ 処理ヘッド
２０，２０ｂ，２０ｃ 内壁
２２，２２ａ 外壁
２４，２４ａ 外槽
２６，２６ａ，２６ｃ 温水ヒータ
２８，２８ａ 加熱チューブ
３０，３０ａ，３０ｂ 加熱部
３２ めっき液循環系（処理液循環系）
３４ 循環ポンプ
３６ フィルタ
４４ 攪拌部
４６ 回転軸
４８ 固定軸
５０ 密封空間
５２ 真空通路
５４ａ，５４ｂ，５４ｃ 熱媒体流路
５６ａ，５６ｂ，５６ｃ 熱媒体導入管
５８ａ，５８ｂ，５８ｃ 熱媒体排出管
６４ 密閉流路
６６ 整流板
Claims (6)
- 基板を保持する基板ホルダと、該基板ホルダで保持した基板の下方に位置して回転する攪拌部とを有する上下動自在な処理ヘッドと、
前記処理ヘッドの下方に配置され、内部に処理液を保持する上方に開口した処理槽と、
前記処理槽の外周部に配置され該処理槽内の処理液を加熱する加熱部と、
前記処理槽内の処理液を循環させる処理液循環系とを有することを特徴とする基板処理装置。 - 前記加熱部は、内部に熱媒体を流して加熱する加熱チューブを有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
- 前記加熱部は、内部に熱媒体を導入して加熱する液体ジャケット構造を有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
- 前記攪拌部は、前記基板ホルダで保持した基板の直径方向の全長に亘って延びる平板状の攪拌板からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置。
- 前記処理槽の内部には、この内部に導入される処理液の流れを基板表面に対して整流する整流板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板処理装置。
- 基板を保持する上下動自在な基板ホルダと、
前記基板ホルダの下方に配置され、内部に処理液を保持する上方に開口した処理槽とを備え、
前記基板ホルダは、該基板ホルダで保持した基板を加熱する熱媒体を流す第１の熱媒体流路と、該基板ホルダで保持した基板を冷却する熱媒体を流す第２の熱媒体流路が形成されるように構成され、熱媒体を流して基板を冷却する前記第２の熱媒体流路は、熱媒体を流して基板を加熱する前記第１の熱媒体流路より基板ホルダで保持した基板により近い位置に設けられることを特徴とする基板処理装置。
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