JP4423354B2 - Plating method - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき方法に係り、特に半導体基板に形成された微細配線パターンに銅等の金属（配線材料）を埋込んで配線を形成するのに使用されるめっき方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、半導体基板上に、回路形状の配線溝（トレンチ）や微孔（ビアホール）等の配線用の微細凹部を形成し、銅めっきによりこれらを銅（配線材料）で埋め、残りの部分の銅層（めっき膜）をＣＭＰ等の手段により除去して回路を形成することが行われている。この技術においては、回路形状の配線溝あるいは微孔の中に選択的に銅めっき膜が析出し、それ以外の部分では、銅めっき膜の析出が少ない方が後のＣＭＰの負荷を減らす上で好ましい。従来、このような目的を達成するために、めっき液の浴組成や、使用する光沢剤などめっき液での工夫が行われている。
【０００３】
一方、回路形状の配線溝等の中に選択的に銅めっき膜を析出させるための技術としては、多孔質体を半導体ウエハ等の基板に接触させ、また接触方向に相対的に動かしながらめっきを行うという方法が知られている。この技術で用いる多孔質体としては、ＰＶＡ、多孔質テフロン（登録商標）、ポリプロピレン等を繊維状に編んだり、漉いて紙状に加工したりしたもの、あるいはゲル化シリコン酸化物や寒天質等の不定形物などが一般に使用される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２３２０７８
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、配線溝等のパターン部の内部に銅等の配線材料を完全に埋め込んで銅配線を形成するためには、パターン部以外にもかなりの厚さの銅層を形成し、パターン部以外に成膜された余剰の銅層をＣＭＰ法により除去する必要がある。このため、除去すべき銅の量が多い場合には、ＣＭＰ時間が長くなり、コストアップに繋がってしまうばかりでなく、ＣＭＰ後の基板の研磨面に面内不均一性があると、研磨後に残存する配線の深さが基板内で異なり、この結果、研磨時間が長くなればなる程、配線性能のＣＭＰの性能に対する依存度が大きくなってしまう。
【０００６】
このような問題を解決するため、めっき液の浴組成や、使用する光沢剤等、めっき液での工夫が行われおり、これらによってある程度は目的が達成されるが、一定の限界があった。
【０００７】
一方、多孔質体を基板に接触させ、また接触方向に相対的に動かしながらめっきを行うという方法にあっては、この多孔質体の表面粗さは、一般に数ミクロンから数百ミクロンであり、このような表面粗さを有する多孔質体は、表面粗さがサブミクロンから数ミクロンである半導体基板上の凹凸面を平坦化するには問題があるものであった。
【０００８】
また、この技術では、多孔質体を接触させながら接触面に対して水平方向に相対的に移動（擦り）させることにより、めっき液の供給量を凹凸部で変え、平坦性の向上を試みているが、上述したような表面粗さにより思うような効果が得られ難いと言う問題があった。
【０００９】
更に、多孔質体を接触させるための荷重を大きくし多孔質の空間部を押し潰すことにより、平坦性は向上すると考えられるが、その場合には、基板に非常に大きな荷重を掛ける必要があり、このため、ｌｏｗーｋ材などの柔らかい絶縁膜を対象とした場合には、膜が破壊されたり、まためっき表面にも傷が入りやすくなるなど実現化が困難であった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、回路形状の配線溝や微孔等の配線用の微細凹部の内部に選択的に銅層等の金属めっき膜を析出させることができるようにしためっき方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、配線用の微細凹部を有する基板上にシード層を形成し、このシード層とアノードとの間にめっき液を満たしつつ通電してめっきを行い、前記微細凹部内に配線材料を充填するめっき方法であって、前記シード層と前記アノードとの間に配置した保水性を有する多孔質体を前記シード層に任意の圧力で押圧しつつ、前記シード層と前記アノードとの間に通電してめっきを行うめっき工程と、該めっき工程の後に前記シード層と前記アノードとの間の通電を解き、前記多孔質体を前記シード層から離して前記多孔質体と前記シード層との間のめっき液をリフレッシュさせる工程とを繰り返すことを特徴とするめっき方法である。
【００１２】
これにより、多孔質体を基板のシード層に任意の圧力で押圧することで、多孔質体と基板のシード層の配線溝（トレンチ）等の配線用の微細凹部以外の部分（パターン部以外の部分）との間における隙間をできるだけ小さくし、この状態でめっきを行うとともに、プロセスの途中で多孔質体を基板から離して、多孔質体と基板との間のめっき液をリフレッシュ（入れ換え）させ、再度めっきを行うことで、基板に設けた配線用の微細凹部の内部にめっき膜を選択的に効率よく析出させることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記シード層と前記アノードとの間に通電してめっきを行うめっき工程に先だって、前記多孔質体を前記シード層に任意の圧力で押圧しつつ、両者を相対移動させることを特徴とする請求項１記載のめっき方法である。
このように、めっきに先だって、多孔質体を基板のシード層に任意の圧力で押圧しつつ両者を相対移動させることで、多孔質体と基板との密着性を高めることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。この実施の形態は、半導体ウエハ等の基板の表面に設けた配線用の微細凹部に、配線材料としての銅を埋込んで銅層からなる配線を形成するようにした例を示しているが、他の配線材料を使用しても良いことは勿論である。
【００３４】
図１を参照して、半導体装置における銅配線形成例を説明する。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、例えばＳｉＯ２からなる酸化膜やＬｏｗ−Ｋ材膜等の絶縁膜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、配線用の微細凹部としての微孔（ビアホール）３と配線溝（トレンチ）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シード層６をスパッタリング等により形成する。
【００３５】
そして、図１（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の微孔３及び配線溝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。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）などにより、絶縁膜２上のバリア層５，シード層６及び銅層７を除去して、微孔３及び配線溝４内に充填させた銅層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の内部にシード層６と銅層７からなる配線（銅配線）８を形成する。
【００３６】
次に、図１（ｄ）に示すように、基板Ｗの表面に無電解めっきを施し、配線８の表面に、Ｃｏ合金やＮｉ合金等からなる保護膜９を選択的に形成し、これによって、配線８の表面を保護膜９で覆って保護する。
【００３７】
図２は、めっき装置を備えた基板処理装置の平面図を示す。図２に示すように、この基板処理装置は、例えばスミフボックス等の内部に多数の半導体ウエハ等の基板を収納した搬送ボックス１０を着脱自在な矩形状の装置フレーム１２を備えている。この装置フレーム１２の内部には、ロード・アンロードステーション１４と、このロード・アンロードステーション１４との間で基板を授受する走行自在な搬送ロボット１６が備えられている。そして、搬送ロボット１６を挟んで該搬送ロボット１６の両側には、一対のめっき装置１８が配置され、更に、搬送ロボット１６を挟んで一方の側には、洗浄・乾燥装置２０、ベベルエッチング・裏面洗浄装置２２及び膜厚測定器２４が直列に配置され、他方の側には、熱処理（アニール）装置２６、前処理装置２８、無電解めっき装置３０及び研磨装置３２が直列に配置されている。
【００３８】
ここで、装置フレーム１２には遮光処理が施され、これによって、この装置フレーム１２内での以下の各工程を遮光状態で、つまり、配線に照明光等の光が当たることなく行えるようになっている。このように、配線に光を当たることを防止することで、例えば銅からなる配線に光が当たって光電位差が生じ、この光電位差によって配線が腐食してしまうことを防止することができる。
【００３９】
図３は、めっき装置１８の概要を示す。図３に示すように、めっき装置１８は、水平方向に揺動自在な揺動アーム５００を備え、この揺動アーム５００の先端に電極ヘッド５０２が回転自在に支承されている。一方、電極ヘッド５０２の下方に位置して、表面（被めっき面）を上向きにして基板Ｗを保持する基板ステージ５０４が上下動自在に配置され、この基板ステージ５０４の上方には、該基板ステージ５０４の周縁部を囲繞するようにカソード部５０６が配置されている。なお、この例では、電極ヘッド５０２として、その径が基板ステージ５０４の径より僅かに小さい径を有するものを使用し、電極ヘッド５０２と基板ステージ５０４との相対位置を変化させることなく、基板ステージ５０４で保持した基板Ｗの表面（被めっき面）のほぼ全面に亘ってめっきを行えるようにした例を示している。
【００４０】
基板ステージ５０４の上面の周縁部には、内部に設けた真空通路５０４ａに連通するリング状の真空吸着溝５０４ｂが設けられ、この真空吸着溝５０４ｂを挟んだ内外の両側に、シールリング５０８，５１０が装着されている。更に、基板ステージ５０４の上面の内方に位置するシールリング５０８の内側には、加圧用凹部５０４ｃが設けられ、この加圧用凹部５０４ｃは、基板ステージ５０４の内部を延びる加圧流体通路５０４ｄに連通している。
【００４１】
これにより、基板ステージ５０４の上面に基板Ｗを載置し、真空通路５０４ａを介して真空吸着溝５０４ｂ内を真空吸引することで、基板Ｗをその周縁部を吸着して保持し、更に加圧流体通路５０４ｄを介して加圧用凹部５０４ｃ内に加圧空気等の加圧流体を供給し、基板Ｗをその裏面側から圧力Ｐ５で加圧することで、基板Ｗをより水平な状態に維持して、下記のように、多孔質体５２８の下面に密着できるようになっている。
【００４２】
なお、図示しないが、基板ステージ５０４には、基板ステージ５０４の温度を一定に制御する加熱装置（ヒータ）が内蔵されている。また、基板ステージ５０４は、図示しないエアシリンダ（図示せず）によって上下動し、図示しない回転モータ及びベルトを介して、任意の加速度及び速度でカソード部５０６と一体に回転するように構成されている。この時の回転トルクは、図示しないトルクセンサで検知される。そして、基板ステージ５０４が上昇した時に、基板ステージ５０４で保持された基板Ｗの周縁部に下記のカソード部５０６のシール材５１４とカソード電極５１２が当接するようになっている。
【００４３】
揺動アーム５００は、図示しないサーボモータからなる上下動モータとボールねじを介して上下動し、図示しない旋回モータを介して、旋回（揺動）するようになっているが、空気圧アクチュエータを使用しても良い。
【００４４】
前記カソード部５０６は、この例では６分割されたカソード電極５１２と、このカソード電極５１２の上方を覆うように取付けた環状のシール材５１４とを有している。シール材５１４は、その内周縁部が内方に向け下方に傾斜し、かつ徐々に薄肉となって、内周端部が下方に垂下するように構成されている。
【００４５】
これにより、基板ステージ５０４が上昇した時に、この基板ステージ５０４で保持した基板Ｗの周縁部にカソード電極５１２が押付けられて通電し、同時にシール材５１４の内周端部が基板Ｗの周縁部上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板の上面（被めっき面）に供給されためっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止するとともに、めっき液がカソード電極５１２を汚染することを防止するようになっている。
【００４６】
なお、この例において、カソード部５０６は、上下動不能で基板ステージ５０４と一体に回転するようになっているが、上下動自在で、下降した時にシール材５１４が基板Ｗの被めっき面に圧接するように構成しても良い。
【００４７】
前記電極ヘッド５０２は、共に下方に開口した有底円筒状で、同心状に配置した回転ハウジング５２０と上下動ハウジング５２２とを有している。そして、回転ハウジング５２０は、揺動アーム５００の自由端に取付けた回転体５２４の下面に固着されて該回転体５２４と一体に回転するよう構成されている。一方、上下動ハウジング５２２は、その上部において、回転ハウジング５２０の内部に位置して該回転ハウジング５２０と一体に回転し、相対的に上下動するように構成されている。上下動ハウジング５２２は、下端開口部を多孔質体５２８で閉塞することで、内部に円板状のアノード５２６を配置し、内部に該アノード５２６を浸漬させるめっき液Ｑを導入するアノード室５３０を区画形成している。
【００４８】
この多孔質体５２８は、この例では、多孔質材を３層に積層した多層構造となっている。すなわち、多孔質体５２８は、主にめっき液を保持する役割を果たすめっき液含浸材５３２と、このめっき液含浸材５３２の下面に取付けられた多孔質パッド５３４から構成され、この多孔質パッド５３４は、基板Ｗに直接接触する下層パッド５３４ａと、この下層パッド５３４ａとめっき液含浸材５３２との間に介装される上層パッド５３４ｂから構成されている。そして、めっき液含浸材５３２と上層パッド５３４ｂは、上下動ハウジング５２２の内部に位置し、下層パッド５３４ａで上下動ハウジング５２２の下端開口部を閉塞するようになっている。
【００４９】
このように、多孔質体５２８を多層構造とすることで、例えば基板と接触する多孔質パッド５３４（下層パッド５３４ａ）として、基板の被めっき面上の凹凸面を平坦化するのに十分な平坦性を有するものを使用することが可能となる。
【００５０】
この下層パッド５３４ａは、基板Ｗの表面（被めっき面）と接触する面（表面）の平担性がある程度高く、めっき液が通過できる微細貫通穴を有し、少なくとも接触面が絶縁物もしくは絶縁性の高い物質で形成されていることが必要である。この下層パッド５３４ａに要求される平担性は、例えば、最大粗さ（ＲＭＳ）が数十μｍ以下程度である。
【００５１】
また、下層パッド５３４ａに要求される微細貫通穴は、接触面での平坦性を保つために丸穴の貫通孔が好ましく、更に、微細貫通穴の穴径や単位面積当たりの個数などはめっきする膜質や配線パターンによって最適値が異なるが、両者とも小さい方が凹部内におけるめっき成長の選択性を向上させる上で好ましい。具体的な、微細貫通穴の穴径や単位面積当たりの個数としては、例えば、穴径３０μｍ以下、好ましくは５〜２０μｍの微小貫通孔が、気孔率で５０％以下の状態で存在すれば良い。
【００５２】
更に、下層パッド５３４ａは、ある程度の固さであることが好ましく、例えば、その引張り強度が５〜１００ｋｇ／ｃｍ2、曲げ弾性強度が２００〜１００００ｋｇ／ｃｍ2程度であればよい。
【００５３】
この下層パッド５３４ａは、更に疎水性の材料であることが好ましく、このような材料の例としては、多孔ポリエチレン（ＰＥ）、多孔ポリプロピレン（ＰＰ）、多孔ポリアミド、多孔ポリカーボネートまたは多孔ポリイミド等が挙げられる。このうち、多孔ＰＥ、多孔ＰＰ、多孔ポリアミド等は、超高分子のＰＥ、ＰＰ、ポリアミド等の細かい粉を原料とし、これを押し固め、焼結成形することにより調製したものであり、フルダスＳ（三菱樹脂（株）製）、サンファインＵＦ、サンファインＡＱ（ともに旭化成（株）製）、Ｓｐａｃｙ（スペイシーケミカル社製）等の商品名で市販されている。また、多孔ポリカーボネートは、例えば、ポリカーボネートフィルムにアクセラレーターで加速した高エネルギーの重金属（銅等）を貫通させ、これにより生成する直線上のトラック（軌跡）を選択的にエッチングすることにより調製されるものである。
【００５４】
この下層パッド５３４ａは、基板Ｗの表面と接触する面（表面）を圧縮加工、機械加工等により平坦化加工したものであっても良く、これにより、微小溝でのより高い優先析出が期待できる。
【００５５】
一方、めっき液含浸材５３２は、アルミナ，ＳｉＣ，ムライト，ジルコニア，チタニア，コージライト等の多孔質セラミックスまたはポリプロピレンやポリエチレンの焼結体等の硬質多孔質体、あるいはこれらの複合体、更には織布や不織布で構成される。例えば、アルミナ系セラミックスにあっては、ポア径３０〜２００μｍ、ＳｉＣにあっては、ポア径３０μｍ以下、気孔率２０〜９５％、厚み１〜２０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍ、更に好ましくは８〜１５ｍｍ程度のものが使用される。この例では、例えば気孔率３０％、平均ポア径１００μｍでアルミナ製の多孔質セラミックス板から構成されている。そして、この内部にめっき液を含有させることで、つまり多孔質セラミックス板自体は絶縁体であるが、この内部にめっき液を複雑に入り込ませ、厚さ方向にかなり長い経路を辿らせることで、めっき液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有するように構成されている。
【００５６】
このようにめっき液含浸材５３２をアノード室５３０内に配し、このめっき液含浸材５３２によって大きな抵抗を発生させることで、シード層６（図１参照）の抵抗の影響を無視できる程度となし、基板Ｗの表面の電気抵抗による電流密度の面内差を小さくして、めっき膜の面内均一性を向上させることができる。
【００５７】
電極ヘッド５０２には、基板ステージ５０４で保持した基板Ｗの表面（被めっき面）に下層パッド５３４ａを任意の圧力で押圧し該表面から離間させる、この例では、３つのエアバックを有する押圧離間機構が備えられている。つまり、この例では、回転ハウジング５２０の天井壁の下面と上下動ハウジング５２２の天井壁の上面との間に、リング状の第１エアバック５４０が配置され、上下動ハウジング５２２の内部の該上下動ハウジング５２２の天井壁の下面とアノード５２６の上面との間に、リング状の第２エアバック５４２が配置されている。更に、上下動ハウジング５２２の中央部には、上方に突出して回転ハウジング５２０の上方に達する有底円筒体５４４が連接され、この有底円筒体５４４の天井壁の下面と回転ハウジング５２０の天井壁の上面との間に、円状の第３エアバック５４６が配置されている。なお、これらのエアバック５４０，５４２，５４６は、加圧流体導入管５５０，５５２，５５４を介して、加圧流体供給源（図示せず）に接続されている。これらのエアバック５４０，５４２，５４６によって、押圧離間機構が構成されている。
【００５８】
つまり、揺動アーム５００を所定の位置（プロセス位置）に上下動不能に固定した状態で、図３に示すように、第１エアバック５４０の内部を圧力Ｐ１で、第２エアバック５４２の内部を圧力Ｐ２で、第３エアバック５４６の内部を圧力Ｐ４でそれぞれ加圧することで、基板ステージ５０４で保持した基板Ｗの表面（被めっき面）に下層パッド５３４ａを任意の圧力で押圧する。そして、上記圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４を大気圧に戻すことで、下層パッド５３４ａを基板Ｗの表面から離間させる。これにより、第１エアバック５４０及び第３エアバック５４６を介して上下動ハウジング５２２をその水平方向の全面に亘ってより均一に押圧し、また第２エアバックを介して、アノード室５３０内のアノード５２６をその全面に亘ってより均一に押圧して、下層パッド５３４ａをその全面に亘ってより均一に基板ステージ５０４で保持した基板Ｗの全面に密着させることができる。
【００５９】
上下動ハウジング５２２には、この内部にめっき液を導入するめっき液導入管５５６と、加圧流体を導入する加圧流体導入管５５８が取付けられており、アノード５２６の内部には、多数の細孔５２６ａが設けられている。これにより、めっき液Ｑは、めっき液導入管５５６からアノード室５３０内に導入され、アノード室５３０の内部を圧力Ｐ３で加圧することで、アノード５２６の細孔５２６ａ内を通過してめっき液含浸材５３２の上面に達し、この内部から多孔質パッド５３４（上層パッド５３４ｂ及び下層パッド５３４ａ）の内部を通過して、基板ステージ５０４で保持した基板Ｗの上面に達する。
【００６０】
なお、アノード室５３０の内部は、化学反応により発生するガスも含み、このため、圧力が変化することがある。このため、アノード室５３０内の圧力Ｐ３は、プロセス中のフィードバック制御によりある設定値にコントロールされるようになっている。
【００６１】
ここで、アノード５２６は、例えば、銅めっきを行う場合にあっては、スライムの生成を抑制するため、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成されているが、白金、チタン等の不溶解性金属あるいは金属上に白金等をめっきした不溶解性電極であってもよく、交換等が不要なことから、不溶解性金属あるいは不溶解性電極であることが好ましい。更に、めっき液の流通のしやすさ等から、網状であってもよい。
【００６２】
カソード電極５１２はめっき電源５６０の陰極に、アノード５２６はめっき電源５６０の陽極にそれぞれ電気的に接続される。上下動ハウジング５２２には、めっき電源５６０に接続されてアノード５２６に給電するための給電ポート５６２が設けられている。
【００６３】
次に、このめっき装置でめっきを行う時の操作について、図４を更に参照して説明する。
先ず、基板ステージ５０４の上面に基板Ｗを吸着保持した状態で、基板ステージ５０４を上昇させて、基板Ｗの周縁部をカソード電極５１２に接触させて通電可能な状態となし、更に上昇させて、基板Ｗの周縁部上面にシール材５１４を圧接させ、基板Ｗの周縁部を水密的にシールする。
【００６４】
一方、電極ヘッド５０２にあっては、アイドリングを行ってめっき液の置換及び泡抜き等を行っている位置（アイドリング位置）から、めっき液Ｑを内部に保持した状態で、所定の位置（プロセス位置）に位置させる。つまり、揺動アーム５００を一旦上昇させ、更に旋回させることで、電極ヘッド５０２を基板ステージ５０４の直上方位置に位置させ、しかる後、下降させて所定の位置（プロセス位置）に達した時に停止させる。そして、アノード室５３０内を圧力Ｐ３に加圧して、電極ヘッド５０２で保持しためっき液Ｑを多孔質パッド５３４の下面から吐出させる。
【００６５】
次に、エアバック５４０，５４２，５４６内に加圧空気を導入し、同時に基板ステージ５０４の加圧用凹部５０４ｃ内にも加圧空気を導入し、これによって、上下動ハウジング５２２を下降させて、更に下層パッド５３４ａを下方に押付け、同時に基板ステージ５０４で保持した基板もこの裏面側から加圧して、下層パッド５３４ａを基板の表面（被めっき面）に所定の圧力で押圧する。これにより、基板Ｗをより水平な状態に維持し、かつ基板の全面により均一な圧力で下層パッド５３４ａを押圧することができる。
【００６６】
この状態で、電極ヘッド５０２及び基板ステージ５０４を回転（自転）させる。これにより、めっきに先だって、下層パッド５３４ａを基板ステージ５０４で保持した基板Ｗの被めっき面に任意の圧力で押圧しつつ、両者を相対移動させることで、下層パッド５３４ａと基板Ｗとの密着性を高める。
【００６７】
そして、電極ヘッド５０２及び基板ステージ５０４の回転を停止した後、カソード電極５１２をめっき電源５６０の陰極に、アノード５２６をめっき電源５６０の陽極にそれぞれ接続し、これによって、基板Ｗの被めっき面にめっきを施す。このように、下層パッド５３４ａを基板ステージ５０４で保持した基板Ｗの被めっき面に任意の圧力で押圧し、しかも両者の密着性を高めた状態でめっきを行うことで、下層パッド５３４ａと基板Ｗの被めっき面の配線溝（トレンチ）等の配線用の微細凹部以外の部分（パターン部以外の部分）との間における隙間をできるだけ小さくして、基板に設けた配線用の微細凹部の内部にめっき膜を選択的に析出させることができる。
【００６８】
そして、所定時間めっきを継続した後、カソード電極５１２及びアノード５２６のめっき電源５６０との接続を解くとともに、アノード室５３０内を大気圧に戻し、更にエアバック５４０，５４２，５４６内を大気圧に戻して、下層パッド５３４ａを基板Ｗから離す。これによって、下層パッド５３４ａと基板Ｗとの間のめっき液をリフレッシュ（入れ換え）させる。
【００６９】
次に、前述と同様に、エアバック５４０，５４２，５４６内に加圧流体を導入して下層パッド５３４ａを基板に所定の圧力で押圧し、更にアノード室５３０内にも加圧流体を導入し、この状態で、電極ヘッド５０２及び基板ステージ５０４を回転させ、この回転を停止させた後、カソード電極５１２及びアノード５２６をめっき電源５６０に接続してめっきを行う。このように、プロセスの途中で下層パッド５３４ａを基板ステージ５０４で保持した基板Ｗから離して、下層パッド５３４ａと基板Ｗとの間のめっき液をリフレッシュ（入れ換え）させ、しかる後、再度めっきを行うことで、基板に設けた配線用の微細凹部の内部にめっき膜を選択的に効率よく析出させることができる。しかも、下層パッド５３４ａを基板Ｗの被めっき面に押圧する圧力を任意に調整することで、基板Ｗの被めっき面や成膜中のめっき膜が下層パッド５３４ａによってダメージを受けることを防止することができる。
【００７０】
上記操作を必要に応じて複数回に亘って繰り返し（（図４は、２回繰り返した状態を示している）、しかる後、エアバック５４０，５４２，５４６、基板ステージ５０４の加圧用凹部５０４ｃ、更にはアノード室５３０を大気圧に戻し、揺動アーム５００を上昇させ、更に旋回させて電極ヘッド５０２を元の位置（アイドリング位置）に戻す。
【００７１】
図５は、めっき液の組成や液温等を管理してめっき装置１８に供給するめっき液管理供給システムを示す。図５に示すように、めっき装置１８の電極ヘッド５０２を浸漬させてアイドリングを行うめっき液トレー６００が備えられ、このめっき液トレー６００は、めっき液排出管６０２を介してリザーバ６０４に接続されており、めっき液排出管６０２を通して排出されためっき液は、リザーバ６０４に入る。
【００７２】
そして、このリザーバ６０４に入っためっき液は、ポンプ６０６の駆動に伴って、めっき液調整タンク６０８に入る。このめっき液調整タンク６０８には、温度コントローラ６１０や、サンプル液を取り出して分析するめっき液分析ユニット６１２が付設され、更に、めっき液分析ユニット６１２の分析によって不足する成分を補給する成分補給管６１４が接続されており、めっき液調整タンク６０８内のめっき液は、ポンプ６１６の駆動に伴って、めっき液供給管６２０に沿って流れ、フィルタ６１８を通過して、めっき液トレー６００に戻されるようになっている。
【００７３】
このように、めっき液調整タンク６０８でめっき液の組成及び温度を一定に調整し、この調整しためっき液をめっき装置１８の電極ヘッド５０２に供給して、該電極ヘッド５０２で保持することで、めっき装置１８の電極ヘッド５０２に、常に一定の組成及び温度を有するめっき液を供給することができる。
【００７４】
図６及び図７は、基板を洗浄（リンス）し乾燥させるようにした洗浄・乾燥装置２０の一例を示す。つまり、この洗浄・乾燥装置２０は、まず化学洗浄及び純水洗浄（リンス）を行い、その後、スピンドル回転により洗浄後の基板Ｗを完全乾燥させるようにした装置であり、基板Ｗのエッジ部を把持するクランプ機構４２０を備えた基板ステージ４２２と、このクランプ機構４２０の開閉を行う基板着脱用昇降プレート４２４とを備えている。
【００７５】
基板ステージ４２２は、スピンドル回転用モータ（図示せず）の駆動に伴って高速回転するスピンドル４２６の上端に連結されている。また、クランプ機構４２０で把持した基板Ｗの周囲には、処理液の飛散を防止する洗浄カップ４２８が配置されており、この洗浄カップ４２８は図示しないシリンダの作動に伴って上下動するようになっている。
【００７６】
また、洗浄・乾燥装置２０は、クランプ機構４２０で把持した基板Ｗの表面に処理液を供給する薬液用ノズル４３０と、基板Ｗの裏面に純水を供給する複数の純水用ノズル４３２と、クランプ機構４２０で把持した基板Ｗの上方に配置された回転可能なペンシル型洗浄スポンジ４３４とを備えている。この洗浄スポンジ４３４は、水平方向に揺動可能な旋回アーム４３６の自由端に取付けられている。なお、洗浄・乾燥装置２０の上部には、装置内にクリーンエアを導入するためのクリーンエア導入口４３８が設けられている。
【００７７】
このような構成の洗浄・乾燥装置２０においては、基板Ｗをクランプ機構４２０で把持して回転させ、旋回アーム４３６を旋回させながら、薬液用ノズル４３０から処理液を洗浄スポンジ４３４に向けて供給しつつ、基板Ｗの表面に洗浄スポンジ４３４を擦り付けることで、基板Ｗの表面の洗浄を行うようになっている。そして、純水用ノズル４３２から基板Ｗの裏面に純水が供給され、この純水用ノズル４３２から噴射される純水で基板Ｗの裏面も同時に洗浄（リンス）される。このようにして洗浄された基板Ｗは、スピンドル４２６を高速回転させることでスピン乾燥させられる。
【００７８】
図８にベベルエッチング・裏面洗浄装置２２の一例を示す。このベベルエッチング・裏面洗浄装置２２は、基板のエッジ（ベベル）部に付着した銅層７（図１参照）のエッチングと裏面洗浄を同時に行い、しかも、基板表面に設けた回路形成部における銅の自然酸化膜の成長を抑えるようにしたもので、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ステージ９２２と、この基板ステージ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。
【００７９】
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内の銅層等を除去することができる。
【００８０】
次に、このベベルエッチング・裏面洗浄装置２２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ステージ９２２で水平に保持した状態で、基板Ｗを基板ステージ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。
【００８１】
これにより、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層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面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面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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。このようにして基板表面の周縁部のエッジカット幅Ｃ内の銅層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。
【００８４】
図９及び図１０は、熱処理（アニール）装置２６を示す。この熱処理装置２６は、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、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、アニール時に基板Ｗとホットプレート１００４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、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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
アニール終了後、昇降ピン１００８を該昇降ピン１００８で保持した基板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、基板Ｗの温度が１００℃以下となるまで、例えば１０〜６０秒程度、基板を冷却し、この冷却終了後の基板を次工程に搬送する。
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。
【００８８】
図１１乃至図１７は、基板の無電解めっきの前処理を行う前処理装置２８を示す。この前処理装置２８は、フレーム５０の上部に取付けた固定枠５２と、この固定枠５２に対して相対的に上下動する移動枠５４を備えており、この移動枠５４に、下方に開口した有底円筒状のハウジング部５６と基板ホルダ５８とを有する処理ヘッド６０が懸架支持されている。つまり、移動枠５４には、ヘッド回転用サーボモータ６２が取付けられ、このサーボモータ６２の下方に延びる出力軸（中空軸）６４の下端に処理ヘッド６０のハウジング部５６が連結されている。
【００８９】
この出力軸６４の内部には、図１４に示すように、スプライン６６を介して該出力軸６４と一体に回転する鉛直軸６８が挿着され、この鉛直軸６８の下端に、ボールジョイント７０を介して処理ヘッド６０の基板ホルダ５８が連結されている。この基板ホルダ５８は、ハウジング部５６の内部に位置している。また鉛直軸６８の上端は、軸受７２及びブラケットを介して、移動枠５４に固定した固定リング昇降用シリンダ７４に連結されている。これにより、この昇降用シリンダ７４の作動に伴って、鉛直軸６８が出力軸６４とは独立に上下動するようになっている。
【００９０】
また、固定枠５２には、上下方向に延びて移動枠５４の昇降の案内となるリニアガイド７６が取付けられ、ヘッド昇降用シリンダ（図示せず）の作動に伴って、移動枠５４がリニアガイド７６を案内として昇降するようになっている。
【００９１】
処理ヘッド６０のハウジング部５６の周壁には、この内部に基板Ｗを挿入する基板挿入窓５６ａが設けられている。また、処理ヘッド６０のハウジング部５６の下部には、図１５及び図１６に示すように、例えばＰＥＥＫ製のメインフレーム８０と、例えばポリエチレン製のガイドフレーム８２との間に周縁部を挟持されてシールリング８４ａが配置されている。このシールリング８４ａは、基板Ｗの下面の周縁部に当接し、ここをシールするためのものである。
【００９２】
一方、基板ホルダ５８の下面周縁部には、基板固定リング８６が固着され、この基板ホルダ５８の基板固定リング８６の内部に配置したスプリング８８の弾性力を介して、円柱状のプッシャ９０が基板固定リング８６の下面から下方に突出するようになっている。更に、基板ホルダ５８の上面とハウジング部５６の上壁部との間には、内部を気密的にシールする、例えばテフロン（登録商標）製で屈曲自在な円筒状の蛇腹板９２が配置されている。
【００９３】
これにより、基板ホルダ５８を上昇させた状態で、基板Ｗを基板挿入窓５６ａからハウジング部５６の内部に挿入する。すると、この基板Ｗは、ガイドフレーム８２の内周面に設けたテーパ面８２ａに案内され、位置決めされてシールリング８４ａの上面の所定の位置に載置される。この状態で、基板ホルダ５８を下降させ、この基板固定リング８６のプッシャ９０を基板Ｗの上面に接触させる。そして、基板ホルダ５８を更に下降させることで、基板Ｗをスプリング８８の弾性力で下方に押圧し、これによって基板Ｗの表面（下面）の周縁部にシールリング８４ａで圧接させて、ここをシールしつつ、基板Ｗをハウジング部５６と基板ホルダ５８との間で挟持して保持するようになっている。
【００９４】
なお、このように、基板Ｗを基板ホルダ５８で保持した状態で、ヘッド回転用サーボモータ６２を駆動すると、この出力軸６４と該出力軸６４の内部に挿着した鉛直軸６８がスプライン６６を介して一体に回転し、これによって、ハウジング部５６と基板ホルダ５８も一体に回転する。
【００９５】
処理ヘッド６０の下方に位置して、該処理ヘッド６０の外径よりもやや大きい内径を有する上方に開口した、外槽１００ａと内槽１００ｂを有する処理槽１００が備えられている。処理槽１００の外周部には、蓋体１０２に取付けた一対の脚部１０４が回転自在に支承されている。更に、脚部１０４には、クランク１０６が一体に連結され、このクランク１０６の自由端は、蓋体移動用シリンダ１０８のロッド１１０に回転自在に連結されている。これにより、蓋体移動用シリンダ１０８の作動に伴って、蓋体１０２は、処理槽１００の上端開口部を覆う処理位置と、側方の待避位置との間を移動するように構成されている。この蓋体１０２の表面（上面）には、下記のように、例えば還元力を有する電解イオン水を外方（上方）に向けて噴射する多数の噴射ノズル１１２ａを有するノズル板１１２が備えられている。
【００９６】
更に、図１７に示すように、処理槽１００の内槽１００ｂの内部には、薬液タンク１２０から薬液ポンプ１２２の駆動に伴って供給された薬液を上方に向けて噴射する複数の噴射ノズル１２４ａを有するノズル板１２４が、該噴射ノズル１２４ａが内槽１００ｂの横断面の全面に亘ってより均等に分布した状態で配置されている。この内槽１００ｂの底面には、薬液（排液）を外部に排出する排水管１２６が接続されている。この排水管１２６の途中には、三方弁１２８が介装され、この三方弁１２８の一つの出口ポートに接続された戻り管１３０を介して、必要に応じて、この薬液（排液）を薬液タンク１２０に戻して再利用できるようになっている。更に、この例では、蓋体１０２の表面（上面）に設けられたノズル板１１２は、例えば純水等のリンス液を供給するリンス液供給源１３２に接続されている。また、外槽１００ａの底面にも、排水管１２７が接続されている。
【００９７】
これにより、基板を保持した処理ヘッド６０を下降させて、処理槽１００の上端開口部を処理ヘッド６０で塞ぐように覆い、この状態で、処理槽１００の内槽１００ｂの内部に配置したノズル板１２４の噴射ノズル１２４ａから薬液を基板Ｗに向けて噴射することで、基板Ｗの下面（処理面）の全面に亘って薬液を均一に噴射し、しかも薬液の外部への飛散を防止しつつ薬液を排水管１２６から外部に排出できる。更に、処理ヘッド６０を上昇させ、処理槽１００の上端開口部を蓋体１０２で閉塞した状態で、処理ヘッド６０で保持した基板Ｗに向けて、蓋体１０２の上面に配置したノズル板１１２の噴射ノズル１１２ａからリンス液を噴射することで、基板表面に残った薬液のリンス処理（洗浄処理）を行い、しかもこのリンス液は外槽１００ａと内槽１００ｂの間を通って、排水管１２７を介して排出されるので、内槽１００ｂの内部に流入することが防止され、リンス液が薬液に混ざらないようになっている。
【００９８】
この前処理装置２８によれば、図１１に示すように、処理ヘッド６０を上昇させた状態で、この内部に基板Ｗを挿入して保持し、しかる後、図１２に示すように、処理ヘッド６０を下降させて処理槽１００の上端開口部を覆う位置に位置させる。そして、処理ヘッド６０を回転させて、処理ヘッド６０で保持した基板Ｗを回転させながら、処理槽１００の内部に配置したノズル板１２４の噴射ノズル１２４ａから薬液を基板Ｗに向けて噴射することで、基板Ｗの全面に亘って薬液を均一に噴射する。また、処理ヘッド６０を上昇させて所定位置で停止させ、図１３に示すように、待避位置にあった蓋体１０２を処理槽１００の上端開口部を覆う位置まで移動させる。そして、この状態で、処理ヘッド６０で保持して回転させた基板Ｗに向けて、蓋体１０２の上面に配置したノズル板１１２の噴射ノズル１１２ａからリンス液を噴射する。これにより、基板Ｗの薬液による処理と、リンス液によるリンス処理とを、２つの液体が混ざらないようにしながら行うことができる。
【００９９】
なお、処理ヘッド６０の下降位置を調整して、この処理ヘッド６０で保持した基板Ｗとノズル板１２４との距離を調整することで、ノズル板１２４の噴射ノズル１２４ａから噴射された薬液が基板Ｗに当たる領域や噴射圧を任意に調整することができる。ここで、薬液等の前処理液を循環させて使用すると、処理に伴って有効成分が減少するとともに、基板に付着することによる前処理液（薬液）の持ち出しがあるので、前処理液の組成を分析し、不足分を添加するための前処理液管理ユニット（図示せず）を併置することが好ましい。具体的には、清浄化に使われる薬液は、酸乃至アルカリが主体であるので、例えばｐＨを測定し、所定の値との差から減少分を補給するとともに、薬液貯槽に設けた液面計により減少量を補給することができる。また、触媒液については、たとえば酸性のパラジウム溶液の場合には、ｐＨにより酸の量を、また滴定法ないし比濁法によりパラジウムの量を測定し、同様にして減少量を補給することができる。
【０１００】
図１８乃至図２４に無電解めっき装置３０を示す。この無電解めっき装置３０は、図１（ｄ）に示す保護膜９を形成するためのものあり、めっき槽２００（図２２及び図２４参照）と、このめっき槽２００の上方に配置されて基板Ｗを着脱自在に保持する基板ヘッド２０４を有している。
【０１０１】
基板ヘッド２０４は、図１８に詳細に示すように、ハウジング部２３０とヘッド部２３２とを有し、このヘッド部２３２は、吸着ヘッド２３４と該吸着ヘッド２３４の周囲を囲繞する基板受け２３６から主に構成されている。そして、ハウジング部２３０の内部には、基板回転用モータ２３８と基板受け駆動用シリンダ２４０が収納され、この基板回転用モータ２３８の出力軸（中空軸）２４２の上端はロータリジョイント２４４に、下端はヘッド部２３２の吸着ヘッド２３４にそれぞれ連結され、基板受け駆動用シリンダ２４０のロッドは、ヘッド部２３２の基板受け２３６に連結されている。更に、ハウジング部２３０の内部には、基板受け２３６の上昇を機械的に規制するストッパ２４６が設けられている。
【０１０２】
ここで、吸着ヘッド２３４と基板受け２３６との間には、同様なスプライン構造が採用され、基板受け駆動用シリンダ２４０の作動に伴って基板受け２３６は吸着ヘッド２３４と相対的に上下動するが、基板回転用モータ２３８の駆動によって出力軸２４２が回転すると、この出力軸２４２の回転に伴って、吸着ヘッド２３４と基板受け２３６が一体に回転するように構成されている。
【０１０３】
吸着ヘッド２３４の下面周縁部には、図１９乃至図２１に詳細に示すように、下面をシール面として基板Ｗを吸着保持する吸着リング２５０が押えリング２５１を介して取付けられ、この吸着リング２５０の下面に円周方向に連続させて設けた凹状部２５０ａと吸着ヘッド２３４内を延びる真空ライン２５２とが吸着リング２５０に設けた連通孔２５０ｂを介して互いに連通するようになっている。これにより、凹状部２５０ａ内を真空引きすることで、基板Ｗを吸着保持するのであり、このように、小さな幅（径方向）で円周状に真空引きして基板Ｗを保持することで、真空による基板Ｗへの影響（たわみ等）を最小限に抑え、しかも吸着リング２５０をめっき液（処理液）中に浸すことで、基板Ｗの表面（下面）のみならず、エッジについても、全てめっき液に浸すことが可能となる。基板Ｗのリリースは、真空ライン２５２にＮ２を供給して行う。
【０１０４】
一方、基板受け２３６は、下方に開口した有底円筒状に形成され、その周壁には、基板Ｗを内部に挿入する基板挿入窓２３６ａが設けられ、下端には、内方に突出する円板状の爪部２５４が設けられている。更に、この爪部２５４の上部には、基板Ｗの案内となるテーパ面２５６ａを内周面に有する突起片２５６が備えられている。
【０１０５】
これにより、図１９に示すように、基板受け２３６を下降させた状態で、基板Ｗを基板挿入窓２３６ａから基板受け２３６の内部に挿入する。すると、この基板Ｗは、突起片２５６のテーパ面２５６ａに案内され、位置決めされて爪部２５４の上面の所定位置に載置保持される。この状態で、基板受け２３６を上昇させ、図２０に示すように、この基板受け２３６の爪部２５４上に載置保持した基板Ｗの上面を吸着ヘッド２３４の吸着リング２５０に当接させる。次に、真空ライン２５２を通して吸着リング２５０の凹状部２５０ａを真空引きすることで、基板Ｗの上面の周縁部を該吸着リング２５０の下面にシールしながら基板Ｗを吸着保持する。そして、めっき処理を行う際には、図２１に示すように、基板受け２３６を数ｍｍ下降させ、基板Ｗを爪部２５４から離して、吸着リング２５０のみで吸着保持した状態となす。これにより、基板Ｗの表面（下面）の周縁部が、爪部２５４の存在によってめっきされなくなることを防止することができる。
【０１０６】
図２２は、めっき槽２００の詳細を示す。このめっき槽２００は、底部において、めっき液供給管３０８（図２７参照）に接続され、周壁部にめっき液回収溝２６０が設けられている。めっき槽２００の内部には、ここを上方に向かって流れるめっき液の流れを安定させる２枚の整流板２６２，２６４が配置され、更に底部には、めっき槽２００の内部に導入されるめっき液の液温を測定する温度測定器２６６が設置されている。また、めっき槽２００の周壁外周面のめっき槽２００で保持しためっき液の液面よりやや上方に位置して、直径方向のやや斜め上方に向けてめっき槽２００の内部に、ｐＨが６〜７．５の中性液からなる停止液、例えば純水を噴射する噴射ノズル２６８が設置されている。これにより、めっき終了後、ヘッド部２３２で保持した基板Ｗをめっき液の液面よりやや上方まで引き上げて一旦停止させ、この状態で、基板Ｗに向けて噴射ノズル２６８から純水（停止液）を噴射して基板Ｗを直ちに冷却し、これによって、基板Ｗに残っためっき液によってめっきが進行してしまうことを防止することができる。
【０１０７】
更に、めっき槽２００の上端開口部には、アイドリング時等のめっき処理の行われていない時に、めっき槽２００の上端開口部を閉じて該めっき槽２００からのめっき液の無駄な蒸発を防止するめっき槽カバー２７０が開閉自在に設置されている。
【０１０８】
このめっき槽２００は、図２４に示すように、底部において、めっき液貯槽３０２から延び、途中にめっき液供給ポンプ３０４と三方弁３０６とを介装しためっき液供給管３０８に接続されている。これにより、めっき処理中にあっては、めっき槽２００の内部に、この底部からめっき液を供給し、溢れるめっき液をめっき液回収溝２６０からめっき液貯槽３０２へ回収することで、めっき液が循環できるようになっている。また、三方弁３０６の一つの出口ポートには、めっき液貯槽３０２に戻るめっき液戻り管３１２が接続されている。これにより、めっき待機時にあっても、めっき液を循環させることができるようになっており、これによって、めっき液循環系が構成されている。このように、めっき液循環系を介して、めっき液貯槽３０２内のめっき液を常時循環させることにより、単純にめっき液を貯めておく場合に比べてめっき液の濃度の低下率を減少させ、基板Ｗの処理可能数を増大させることができる。
【０１０９】
特に、この例では、めっき液供給ポンプ３０４を制御することで、めっき待機時及びめっき処理時に循環するめっき液の流量を個別に設定できるようになっている。すなわち、めっき待機時のめっき液の循環流量は、例えば２〜２０Ｌ／ｍｉｎで、めっき処理時のめっき液の循環流量は、例えば０〜１０Ｌ／ｍｉｎに設定される。これにより、めっき待機時にめっき液の大きな循環流量を確保して、セル内のめっき浴の液温を一定に維持し、めっき処理時には、めっき液の循環流量を小さくして、より均一な膜厚の保護膜（めっき膜）を成膜することができる。
【０１１０】
めっき槽２００の底部付近に設けられた温度測定器２６６は、めっき槽２００の内部に導入されるめっき液の液温を測定して、この測定結果を元に、下記のヒータ３１６及び流量計３１８を制御する。
【０１１１】
つまり、この例では、別置きのヒータ３１６を使用して昇温させ流量計３１８を通過させた水を熱媒体に使用し、熱交換器３２０をめっき液貯槽３０２内のめっき液中に設置して該めっき液を間接的に加熱する加熱装置３２２と、めっき液貯槽３０２内のめっき液を循環させて攪拌する攪拌ポンプ３２４が備えられている。これは、めっきにあっては、めっき液を高温（約８０℃程度）にして使用することがあり、これと対応するためであり、この方法によれば、インライン・ヒーティング方式に比べ、非常にデリケートなめっき液に不要物等が混入するのを防止することができる。
【０１１２】
図２３は、めっき槽２００の側方に付設されている洗浄槽２０２の詳細を示す。この洗浄槽２０２の底部には、純水等のリンス液を上方に向けて噴射する複数の噴射ノズル２８０がノズル板２８２に取付けられて配置され、このノズル板２８２は、ノズル上下軸２８４の上端に連結されている。更に、このノズル上下軸２８４は、ノズル位置調整用ねじ２８７と該ねじ２８７と螺合するナット２８８との螺合位置を変えることで上下動し、これによって、噴射ノズル２８０と該噴射ノズル２８０の上方に配置される基板Ｗとの距離を最適に調整できるようになっている。
【０１１３】
更に、洗浄槽２０２の周壁外周面の噴射ノズル２８０より上方に位置して、直径方向のやや斜め下方に向けて洗浄槽２０２の内部に純水等の洗浄液を噴射して、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２の、少なくともめっき液に接液する部分に洗浄液を吹き付けるヘッド洗浄ノズル２８６が設置されている。
【０１１４】
この洗浄槽２０２にあっては、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２で保持した基板Ｗを洗浄槽２０２内の所定の位置に配置し、噴射ノズル２８０から純水等の洗浄液（リンス液）を噴射して基板Ｗを洗浄（リンス）するのであり、この時、ヘッド洗浄ノズル２８６から純水等の洗浄液を同時に噴射して、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２の、少なくともめっき液に接液する部分を該洗浄液で洗浄することで、めっき液に浸された部分に析出物が蓄積してしまうことを防止することができる。
【０１１５】
この無電解めっき装置３０にあっては、基板ヘッド２０４を上昇させた位置で、前述のようにして、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２で基板Ｗを吸着保持し、めっき槽２００のめっき液を循環させておく。
そして、めっき処理を行うときには、めっき槽２００のめっき槽カバー２７０を開き、基板ヘッド２０４を回転させながら下降させ、ヘッド部２３２で保持した基板Ｗをめっき槽２００内のめっき液に浸漬させる。
【０１１６】
そして、基板Ｗを所定時間めっき液中に浸漬させた後、基板ヘッド２０４を上昇させて、基板Ｗをめっき槽２００内のめっき液から引き上げ、必要に応じて、前述のように、基板Ｗに向けて噴射ノズル２６８から純水（停止液）を噴射して基板Ｗを直ちに冷却し、更に基板ヘッド２０４を上昇させて基板Ｗをめっき槽２００の上方位置まで引き上げて、基板ヘッド２０４の回転を停止させる。
【０１１７】
次に、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２で基板Ｗを吸着保持したまま、基板ヘッド２０４を洗浄槽２０２の直上方位置に移動させる。そして、基板ヘッド２０４を回転させながら洗浄槽２０２内の所定の位置まで下降させ、噴射ノズル２８０から純水等の洗浄液（リンス液）を噴射して基板Ｗを洗浄（リンス）し、同時に、ヘッド洗浄ノズル２８６から純水等の洗浄液を噴射して、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２の、少なくともめっき液に接液する部分を該洗浄液で洗浄する。
【０１１８】
この基板Ｗの洗浄が終了した後、基板ヘッド２０４の回転を停止させ、基板ヘッド２０４を上昇させて基板Ｗを洗浄槽２０２の上方位置まで引き上げ、更に基板ヘッド２０４を搬送ロボット１６との受渡し位置まで移動させ、この搬送ロボット１６に基板Ｗを受渡して次工程に搬送する。
【０１１９】
この無電解めっき装置３０には、図２４に示すように、無電解めっき装置３０が保有するめっき液の液量を計測するとともに、例えば吸光光度法、滴定法、電気化学的測定などでめっき液の組成を分析し、めっき液中の不足する成分を補給するめっき液管理ユニット３３０が備えられている。そして、これらの分析結果を信号処理してめっき液中の不足する成分を、図示しない補給槽から定量ポンプなどを使ってめっき液貯槽３０２へ補給してめっき液の液量と組成を管理するようになっており、これによって、薄膜めっきを再現性良く実現できる。
【０１２０】
このめっき液管理ユニット３３０は、無電解めっき装置３０が保有するめっき液の溶存酸素を、例えば電気化学的方法等により測定する溶存酸素濃度計３３２を有しており、この溶存酸素濃度計３３２の指示により、例えば脱気、窒素吹き込みその他の方法でめっき液中の溶存酸素濃度を一定に管理することができるようになっている。このように、めっき液中の溶存酸素濃度を一定に管理することで、めっき反応を再現性良く実現することができる。
【０１２１】
なお、めっき液を繰り返し利用すると、外部からの持ち込みやそれ自身の分解によってある特定成分が蓄積し、めっきの再現性や膜質の劣化につながることがある。このような特定成分を選択的に除去する機構を追加することにより、液寿命の延長と再現性の向上を図ることができる。
【０１２２】
図２５は、研磨装置（ＣＭＰ装置）３２の一例を示す。この研磨装置３２は、上面に研磨布（研磨パッド）８２０を貼付して研磨面を構成する研磨テーブル８２２と、基板Ｗをその被研磨面を研磨テーブル８２２に向けて保持するトップリング８２４とを備えている。そして、研磨テーブル８２２とトップリング８２４とをそれぞれ自転させ、研磨テーブル８２２の上方に設置された砥液ノズル８２６より砥液を供給しつつ、トップリング８２４により基板Ｗを一定の圧力で研磨テーブル８２２の研磨布８２０に押圧することで、基板Ｗの表面を研磨するようになっている。なお、研磨パッドとして、予め砥粒を入れた固定砥粒方式を採用したものを使用してもよい。
【０１２３】
このようなＣＭＰ装置を用いて研磨作業を継続すると研磨布８２０の研磨面の研磨力が低下するが、この研磨力を回復させるために、ドレッサー８２８を設け、このドレッサー８２８によって、研磨する基板Ｗの交換時などに研磨布８２０の目立て（ドレッシング）が行われている。このドレッシング処理においては、ドレッサー３２８のドレッシング面（ドレッシング部材）を研磨テーブル８２２の研磨布８２０に押圧しつつ、これらを自転させることで、研磨面に付着した砥液や切削屑を除去すると共に、研磨面の平坦化及び目立てが行なわれ、研磨面が再生される。また、研磨テーブル８２２に基板の表面の状態を監視するモニタを取付け、その場（In-situ）で研磨の終点（エンドポイント）を検出してもよく、またその場（In-situ）で基板の仕上がり状態を検査するモニタを取付けてもよい。
【０１２４】
図２６及び図２７は、反転機を備えた膜厚測定器２４を示す。同図に示すように、この膜厚測定器２４は反転機３３９を備え、この反転機３３９は、反転アーム３５３，３５３を備えている。この反転アーム３５３，３５３は、基板Ｗの外周をその左右両側から挟み込んで保持し、これを１８０°回動することで反転させる機能を有する。そしてこの反転アーム３５３，３５３（反転ステージ）の直下に円形の取付け台３５５を設置し、取付け台３５５上に複数の膜厚センサＳを設置する。取付け台３５５は駆動機構３５７によって上下動自在に構成されている。
【０１２５】
そして基板Ｗの反転時には、取付け台３５５は、基板Ｗの下方の実線の位置に待機しており、反転の前又は後に点線で示す位置まで上昇して膜厚センサＳを反転アーム３５３，３５３に把持した基板Ｗに接近させ、その膜厚を測定する。
【０１２６】
この例によれば、搬送ロボットのアームなどの制約がないため、取付け台３５５上の任意の位置に膜厚センサＳを設置できる。また、取付け台３５５は上下動自在な構成となっているので、測定時に基板Ｗとセンサ間の距離を調整することも可能である。また、検出目的に応じた複数の種類のセンサを取付けて、各々のセンサの測定毎に基板Ｗと各センサ間の距離を変更することも可能である。但し取付け台３５５が上下動するため、測定時間をやや要することになる。
【０１２７】
ここで、膜厚センサＳとして、例えば渦電流センサが使用される。渦電流センサは渦電流を発生させ、基板Ｗを導通して帰ってきた電流の周波数や損失を検出することにより膜厚を測定するものであり、非接触で用いられる。更に膜厚センサＳとしては、光学的センサも好適である。光学的センサは、試料に光を照射し、反射する光の情報から膜厚を直接的に測定することができるものであり、金属膜だけでなく酸化膜などの絶縁膜の膜厚測定も可能である。膜厚センサＳの設置位置は図示のものに限定されず、測定したい箇所に任意の個数を取付ける。
【０１２８】
次に、このように構成された基板処理装置によって、図１（ａ）に示す、シード層６を形成した基板に銅配線を形成する一連の処理を、図２８を更に参照して説明する。
【０１２９】
先ず、表面にシード層６を形成した基板Ｗを搬送ボックス１０から一枚ずつ取出し、ロード・アンロードステーション１４に搬入する。そして、このロード・アンロードステーション１４に搬入した基板Ｗを搬送ロボット１６で膜厚測定器２４に搬送し、この膜厚測定器２４でイニシャル膜厚（シード層６の膜厚）を測定し、しかる後、必要に応じて、基板を反転させてめっき装置１８に搬送し、このめっき装置１８で、図１（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅層７を堆積させて、銅の埋込みを行う。
【０１３０】
そして、この銅層７を形成した基板を、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送して、基板Ｗの純水による洗浄を行ってスピン乾燥させるか、またはめっき装置１８にスピン乾燥機能が備えられている場合には、このめっき装置１８で基板Ｗのスピン乾燥（液切り）を行って、この乾燥後の基板をベベルエッチング・裏面洗浄装置２２に搬送する。
【０１３１】
このベベルエッチング・裏面洗浄装置２２では、基板Ｗのベベル（エッジ）部に付着した不要な銅をエッチング除去すると同時に、基板の裏面を純水等で洗浄し、しかる後、前述と同様に、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送して、基板Ｗの純水による洗浄を行ってスピン乾燥させるか、またはベベルエッチング・裏面洗浄装置２２にスピン乾燥機能が備えられている場合には、このベベルエッチング・裏面洗浄装置２２で基板Ｗのスピン乾燥を行って、この乾燥後の基板を、搬送ロボット１６で熱処理装置２６に搬送する。
【０１３２】
この熱処理装置２６で基板Ｗの熱処理（アニール）を行う。そして、この熱処理後の基板Ｗを搬送ロボット１６で膜厚測定器２４に搬送し、ここで銅の膜厚を測定し、この測定結果と前述のイニシャル膜厚の測定結果との差から、銅層７（図１（ｂ）参照）の膜厚を求め、この測定後の膜厚によって、例えば次に基板に対するめっき時間を調整し、また膜厚が不足する場合には、再度めっきによる銅の追加の成膜を行う。そして、この膜厚測定後の基板Ｗを、搬送ロボット１６により研磨装置３２に搬送する。
【０１３３】
この研磨装置３２で、図１（ｃ）に示すように、基板Ｗの表面に堆積した不要な銅層７及びシード層６を研磨除去して、基板Ｗの表面を平坦化する。この時、例えば、膜厚や基板の仕上がり具合をモニタで検査し、このモニタで終点（エンドポイント）を検知した時に、研磨を終了する。そして、この研磨後の基板Ｗを搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送し、この洗浄・乾燥装置２０で基板表面を薬液で洗浄し、更に純水で洗浄（リンス）した後、高速回転させてスピン乾燥させる。そして、このスピン乾燥後の基板Ｗを搬送ロボット１６で前処理装置２８に搬送する。
【０１３４】
この前処理装置２８で、例えば基板表面へのＰｄ触媒の付着や、基板の露出表面に付着した酸化膜の除去等の少なくとも一方のめっき前処理を行う。そして、このめっき前処理後の基板を、前述のように、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送して、基板Ｗの純水による洗浄を行ってスピン乾燥させるか、または前処理装置２８にスピン乾燥機能が備えられている場合には、この前処理装置２８で基板Ｗのスピン乾燥（液切り）を行って、この乾燥後の基板を搬送ロボット１６で無電解めっき装置３０に搬送する。
【０１３５】
この無電解めっき装置３０で、図１（ｄ）に示すように、露出した配線８の表面に、例えば無電解Ｃｏ−Ｗ−Ｐめっきを施して、配線８の外部への露出表面に、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ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。この保護膜９の膜厚は、０．１〜５００ｎｍ、好ましくは、１〜２００ｎｍ、更に好ましくは、１０〜１００ｎｍ程度である。この時、例えば、保護膜９の膜厚をモニタして、この膜厚が所定の値に達した時、つまり終点（エンドポイント）を検知した時に、無電解めっきを終了する。
【０１３６】
そして、無電解めっきが終了した基板を、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送し、この洗浄・乾燥装置２０で基板表面を薬液で洗浄し、更に純水で洗浄（リンス）した後、高速回転させてスピン乾燥させる。そして、このスピン乾燥後の基板Ｗを搬送ロボット１６でロード・アンロードステーション１４を経由して搬送ボックス１０内に戻す。
【０１３７】
図２９は、他のめっき装置を示す。このめっき装置の図３に示すものと異なる点は、基板ステージ５０４として、その表面に平坦化した基板載置面５０４ｅを設けたものを使用して、この基板載置面５０４ｅの表面に基板Ｗを直接当接させて載置保持するようにした点にある。その他の構成は、図３に示すものと同様である。
【０１３８】
図３０は、更に他のめっき装置を示す。このめっき装置の図３に示すものと異なる点は、基板ステージ５０４として、その表面に凹部５０４ｆを形成し、この凹部５０４ｆ内にバッキングフィルム５６４を貼着したものを使用し、このバッキングフィルム５６４の表面に基板Ｗを当接させて載置保持するようにした点である。その他の構成は、図３に示すものと同様である。
【０１３９】
図３１は、更に他のめっき装置を示す。このめっき装置の図３０に示すものと異なる点は、電極ヘッド５０２として、その径が基板ステージ５０４の径と比較して小径のものを使用した点にある。この例にあっては、電極ヘッド５０２の径が基板ステージ５０４の径に比較して小径であるため、電極ヘッド５０２と基板ステージ５０４を固定した状態でめっきを行うと、基板ステージ５０４で保持した基板Ｗの全面に亘ってめっきを行うことができない。そこで、この例にあっては、カソード電極５１２及びアノード５２６をめっき電源５６０に接続してめっきを行う際に、揺動アーム５００を介して電極ヘッド５０２を揺動させ、同時の電極ヘッド５０２または基板ステージ５０４の少なくとも一方を回転させるようにしている。その他の構成は、図３に示すものと同様である。
【０１４０】
図３２は、更に他のめっき装置を示す。この例の図３１に示す例と異なる点は、揺動アーム５００の自由端に、回転自在で、かつ揺動アーム５００とは独立に上下動することで押圧離間機構としての役割を果たす駆動体５８０を取付けている。そして、この駆動体５８０と、内部にアノード５２６を収納し、下端開口を多孔質体５２８で閉塞してアノード室５３０を区画形成した上下動ハウジング５２２とを、該上下動ハウジング５２２内に配置した支持体５８２を介して、ボールベアリング５８４で連結し、駆動体５８０の上下動に伴って、このボールベアリング５８４を介して、荷重を一点に集中して上下動ハウジング５２２を押圧するようにした点にある。
【０１４１】
この例では、駆動体５８０にフランジ５８０ａを、支持体５８２にストッパとしての役割を果たすフランジ５８２ａをそれぞれ設けている。そして、駆動体５８０のフランジ５８０ａに、圧縮コイルばね５８６で弾性力を付与した状態で下方に突出するストッパピン５８８を取付け、このストッパピン５８８の下端を支持体５８２のフランジ（ストッパ）５８２ａに弾性的に当接させることで、支持体５８２及び上下動ハウジング５２２を水平に維持するようにしている。その他の構成は、図３に示すものと同様である。
【０１４２】
なお、この例は、配線材料として、銅を使用した例を示しているが、この銅の他に、銅合金、銀及び銀合金等を使用しても良い。
【０１４３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、配線溝（トレンチ）や微孔（ビアホール）の内部に優先的にめっきを行って配線材料（金属膜）を埋込むことで、めっき後の表面の平坦性を向上させることができる。これによって、ＣＭＰのような凸部の選択的エッチングプロセスの負荷を削減または省略して、コスト削減のみならず、ディッシングやオキサイドエロージョン等のＣＭＰ特有の問題も解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体装置における配線形成例を工程順に示す図である。
【図２】 めっき装置を備えた基板処理装置の平面図である。
【図３】図２に示すめっき装置の要部を示す概要図である。
【図４】図３に示すめっき装置における電極ヘッドの動作の説明に付するタイムチャートである。
【図５】めっき液管理供給システムの一例を示す系統図である。
【図６】図３に示す洗浄・乾燥装置の一例を示す縦断正面図である。
【図７】同じく、平面図である。
【図８】図３に示すベベルエッチング・裏面洗浄装置の一例を示す概略図である。
【図９】図３に示す熱処理装置の一例を示す縦断正面図である。
【図１０】同じく、平断面図である。
【図１１】図３に示す前処理装置の基板受渡し時における正面図である。
【図１２】同じく、薬液処理時における正面図である。
【図１３】同じく、リンス時における正面図である。
【図１４】同じく、基板受渡し時における処理ヘッドを示す断面図である。
【図１５】同じく、図１４のＡ部拡大図である。
【図１６】同じく、基板固定時における図１５相当図である。
【図１７】同じく、系統図である。
【図１８】図３に示す無電解めっき装置の基板受渡し時における基板ヘッドを示す断面図である。
【図１９】同じく、図１８のＢ部拡大図である。
【図２０】同じく、基板固定時における基板ヘッドを示す図１９相当図である。
【図２１】同じく、めっき処理時における基板ヘッドを示す図１９相当図である。
【図２２】同じく、めっき槽カバーを閉じた時のめっき槽を示す一部切断の正面図である。
【図２３】同じく、洗浄槽を示す断面図である。
【図２４】同じく、系統図である。
【図２５】図３に示す研磨装置の一例を示す概要図である。
【図２６】図３に示す膜厚測定器における反転機付近の概略正面図である。
【図２７】同じく、反転アーム部分の平面図である。
【図２８】図３に示す基板処理装置における処理フロー図である。
【図２９】 他のめっき装置の要部を示す概要図である。
【図３０】 更に他のめっき装置の要部を示す概要図である。
【図３１】 更に他のめっき装置の要部を示す概要図である。
【図３２】 更に他のめっき装置の要部を示す概要図である。
【符号の説明】
３ 微孔（微細凹部）
４ 配線溝（微細凹部）
６ シード層
７ 銅層
８ 配線
９ 保護膜
１０ 搬送ボックス
１２ 装置フレーム
１４ ロード・アンロードステーション
１６ 搬送ロボット
１８ めっき装置
２０ 洗浄・乾燥装置
２２ ベベルエッチング・裏面洗浄装置
２４ 膜厚測定器
２６ 熱処理装置
２８ 前処理装置
３０ 無電解めっき装置
３２ 研磨装置
５８ 基板ホルダ
６０ 処理ヘッド
１００ 処理槽
１０２ 蓋体
１１２ ノズル板
１１２ａ 噴射ノズル
１２４ ノズル板
１２４ａ 噴射ノズル
２００ めっき槽
２０２ 洗浄槽
２０４ 基板ヘッド
２３０ ハウジング部
２３２ ヘッド部
２３４ 吸着ヘッド
２６８ 噴射ノズル
２７０ めっき槽カバー
２８０ 噴射ノズル
２８２ ノズル板
２８６ ヘッド洗浄ノズル
３２０ 熱交換器
３２２ 加熱装置
３２４ 攪拌ポンプ
４２２ 基板ステージ
５００ 揺動アーム
５０２ 電極ヘッド
５０４ 基板ステージ
５０６ カソード部
５１２ カソード電極
５１４ シール材
５２０ 回転ハウジング
５２２ 上下動ハウジング
５２４ 回転体
５２６ アノード
５２８ 多孔質体
５３０ アノード室
５３２ めっき液含浸材
５３４ 多孔質パッド
５３４ｂ 上層パッド
５３４ａ 下層パッド
５４０，５４２，５４６ エアバック（押圧離間機構）
５５０，５５２，５５４ 加圧流体導入管
５５６ めっき液導入管
５５８ 加圧流体導入管
５６０ めっき電源
５６２ 給電ポート
５６４ バッキングフィルム
５８０ 駆動体（押圧離間機構）
５８２ 支持体
５８４ ボールベアリング
５８８ ストッパピン
６００ めっき液トレー
６０４ リザーバ
６０８ めっき液調整タンク
６１０ 温度コントローラ
６１２ めっき液分析ユニット
８２０ 研磨布
８２２ 研磨テーブル
８２４ トップリング
８２６ 砥液ノズル
９２２ 基板ステージ
９２４ センタノズル
９２６ エッジノズル
９２８ バックノズル
１００２ チャンバ
１００４ ホットプレート
１００６ クールプレート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention, MeIn particular, it is used to form wiring by embedding a metal (wiring material) such as copper in a fine wiring pattern formed on a semiconductor substrate.RumeIt relates to the method.
[0002]
[Prior art]
Recently, fine concave portions for wiring such as circuit-shaped wiring grooves (trench) and micro holes (via holes) are formed on a semiconductor substrate, and these are filled with copper (wiring material) by copper plating, and the remaining portion of copper A circuit is formed by removing a layer (plating film) by means such as CMP. In this technique, the copper plating film is selectively deposited in the circuit-shaped wiring grooves or micropores, and in other parts, the less copper plating film is deposited, the later the load of CMP is reduced. preferable. Conventionally, in order to achieve such an object, a contrivance has been made with a plating solution such as a bath composition of the plating solution and a brightener to be used.
[0003]
On the other hand, as a technique for selectively depositing a copper plating film in a circuit-shaped wiring groove, etc., plating is performed while bringing a porous body into contact with a substrate such as a semiconductor wafer and moving it relatively in the contact direction. The method of doing is known. As a porous material used in this technique, PVA, porous Teflon (registered trademark), polypropylene or the like is knitted into a fiber shape or crushed into a paper shape, or gelled silicon oxide or agar. An indefinite shape or the like is generally used (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-232078
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to form a copper wiring by completely burying a wiring material such as copper inside a pattern portion such as a wiring trench, a copper layer having a considerable thickness is formed in addition to the pattern portion. It is necessary to remove the excessive copper layer formed by the CMP method. For this reason, if the amount of copper to be removed is large, the CMP time becomes long, leading to an increase in cost, and if there is in-plane non-uniformity on the polished surface of the substrate after CMP, As a result, the longer the polishing time, the greater the dependency of the wiring performance on the CMP performance.
[0006]
In order to solve such a problem, contrivances with the plating solution such as the bath composition of the plating solution and the brightener to be used have been made. By these, the purpose is achieved to some extent, but there is a certain limit.
[0007]
On the other hand, in the method in which the porous body is brought into contact with the substrate and plating is performed while relatively moving in the contact direction, the surface roughness of the porous body is generally several microns to several hundred microns, The porous body having such a surface roughness has a problem in flattening an uneven surface on a semiconductor substrate having a surface roughness of submicron to several microns.
[0008]
In addition, this technique tries to improve the flatness by changing the supply amount of the plating solution at the concave and convex portions by moving (rubbing) the porous body in the horizontal direction relative to the contact surface while contacting the porous body. However, there is a problem that it is difficult to obtain the desired effect due to the surface roughness as described above.
[0009]
Furthermore, it is considered that the flatness is improved by increasing the load for contacting the porous body and crushing the porous space, but in that case, it is necessary to apply a very large load to the substrate. Therefore, when a soft insulating film such as a low-k material is used as a target, it is difficult to realize the film because the film is broken or the plated surface is easily damaged.
[0010]
  The present invention has been made in view of the above circumstances, so that a metal plating film such as a copper layer can be selectively deposited inside a fine recess for wiring such as a circuit-shaped wiring groove or microhole. WestForThe purpose is to provide a method.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  The invention described in claim 1A plating method in which a seed layer is formed on a substrate having fine concave portions for wiring, and plating is performed by energizing while filling a plating solution between the seed layer and the anode, and the fine concave portions are filled with a wiring material. Then, while pressing a porous body having water retention disposed between the seed layer and the anode to the seed layer at an arbitrary pressure, the plating is performed by energizing the seed layer and the anode. A plating step to be performed, and after the plating step, the energization between the seed layer and the anode is released, and the porous body is separated from the seed layer to remove a plating solution between the porous body and the seed layer. A plating method characterized by repeating the refreshing stepIt is.
[0012]
  As a result, the porous bodyBased onPlankSeed layerThe porous body and the substrate can beSeed layerThe gap between the wiring groove (trench) and other parts other than the fine concave portions for wiring (parts other than the pattern part) is made as small as possible, plating is performed in this state, and the porous body is in the process.Based onSeparated from the plate, the plating solution between the porous body and the substrate is refreshed (replaced), and the plating is performed again, so that the plating film can be selectively and efficiently contained in the fine recesses for wiring provided on the substrate. Can be depositedThe
[0013]
  The invention described in claim 2Prior to the plating step of performing plating by energizing between the seed layer and the anode, the porous body is pressed against the seed layer at an arbitrary pressure, and the two are relatively moved.The plating according to claim 1.MethodIt is.
  Like thisPrior to the opening, porous materialBased onPlankSeed layerThe adhesiveness between the porous body and the substrate can be enhanced by relatively moving both of them while pressing at an arbitrary pressure.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment shows an example in which a wiring made of a copper layer is formed by embedding copper as a wiring material in a fine concave portion for wiring provided on the surface of a substrate such as a semiconductor wafer. Of course, other wiring materials may be used.
[0034]
An example of forming a copper wiring in a semiconductor device will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1A, on a conductive layer 1a on a semiconductor substrate 1 on which a semiconductor element is formed, for example, SiO.2An insulating film 2 such as an oxide film or a Low-K material film is deposited, and fine holes (via holes) 3 and wiring grooves as fine concave portions for wiring are formed inside the insulating film 2 by, for example, lithography / etching technology. A (trench) 4 is formed, a barrier layer 5 made of TaN or the like is formed thereon, and a seed layer 6 as a power feeding layer for electrolytic plating is formed thereon by sputtering or the like.
[0035]
Then, as shown in FIG. 1B, copper is plated on the surface of the substrate W to fill the microholes 3 and the wiring grooves 4 of the substrate W with copper, and the copper layer 7 on the insulating film 2. To deposit. Thereafter, the barrier layer 5, the seed layer 6 and the copper layer 7 on the insulating film 2 are removed by chemical mechanical polishing (CMP) or the like, and the surface of the copper layer 7 filled in the microholes 3 and the wiring grooves 4 is obtained. And the surface of the insulating film 2 are substantially flush. Thereby, as shown in FIG. 1C, a wiring (copper wiring) 8 composed of the seed layer 6 and the copper layer 7 is formed inside the insulating film 2.
[0036]
Next, as shown in FIG. 1D, electroless plating is performed on the surface of the substrate W, and a protective film 9 made of a Co alloy, Ni alloy or the like is selectively formed on the surface of the wiring 8, thereby The surface of the wiring 8 is covered with a protective film 9 for protection.
[0037]
  Figure 2, MeThe top view of the substrate processing apparatus provided with the etching apparatus is shown. As shown in FIG. 2, the substrate processing apparatus includes a rectangular apparatus frame 12 in which a transfer box 10 in which a plurality of substrates such as semiconductor wafers are housed is detachable. Inside the apparatus frame 12, there are provided a load / unload station 14 and a transportable robot 16 that can move the substrate between the load / unload station 14. A pair of plating devices 18 are disposed on both sides of the transfer robot 16 with the transfer robot 16 in between. Further, on one side of the transfer robot 16 with a cleaning / drying device 20, bevel etching / back surface. A cleaning device 22 and a film thickness measuring device 24 are arranged in series, and on the other side, a heat treatment (annealing) device 26, a pretreatment device 28, an electroless plating device 30 and a polishing device 32 are arranged in series.
[0038]
Here, the device frame 12 is subjected to a light shielding process, whereby the following steps in the device frame 12 can be performed in a light-shielded state, that is, without irradiating light such as illumination light on the wiring. ing. Thus, by preventing light from being applied to the wiring, for example, it is possible to prevent a light potential difference from occurring when light is applied to a wiring made of copper, and the wiring from being corroded by this light potential difference.
[0039]
FIG. 3 shows an outline of the plating apparatus 18. As shown in FIG. 3, the plating apparatus 18 includes a swing arm 500 that can swing in the horizontal direction, and an electrode head 502 is rotatably supported at the tip of the swing arm 500. On the other hand, a substrate stage 504, which is positioned below the electrode head 502 and holds the substrate W with the surface (surface to be plated) facing upward, is arranged to be movable up and down, and above the substrate stage 504, the substrate stage A cathode portion 506 is arranged so as to surround the peripheral edge portion of 504. In this example, an electrode head 502 having a diameter slightly smaller than the diameter of the substrate stage 504 is used, and the substrate stage is not changed without changing the relative position between the electrode head 502 and the substrate stage 504. An example is shown in which plating can be performed over substantially the entire surface (surface to be plated) of the substrate W held at 504.
[0040]
A ring-shaped vacuum suction groove 504b communicating with a vacuum passage 504a provided inside is provided on the peripheral edge of the upper surface of the substrate stage 504, and seal rings 508 and 510 are provided on both sides inside and outside the vacuum suction groove 504b. Is installed. Further, a pressurizing recess 504 c is provided inside the seal ring 508 located inward of the upper surface of the substrate stage 504, and the pressurizing recess 504 c communicates with a pressurized fluid passage 504 d extending inside the substrate stage 504. is doing.
[0041]
As a result, the substrate W is placed on the upper surface of the substrate stage 504, and the inside of the vacuum suction groove 504b is vacuum-sucked via the vacuum passage 504a, so that the substrate W is sucked and held, and further pressurized Pressurized fluid such as pressurized air is supplied into the pressurizing recess 504c through the fluid passage 504d, and the substrate W is pressed with pressure P from its back side.5By pressurizing with, the substrate W can be maintained in a more horizontal state and can be brought into close contact with the lower surface of the porous body 528 as described below.
[0042]
Although not shown, the substrate stage 504 incorporates a heating device (heater) that controls the temperature of the substrate stage 504 to be constant. The substrate stage 504 is configured to move up and down by an air cylinder (not shown) and rotate integrally with the cathode unit 506 at an arbitrary acceleration and speed via a rotation motor and belt (not shown). Yes. The rotational torque at this time is detected by a torque sensor (not shown). When the substrate stage 504 is raised, the sealing material 514 of the cathode portion 506 and the cathode electrode 512 are brought into contact with the peripheral portion of the substrate W held by the substrate stage 504.
[0043]
The swing arm 500 moves up and down via a ball screw and a vertical motion motor composed of a servo motor (not shown), and swings (swings) via a swing motor (not shown). You may do it.
[0044]
In this example, the cathode portion 506 includes a cathode electrode 512 divided into six parts, and an annular seal member 514 attached so as to cover the upper part of the cathode electrode 512. The seal member 514 is configured such that an inner peripheral edge thereof is inclined downward inward and gradually becomes thin, and an inner peripheral end portion hangs downward.
[0045]
Thereby, when the substrate stage 504 is raised, the cathode electrode 512 is pressed against the peripheral portion of the substrate W held by the substrate stage 504 and energized, and at the same time, the inner peripheral end of the sealing material 514 is the upper surface of the peripheral portion of the substrate W. The plating solution supplied to the upper surface (surface to be plated) of the substrate is prevented from seeping out from the end portion of the substrate W, and the plating solution contaminates the cathode electrode 512. To prevent it from happening.
[0046]
In this example, the cathode portion 506 cannot move up and down and rotates integrally with the substrate stage 504. However, the cathode portion 506 can move up and down, and the seal material 514 presses against the surface to be plated of the substrate W when lowered. You may comprise so that it may do.
[0047]
The electrode head 502 has a bottomed cylindrical shape that opens downward, and includes a rotating housing 520 and a vertically moving housing 522 that are concentrically arranged. The rotating housing 520 is fixed to the lower surface of the rotating body 524 attached to the free end of the swing arm 500 and is configured to rotate integrally with the rotating body 524. On the other hand, the vertical movement housing 522 is configured to be positioned inside the rotary housing 520 and rotate integrally with the rotary housing 520 to move up and down relatively. The vertically movable housing 522 has an anode chamber 530 into which a plate-like anode 526 is disposed and a plating solution Q into which the anode 526 is immersed is introduced by closing the lower end opening with a porous body 528. A compartment is formed.
[0048]
In this example, the porous body 528 has a multilayer structure in which a porous material is laminated in three layers. That is, the porous body 528 is composed of a plating solution impregnated material 532 that mainly plays a role of holding the plating solution, and a porous pad 534 attached to the lower surface of the plating solution impregnated material 532, and this porous pad 534. Is composed of a lower layer pad 534 a that is in direct contact with the substrate W, and an upper layer pad 534 b that is interposed between the lower layer pad 534 a and the plating solution impregnated material 532. The plating solution impregnated material 532 and the upper layer pad 534b are located inside the vertical movement housing 522, and the lower layer pad 534a closes the lower end opening of the vertical movement housing 522.
[0049]
Thus, by making the porous body 528 into a multilayer structure, for example, as a porous pad 534 (lower layer pad 534a) in contact with the substrate, a flat surface sufficient to flatten the uneven surface on the surface to be plated of the substrate. It becomes possible to use what has property.
[0050]
The lower layer pad 534a has a flat surface (surface) in contact with the surface (surface to be plated) of the substrate W to a certain degree and has fine through holes through which the plating solution can pass. At least the contact surface is an insulator or an insulating material. It is necessary to be formed of a highly specific substance. The flatness required for the lower layer pad 534a is, for example, a maximum roughness (RMS) of about several tens of μm or less.
[0051]
The fine through-holes required for the lower layer pad 534a are preferably round through-holes in order to maintain flatness on the contact surface. Further, the diameter of the fine through-holes and the number per unit area are plated. Although the optimum value varies depending on the film quality and the wiring pattern, it is preferable that both values are small in order to improve the selectivity of plating growth in the recess. Specifically, the number of fine through holes per hole or the number per unit area may be such that, for example, micro through holes having a hole diameter of 30 μm or less, preferably 5 to 20 μm, are present with a porosity of 50% or less. .
[0052]
Furthermore, the lower layer pad 534a preferably has a certain degree of hardness. For example, the tensile strength is 5 to 100 kg / cm.2, Bending elastic strength is 200-10000kg / cm2Any degree is acceptable.
[0053]
The lower layer pad 534a is preferably made of a hydrophobic material. Examples of such a material include porous polyethylene (PE), porous polypropylene (PP), porous polyamide, porous polycarbonate, and porous polyimide. . Among them, porous PE, porous PP, porous polyamide, etc. are prepared by using fine powders such as ultra-high molecular weight PE, PP, polyamide, etc. as raw materials, compacting them, and sintering molding. (Mitsubishi Resin Co., Ltd.), Sun Fine UF, Sun Fine AQ (both Asahi Kasei Co., Ltd.), Spacy (manufactured by Spacey Chemical Co., Ltd.), etc. are commercially available. The porous polycarbonate is prepared by, for example, penetrating a polycarbonate film through a high energy heavy metal (copper or the like) accelerated by an accelerator and selectively etching a track (trajectory) on a straight line generated thereby. Is.
[0054]
The lower layer pad 534a may be a surface (surface) in contact with the surface of the substrate W that has been flattened by compression processing, mechanical processing, or the like, so that higher preferential precipitation in a minute groove can be expected. .
[0055]
On the other hand, the plating solution impregnated material 532 is made of porous ceramics such as alumina, SiC, mullite, zirconia, titania, cordierite or the like, or a hard porous body such as a sintered body of polypropylene or polyethylene, a composite thereof, or a woven material. Consists of cloth and non-woven fabric. For example, in the case of alumina-based ceramics, the pore diameter is 30 to 200 μm, and in the case of SiC, the pore diameter is 30 μm or less, the porosity is 20 to 95%, the thickness is 1 to 20 mm, preferably 5 to 20 mm, and more preferably 8 to About 15 mm is used. In this example, for example, the porous ceramic plate is made of alumina with a porosity of 30% and an average pore diameter of 100 μm. And, by containing the plating solution inside this, that is, the porous ceramic plate itself is an insulator, by allowing the plating solution to enter inside intricately and by following a fairly long path in the thickness direction, It is comprised so that it may have an electrical conductivity smaller than the electrical conductivity of a plating solution.
[0056]
  In this way, the plating solution impregnated material 532 is disposed in the anode chamber 530, and a large resistance is generated by the plating solution impregnated material 532,Seed layer 6The influence of the resistance (see FIG. 1) can be neglected, and the in-plane difference of the current density due to the electrical resistance of the surface of the substrate W can be reduced to improve the in-plane uniformity of the plating film.
[0057]
The electrode head 502 presses and separates the lower layer pad 534a from the surface of the substrate W held by the substrate stage 504 (surface to be plated) with an arbitrary pressure. In this example, the electrode head 502 has three air bags. A mechanism is provided. In other words, in this example, the ring-shaped first airbag 540 is disposed between the lower surface of the ceiling wall of the rotary housing 520 and the upper surface of the ceiling wall of the vertical motion housing 522, and the vertical motion inside the vertical motion housing 522 A ring-shaped second airbag 542 is disposed between the lower surface of the ceiling wall of the moving housing 522 and the upper surface of the anode 526. Further, a bottomed cylindrical body 544 that protrudes upward and reaches the upper side of the rotating housing 520 is connected to the center of the vertically moving housing 522, and the lower surface of the ceiling wall of the bottomed cylindrical body 544 and the ceiling wall of the rotating housing 520 are connected. A circular third airbag 546 is disposed between the upper surface of the first airbag and the third airbag. The airbags 540, 542, and 546 are connected to a pressurized fluid supply source (not shown) via pressurized fluid introduction pipes 550, 552, and 554. These airbags 540, 542, and 546 constitute a pressing / separating mechanism.
[0058]
That is, with the swing arm 500 fixed at a predetermined position (process position) so as not to move up and down, as shown in FIG.1Then, the pressure P is applied to the inside of the second airbag 542.2The pressure P is applied to the inside of the third airbag 546.4, The lower layer pad 534a is pressed against the surface (surface to be plated) of the substrate W held by the substrate stage 504 with an arbitrary pressure. And the pressure P1, P2, P4The lower layer pad 534a is separated from the surface of the substrate W by returning the pressure to atmospheric pressure. Thereby, the vertical movement housing 522 is pressed more uniformly over the entire surface in the horizontal direction via the first airbag 540 and the third airbag 546, and the anode chamber 530 is pressed via the second airbag. The anode 526 can be pressed more uniformly over the entire surface, and the lower layer pad 534a can be brought into close contact with the entire surface of the substrate W held by the substrate stage 504 over the entire surface.
[0059]
The vertical movement housing 522 is provided with a plating solution introduction tube 556 for introducing a plating solution therein and a pressurized fluid introduction tube 558 for introducing a pressurized fluid. A hole 526a is provided. As a result, the plating solution Q is introduced from the plating solution introduction pipe 556 into the anode chamber 530, and the inside of the anode chamber 530 is pressurized to the pressure P.3By passing through the pores 526a of the anode 526 and reaching the upper surface of the plating solution impregnated material 532, and from inside the porous pads 534 (the upper layer pads 534b and the lower layer pads 534a), It reaches the upper surface of the substrate W held by the substrate stage 504.
[0060]
Note that the inside of the anode chamber 530 also includes a gas generated by a chemical reaction, and thus the pressure may change. Therefore, the pressure P in the anode chamber 5303Is controlled to a set value by feedback control during the process.
[0061]
Here, for example, when performing copper plating, the anode 526 is composed of copper containing 0.03 to 0.05% phosphorus (phosphorous copper) in order to suppress the formation of slime. However, it may be an insoluble metal such as platinum or titanium, or an insoluble electrode obtained by plating platinum etc. on a metal, and replacement is not necessary. It is preferable that Further, a net-like shape may be used for ease of distribution of the plating solution.
[0062]
The cathode electrode 512 is electrically connected to the cathode of the plating power source 560, and the anode 526 is electrically connected to the anode of the plating power source 560. The vertical movement housing 522 is provided with a power supply port 562 that is connected to the plating power source 560 and supplies power to the anode 526.
[0063]
Next, the operation when performing plating with this plating apparatus will be described with further reference to FIG.
First, in a state where the substrate W is sucked and held on the upper surface of the substrate stage 504, the substrate stage 504 is raised, the peripheral portion of the substrate W is brought into contact with the cathode electrode 512, and the state where electricity can be supplied is further raised. A sealing material 514 is pressed against the upper surface of the peripheral edge of the substrate W, and the peripheral edge of the substrate W is sealed in a watertight manner.
[0064]
On the other hand, in the electrode head 502, a predetermined position (process position) is maintained in a state where the plating solution Q is held from a position (idling position) where idling is performed to replace the plating solution and remove bubbles. ). That is, the swing arm 500 is once lifted and further swung to place the electrode head 502 at a position immediately above the substrate stage 504, and then lowered to reach a predetermined position (process position). Let Then, the pressure P in the anode chamber 5303The plating solution Q held by the electrode head 502 is discharged from the lower surface of the porous pad 534.
[0065]
Next, pressurized air is introduced into the airbags 540, 542, and 546, and at the same time, pressurized air is also introduced into the pressurizing recess 504c of the substrate stage 504, thereby lowering the vertical movement housing 522, Further, the lower layer pad 534a is pressed downward, and at the same time, the substrate held by the substrate stage 504 is also pressed from the back side, and the lower layer pad 534a is pressed against the surface (surface to be plated) of the substrate with a predetermined pressure. Thereby, the substrate W can be maintained in a more horizontal state, and the lower layer pad 534a can be pressed with a more uniform pressure on the entire surface of the substrate.
[0066]
In this state, the electrode head 502 and the substrate stage 504 are rotated (spinned). Thus, prior to plating, the lower layer pad 534a and the substrate W are adhered to each other by relatively moving the lower layer pad 534a against the surface to be plated of the substrate W held by the substrate stage 504 at an arbitrary pressure. To increase.
[0067]
Then, after stopping the rotation of the electrode head 502 and the substrate stage 504, the cathode electrode 512 is connected to the cathode of the plating power source 560, and the anode 526 is connected to the anode of the plating power source 560. Apply plating. In this way, the lower layer pad 534a and the substrate W are bonded to each other by pressing the lower layer pad 534a against the surface to be plated of the substrate W held by the substrate stage 504 with an arbitrary pressure and improving the adhesion between them. The gap between the wiring groove (trench) and other parts other than the fine wiring recesses (the part other than the pattern part) on the surface to be plated is made as small as possible, and the inside of the wiring fine recesses provided on the substrate A plating film can be selectively deposited.
[0068]
After plating for a predetermined time, the cathode electrode 512 and the anode 526 are disconnected from the plating power source 560, the anode chamber 530 is returned to atmospheric pressure, and the air bags 540, 542, and 546 are returned to atmospheric pressure. Returning, the lower layer pad 534a is separated from the substrate W. As a result, the plating solution between the lower layer pad 534a and the substrate W is refreshed (replaced).
[0069]
Next, as described above, pressurized fluid is introduced into the airbags 540, 542, 546 to press the lower layer pad 534 a against the substrate at a predetermined pressure, and further, the pressurized fluid is also introduced into the anode chamber 530. In this state, the electrode head 502 and the substrate stage 504 are rotated, and after the rotation is stopped, the cathode electrode 512 and the anode 526 are connected to the plating power source 560 to perform plating. In this way, the lower layer pad 534a is separated from the substrate W held by the substrate stage 504 in the middle of the process, and the plating solution between the lower layer pad 534a and the substrate W is refreshed (replaced), and then plated again. As a result, the plating film can be selectively and efficiently deposited inside the fine concave portion for wiring provided on the substrate. Moreover, by arbitrarily adjusting the pressure for pressing the lower layer pad 534a against the surface to be plated of the substrate W, the surface to be plated of the substrate W and the plating film being formed are prevented from being damaged by the lower layer pad 534a. Can do.
[0070]
The above operation is repeated a plurality of times as necessary (FIG. 4 shows a state where the operation is repeated twice), and thereafter, the airbag 540, 542, 546, the pressurizing recess 504c of the substrate stage 504, Further, the anode chamber 530 is returned to atmospheric pressure, the swing arm 500 is raised, and further swung to return the electrode head 502 to the original position (idling position).
[0071]
  FIG. 5 shows a plating solution management and supply system that manages the composition and temperature of the plating solution and supplies it to the plating apparatus 18.FIG.As shown, a plating solution tray 600 for immersing the electrode head 502 of the plating apparatus 18 is provided, and this plating solution tray 600 is connected to a reservoir 604 via a plating solution discharge pipe 602. The plating solution discharged through the plating solution discharge pipe 602 enters the reservoir 604.
[0072]
  The plating solution that has entered the reservoir 604 enters the plating solution adjustment tank 608 as the pump 606 is driven. The plating solution adjustment tank 608 is provided with a temperature controller 610 and a plating solution analysis unit 612 for taking out and analyzing the sample solution, and further, a component replenishment pipe 614 for replenishing components that are deficient by the analysis of the plating solution analysis unit 612. And the plating solution in the plating solution adjustment tank 608 is supplied to the plating solution supply pipe as the pump 616 is driven.620Flow along the filter618, And is returned to the plating solution tray 600.
[0073]
Thus, by adjusting the composition and temperature of the plating solution to be constant in the plating solution adjustment tank 608, supplying the adjusted plating solution to the electrode head 502 of the plating apparatus 18, and holding it by the electrode head 502, A plating solution having a constant composition and temperature can always be supplied to the electrode head 502 of the plating apparatus 18.
[0074]
6 and 7 show an example of a cleaning / drying apparatus 20 that cleans (rinses) and dries the substrate. In other words, the cleaning / drying apparatus 20 is an apparatus that first performs chemical cleaning and pure water cleaning (rinsing), and then completely drys the cleaned substrate W by rotating the spindle. A substrate stage 422 having a clamping mechanism 420 for gripping and a substrate attaching / detaching lifting plate 424 for opening and closing the clamping mechanism 420 are provided.
[0075]
The substrate stage 422 is connected to the upper end of a spindle 426 that rotates at a high speed as a spindle rotation motor (not shown) is driven. Further, a cleaning cup 428 for preventing the processing liquid from scattering is disposed around the substrate W gripped by the clamp mechanism 420, and the cleaning cup 428 moves up and down in accordance with the operation of a cylinder (not shown). ing.
[0076]
In addition, the cleaning / drying apparatus 20 includes a chemical solution nozzle 430 for supplying a treatment liquid to the surface of the substrate W gripped by the clamp mechanism 420, a plurality of pure water nozzles 432 for supplying pure water to the back surface of the substrate W, And a rotatable pencil-type cleaning sponge 434 disposed above the substrate W gripped by the clamp mechanism 420. The cleaning sponge 434 is attached to a free end of a swing arm 436 that can swing in the horizontal direction. A clean air introduction port 438 for introducing clean air into the apparatus is provided at the top of the cleaning / drying apparatus 20.
[0077]
In the cleaning / drying apparatus 20 having such a configuration, the processing liquid is supplied from the chemical solution nozzle 430 toward the cleaning sponge 434 while the substrate W is gripped and rotated by the clamp mechanism 420 and the swivel arm 436 is swung. However, the surface of the substrate W is cleaned by rubbing the cleaning sponge 434 against the surface of the substrate W. Then, pure water is supplied from the pure water nozzle 432 to the back surface of the substrate W, and the back surface of the substrate W is simultaneously cleaned (rinsed) with pure water sprayed from the pure water nozzle 432. The substrate W thus cleaned is spin-dried by rotating the spindle 426 at a high speed.
[0078]
FIG. 8 shows an example of a bevel etching / back surface cleaning apparatus 22. The bevel etching / back surface cleaning device 22 simultaneously performs etching and back surface cleaning of the copper layer 7 (see FIG. 1) attached to the edge (bevel) portion of the substrate, and further, copper in the circuit forming portion provided on the substrate surface. The growth of the natural oxide film is suppressed, and the substrate W is positioned inside the bottomed cylindrical waterproof cover 920 and faced up by a spin chuck 921 at a plurality of locations along the circumferential direction of the peripheral portion. A substrate stage 922 that is held horizontally and rotated at a high speed, a center nozzle 924 that is disposed substantially above the center of the surface of the substrate W held by the substrate stage 922, and a substrate nozzle 924 that is disposed above the peripheral edge of the substrate W. Edge nozzle 926. The center nozzle 924 and the edge nozzle 926 are disposed downward. In addition, a back nozzle 928 is disposed upward and positioned substantially below the center of the back side of the substrate W. The edge nozzle 926 is configured to be movable in the diameter direction and the height direction of the substrate W.
[0079]
The movement width L of the edge nozzle 926 can be arbitrarily positioned from the outer peripheral end surface of the substrate toward the center, and a set value is input in accordance with the size of the substrate W, the purpose of use, and the like. Normally, the edge cut width C is set in the range of 2 mm to 5 mm, and if the amount of liquid flowing from the back surface to the front surface is greater than the number of revolutions, the copper layer within the set cut width C is removed. can do.
[0080]
Next, a cleaning method using the bevel etching / back surface cleaning apparatus 22 will be described. First, the substrate W is horizontally rotated integrally with the substrate stage 922 while the substrate is held horizontally by the substrate stage 922 via the spin chuck 921. In this state, an acid solution is supplied from the center nozzle 924 to the central portion on the surface side of the substrate W. The acid solution may be any non-oxidizing acid such as hydrofluoric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, citric acid, or succinic acid. On the other hand, the oxidant solution is continuously or intermittently supplied from the edge nozzle 926 to the peripheral edge of the substrate W. As the oxidant solution, ozone water, hydrogen peroxide water, nitric acid water, sodium hypochlorite water, or the like is used, or a combination thereof is used.
[0081]
Thereby, in the region of the edge cut width C at the peripheral edge of the substrate W, the copper layer or the like formed on the upper surface and the end surface is rapidly oxidized with the oxidizing agent solution, and simultaneously supplied from the center nozzle 924 to the entire surface of the substrate. It is etched and dissolved away by the spreading acid solution. In this way, by mixing the acid solution and the oxidant solution at the peripheral edge of the substrate, a steeper etching profile can be obtained as compared to supplying the mixed water from the nozzle in advance. At this time, the etching rate of copper is determined by their concentration. Further, when a copper natural oxide film is formed on the circuit forming portion on the surface of the substrate, the natural oxide is immediately removed by an acid solution that spreads over the entire surface of the substrate as the substrate rotates, and grows. There is nothing. Note that after the supply of the acid solution from the center nozzle 924 is stopped, the supply of the oxidant solution from the edge nozzle 926 is stopped to oxidize silicon exposed on the surface and suppress the adhesion of copper. be able to.
[0082]
On the other hand, the oxidizing agent solution and the silicon oxide film etching agent are supplied simultaneously or alternately from the back nozzle 928 to the center of the back surface of the substrate. Thereby, copper or the like adhering in a metallic state to the back side of the substrate W can be oxidized together with the silicon of the substrate with an oxidant solution and removed by etching with a silicon oxide film etchant. It is preferable to use the same oxidant solution as the oxidant solution supplied to the surface in order to reduce the types of chemicals. Also, hydrofluoric acid can be used as the silicon oxide film etchant, and the number of chemicals can be reduced if hydrofluoric acid is used for the acid solution on the surface side of the substrate. As a result, a hydrophobic surface is obtained if the oxidant supply is stopped first, and a saturated surface (hydrophilic surface) is obtained if the etchant solution is stopped first, and the back surface is adjusted according to the requirements of the subsequent process. You can also
[0083]
After supplying the acid solution, that is, the etching solution to the substrate in this way to remove the metal ions remaining on the surface of the substrate W, the pure water is further supplied to perform pure water replacement, and then the etching solution is removed. Spin drying. In this way, the removal of the copper layer within the edge cut width C at the peripheral edge portion of the substrate surface and the removal of the copper contamination on the back surface are simultaneously performed, and this processing can be completed within, for example, 80 seconds. The edge cut width of the edge can be arbitrarily set (2 mm to 5 mm), but the time required for etching does not depend on the cut width.
[0084]
9 and 10 show a heat treatment (annealing) apparatus 26. This heat treatment apparatus 26 is located inside a chamber 1002 having a gate 1000 for taking in and out the substrate W, and cools the substrate W by flowing a hot plate 1004 for heating the substrate W to 400 ° C., for example, and cooling water, for example. Cool plates 1006 are arranged one above the other. In addition, a plurality of elevating pins 1008 penetrating through the inside of the cool plate 1006 and extending in the vertical direction and placing and holding the substrate W on the upper end are arranged to be movable up and down. Further, a gas introduction pipe 1010 for introducing an antioxidation gas between the substrate W and the hot plate 1004 during annealing, and a gas introduced from the gas introduction pipe 1010 and flowing between the substrate W and the hot plate 1004. The gas exhaust pipe 1012 for exhausting the gas is disposed at a position facing each other across the hot plate 1004.
[0085]
The gas introduction pipe 1010 has an N filter 1014a inside.2N flowing in the gas introduction path 10162Gas and H with filter 1014b inside2H flowing in the gas introduction path 10182The gas is mixed in a mixer 1020 and connected to a mixed gas introduction path 1022 through which the gas mixed in the mixer 1020 flows.
[0086]
Thus, the substrate W carried into the chamber 1002 through the gate 1000 is held by the lift pins 1008, and the distance between the hot plate 1004 and the substrate W holding the lift pins 1008 by the lift pins 1008 is 0.1 to 0.1, for example. Raise until about 1.0 mm. In this state, the substrate W is heated through the hot plate 1004 to 400 ° C., for example, and at the same time, an antioxidant gas is introduced from the gas introduction pipe 1010 to flow between the substrate W and the hot plate 1004. Then, the gas is exhausted from the gas exhaust pipe 1012. As a result, the substrate W is annealed while preventing oxidation, and this annealing is continued for, for example, several tens of seconds to 60 seconds to complete the annealing. The heating temperature of the substrate is selected from 100 to 600 ° C.
[0087]
After the annealing, the elevating pins 1008 are lowered until the distance between the substrate W holding the elevating pins 1008 and the cool plate 1006 becomes, for example, about 0 to 0.5 mm. In this state, by introducing cooling water into the cool plate 1006, the substrate is cooled, for example, for about 10 to 60 seconds until the temperature of the substrate W becomes 100 ° C. or lower. Transport to.
In this example, N is used as an antioxidant gas.2Gas and several percent H2The gas mixture is made to flow, but N2You may make it flow only gas.
[0088]
FIG. 11 to FIG. 17 show a pretreatment apparatus 28 that performs a pretreatment for electroless plating of a substrate. The pre-processing device 28 includes a fixed frame 52 attached to the upper part of the frame 50 and a moving frame 54 that moves up and down relatively with respect to the fixed frame 52. The moving frame 54 opens downward. A processing head 60 having a bottomed cylindrical housing portion 56 and a substrate holder 58 is suspended and supported. In other words, the head rotating servo motor 62 is attached to the moving frame 54, and the housing portion 56 of the processing head 60 is connected to the lower end of the output shaft (hollow shaft) 64 that extends below the servo motor 62.
[0089]
As shown in FIG. 14, a vertical shaft 68 that rotates integrally with the output shaft 64 is inserted into the output shaft 64 via a spline 66, and a ball joint 70 is attached to the lower end of the vertical shaft 68. The substrate holder 58 of the processing head 60 is connected through the via. The substrate holder 58 is located inside the housing portion 56. The upper end of the vertical shaft 68 is connected to a fixed ring elevating cylinder 74 fixed to the moving frame 54 via a bearing 72 and a bracket. Accordingly, the vertical shaft 68 moves up and down independently of the output shaft 64 in accordance with the operation of the lifting cylinder 74.
[0090]
The fixed frame 52 is attached with a linear guide 76 that extends in the vertical direction and serves as a guide for raising and lowering the moving frame 54, and the moving frame 54 is moved in accordance with the operation of the head elevating cylinder (not shown). 76 is used as a guide.
[0091]
A substrate insertion window 56 a for inserting the substrate W is provided in the peripheral wall of the housing portion 56 of the processing head 60. Further, as shown in FIGS. 15 and 16, a peripheral portion is sandwiched between a main frame 80 made of, for example, PEEK and a guide frame 82 made of, for example, polyethylene, at the lower portion of the housing portion 56 of the processing head 60. A seal ring 84a is disposed. This seal ring 84a is in contact with the peripheral edge of the lower surface of the substrate W to seal it.
[0092]
On the other hand, a substrate fixing ring 86 is fixed to the peripheral edge of the lower surface of the substrate holder 58, and a cylindrical pusher 90 is connected to the substrate via the elastic force of a spring 88 disposed inside the substrate fixing ring 86 of the substrate holder 58. It protrudes downward from the lower surface of the fixing ring 86. Further, a bendable cylindrical bellows plate 92 made of, for example, Teflon (registered trademark) is hermetically sealed between the upper surface of the substrate holder 58 and the upper wall portion of the housing portion 56. Yes.
[0093]
Accordingly, the substrate W is inserted into the housing portion 56 from the substrate insertion window 56a with the substrate holder 58 raised. Then, the substrate W is guided by a tapered surface 82a provided on the inner peripheral surface of the guide frame 82, positioned, and placed at a predetermined position on the upper surface of the seal ring 84a. In this state, the substrate holder 58 is lowered, and the pusher 90 of the substrate fixing ring 86 is brought into contact with the upper surface of the substrate W. Then, by further lowering the substrate holder 58, the substrate W is pressed downward by the elastic force of the spring 88, and is thereby pressed against the peripheral portion of the surface (lower surface) of the substrate W by the seal ring 84a, thereby sealing it. However, the substrate W is sandwiched and held between the housing portion 56 and the substrate holder 58.
[0094]
When the head rotating servomotor 62 is driven in a state where the substrate W is held by the substrate holder 58 as described above, the output shaft 64 and the vertical shaft 68 inserted into the output shaft 64 are connected to the spline 66. Accordingly, the housing portion 56 and the substrate holder 58 are also rotated integrally.
[0095]
A processing tank 100 having an outer tank 100a and an inner tank 100b, which is located below the processing head 60 and opens upward having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the processing head 60, is provided. A pair of legs 104 attached to the lid 102 are rotatably supported on the outer periphery of the processing bath 100. Further, a crank 106 is integrally connected to the leg 104, and a free end of the crank 106 is rotatably connected to a rod 110 of the lid moving cylinder 108. Accordingly, the lid 102 is configured to move between a processing position that covers the upper end opening of the processing tank 100 and a side retracted position in accordance with the operation of the lid moving cylinder 108. . The surface (upper surface) of the lid 102 is provided with a nozzle plate 112 having a plurality of injection nozzles 112a for injecting electrolytic ion water having reducing power, for example, outward (upward) as described below. Yes.
[0096]
Further, as shown in FIG. 17, a plurality of injection nozzles 124 a that inject the chemical liquid supplied from the chemical liquid tank 120 in accordance with the driving of the chemical liquid pump 122 upward are provided in the inner tank 100 b of the processing tank 100. The nozzle plate 124 having the nozzles 124a is arranged in a state where the spray nozzles 124a are more evenly distributed over the entire cross section of the inner tank 100b. A drain pipe 126 for discharging a chemical solution (drainage) to the outside is connected to the bottom surface of the inner tank 100b. A three-way valve 128 is provided in the middle of the drain pipe 126, and this chemical solution (drainage) is supplied to the chemical solution as needed via a return pipe 130 connected to one outlet port of the three-way valve 128. It can be returned to the tank 120 and reused. Furthermore, in this example, the nozzle plate 112 provided on the surface (upper surface) of the lid 102 is connected to a rinse liquid supply source 132 that supplies a rinse liquid such as pure water. A drain pipe 127 is also connected to the bottom surface of the outer tub 100a.
[0097]
Thereby, the processing head 60 holding the substrate is lowered to cover the upper end opening of the processing tank 100 so as to be closed by the processing head 60, and in this state, the nozzle plate disposed inside the inner tank 100 b of the processing tank 100. By spraying the chemical liquid from the spray nozzle 124a toward the substrate W, the chemical liquid is uniformly sprayed over the entire lower surface (processing surface) of the substrate W, and the chemical liquid is prevented from scattering to the outside. Can be discharged from the drain pipe 126 to the outside. Furthermore, the processing head 60 is raised, and the nozzle plate 112 disposed on the upper surface of the lid body 102 is directed toward the substrate W held by the processing head 60 in a state where the upper end opening of the processing tank 100 is closed by the lid body 102. By rinsing the rinsing liquid from the spray nozzle 112a, the chemical liquid remaining on the substrate surface is rinsed (cleaning process), and this rinsing liquid passes between the outer tank 100a and the inner tank 100b and passes through the drain pipe 127. Therefore, it is prevented from flowing into the inner tank 100b, so that the rinse liquid is not mixed with the chemical liquid.
[0098]
According to the pretreatment device 28, as shown in FIG. 11, the substrate W is inserted and held in the state in which the processing head 60 is raised, and thereafter, as shown in FIG. 60 is moved down to a position that covers the upper end opening of the processing bath 100. Then, by rotating the processing head 60 and rotating the substrate W held by the processing head 60, the chemical liquid is sprayed toward the substrate W from the spray nozzle 124 a of the nozzle plate 124 disposed inside the processing tank 100. The chemical liquid is sprayed uniformly over the entire surface of the substrate W. Further, the processing head 60 is raised and stopped at a predetermined position, and the lid 102 that has been in the retracted position is moved to a position that covers the upper end opening of the processing bath 100 as shown in FIG. In this state, the rinsing liquid is ejected from the ejection nozzles 112 a of the nozzle plate 112 disposed on the upper surface of the lid 102 toward the substrate W held and rotated by the processing head 60. Thereby, the process by the chemical | medical solution of the board | substrate W and the rinse process by a rinse liquid can be performed, keeping two liquids not mixing.
[0099]
In addition, by adjusting the lowered position of the processing head 60 and adjusting the distance between the substrate W held by the processing head 60 and the nozzle plate 124, the chemical solution injected from the injection nozzle 124 a of the nozzle plate 124 is transferred to the substrate W. And the injection pressure can be arbitrarily adjusted. Here, when a pretreatment liquid such as a chemical solution is circulated and used, the active ingredient is reduced along with the treatment, and the pretreatment liquid (chemical solution) is brought out by adhering to the substrate. It is preferable to arrange a pretreatment liquid management unit (not shown) for analyzing the above and adding the shortage. Specifically, since the chemical solution used for cleaning is mainly acid or alkali, for example, the pH is measured, and the decrease is replenished from the difference from a predetermined value, and the liquid level gauge provided in the chemical solution storage tank is used. The amount of decrease can be replenished. As for the catalyst solution, for example, in the case of an acidic palladium solution, the amount of acid can be measured by pH, the amount of palladium can be measured by titration or turbidimetry, and the amount of decrease can be replenished in the same manner. .
[0100]
An electroless plating apparatus 30 is shown in FIGS. The electroless plating apparatus 30 is for forming the protective film 9 shown in FIG. 1 (d). The plating tank 200 (see FIGS. 22 and 24) and a substrate disposed above the plating tank 200 are disposed on the substrate. A substrate head 204 for holding W in a detachable manner is provided.
[0101]
As shown in detail in FIG. 18, the substrate head 204 has a housing portion 230 and a head portion 232, and the head portion 232 mainly includes a suction head 234 and a substrate receiver 236 that surrounds the suction head 234. It is configured. The housing portion 230 houses a substrate rotation motor 238 and a substrate receiving drive cylinder 240. The upper end of the output shaft (hollow shaft) 242 of the substrate rotation motor 238 is at the rotary joint 244, and the lower end is at the lower end. The rods of the substrate receiving drive cylinder 240 are connected to the suction head 234 of the head unit 232, respectively, and are connected to the substrate receiver 236 of the head unit 232. Further, a stopper 246 that mechanically restricts the rise of the substrate receiver 236 is provided inside the housing portion 230.
[0102]
Here, a similar spline structure is employed between the suction head 234 and the substrate receiver 236, and the substrate receiver 236 moves up and down relatively with respect to the suction head 234 in accordance with the operation of the substrate receiver driving cylinder 240. When the output shaft 242 is rotated by driving the substrate rotating motor 238, the suction head 234 and the substrate receiver 236 are integrally rotated with the rotation of the output shaft 242.
[0103]
As shown in detail in FIG. 19 to FIG. 21, a suction ring 250 that sucks and holds the substrate W with the lower surface as a sealing surface is attached to the suction head 234 via a pressing ring 251. A concave portion 250 a provided continuously in the circumferential direction on the lower surface of the nozzle and a vacuum line 252 extending in the suction head 234 communicate with each other through a communication hole 250 b provided in the suction ring 250. Thus, the substrate W is sucked and held by evacuating the concave portion 250a. Thus, by holding the substrate W by evacuating it with a small width (in the radial direction), By minimizing the influence (deflection, etc.) on the substrate W due to the vacuum, and immersing the adsorption ring 250 in the plating solution (processing solution), not only the surface (lower surface) but also the edge of the substrate W It becomes possible to immerse in the plating solution. The release of the substrate W is N in the vacuum line 252.2To supply.
[0104]
On the other hand, the substrate receiver 236 is formed in a bottomed cylindrical shape that opens downward, a peripheral wall is provided with a substrate insertion window 236a for inserting the substrate W therein, and a disc protruding inward at the lower end. A claw portion 254 is provided. Further, a projection piece 256 having a taper surface 256 a serving as a guide for the substrate W on the inner peripheral surface is provided on the upper portion of the claw portion 254.
[0105]
Accordingly, as shown in FIG. 19, the substrate W is inserted into the substrate receiver 236 from the substrate insertion window 236a with the substrate receiver 236 lowered. Then, the substrate W is guided by the tapered surface 256 a of the protrusion piece 256, positioned, and placed and held at a predetermined position on the upper surface of the claw portion 254. In this state, the substrate receiver 236 is raised, and the upper surface of the substrate W placed and held on the claw portion 254 of the substrate receiver 236 is brought into contact with the suction ring 250 of the suction head 234 as shown in FIG. Next, the concave portion 250 a of the suction ring 250 is evacuated through the vacuum line 252, and the substrate W is sucked and held while the peripheral portion of the upper surface of the substrate W is sealed to the lower surface of the suction ring 250. Then, when performing the plating process, as shown in FIG. 21, the substrate receiver 236 is lowered by several mm, the substrate W is separated from the claw portion 254, and is brought into a state of being sucked and held only by the suction ring 250. Thereby, it can prevent that the peripheral part of the surface (lower surface) of the board | substrate W stops being plated by presence of the nail | claw part 254. FIG.
[0106]
FIG. 22 shows the details of the plating tank 200. The plating tank 200 is connected to a plating solution supply pipe 308 (see FIG. 27) at the bottom, and a plating solution recovery groove 260 is provided in the peripheral wall portion. Two rectifying plates 262 and 264 that stabilize the flow of the plating solution flowing upward are disposed inside the plating bath 200, and further, the plating solution introduced into the plating bath 200 is provided at the bottom. A temperature measuring device 266 for measuring the liquid temperature is installed. Moreover, the pH is 6-7 in the inside of the plating tank 200 which is located slightly above the liquid surface of the plating solution held in the plating tank 200 on the outer peripheral surface of the peripheral wall of the plating tank 200 and slightly obliquely upward in the diameter direction. 5 is provided with an injection nozzle 268 for injecting a stop liquid composed of a neutral liquid, for example, pure water. Thus, after the plating is finished, the substrate W held by the head portion 232 is pulled up slightly above the liquid surface of the plating solution to temporarily stop, and in this state, pure water (stopping liquid) is directed from the spray nozzle 268 toward the substrate W. The substrate W is immediately cooled by spraying, so that the plating can be prevented from proceeding with the plating solution remaining on the substrate W.
[0107]
Further, the upper end opening of the plating tank 200 is closed to prevent unnecessary evaporation of the plating solution from the plating tank 200 when the plating process such as idling is not performed. A plating tank cover 270 is installed so as to be freely opened and closed.
[0108]
As shown in FIG. 24, the plating tank 200 extends from the plating solution storage tank 302 at the bottom, and is connected to a plating solution supply pipe 308 having a plating solution supply pump 304 and a three-way valve 306 interposed therebetween. Thus, during the plating process, the plating solution is supplied into the plating tank 200 from the bottom, and the overflowing plating solution is recovered from the plating solution recovery groove 260 to the plating solution storage tank 302, so that the plating solution is recovered. It can be circulated. A plating solution return pipe 312 that returns to the plating solution storage tank 302 is connected to one outlet port of the three-way valve 306. Thus, the plating solution can be circulated even when the plating is on standby, thereby constituting a plating solution circulation system. In this way, by constantly circulating the plating solution in the plating solution storage tank 302 via the plating solution circulation system, the rate of decrease in the concentration of the plating solution is reduced as compared with the case where the plating solution is simply stored, The number of substrates W that can be processed can be increased.
[0109]
In particular, in this example, by controlling the plating solution supply pump 304, it is possible to individually set the flow rate of the plating solution that circulates during plating standby and plating processing. That is, the circulation flow rate of the plating solution at the time of plating standby is set to 2 to 20 L / min, for example, and the circulation flow rate of the plating solution at the time of plating treatment is set to 0 to 10 L / min, for example. This ensures a large circulating flow rate of plating solution during plating standby, keeps the temperature of the plating bath in the cell constant, and lowers the circulating flow rate of plating solution during plating to achieve a more uniform film thickness. A protective film (plating film) can be formed.
[0110]
A temperature measuring device 266 provided near the bottom of the plating tank 200 measures the temperature of the plating solution introduced into the plating tank 200, and based on this measurement result, the heater 316 and the flow meter 318 described below. To control.
[0111]
In other words, in this example, water heated by using a separate heater 316 and passed through the flow meter 318 is used as a heat medium, and the heat exchanger 320 is installed in the plating solution in the plating solution storage tank 302. A heating device 322 for indirectly heating the plating solution, and a stirring pump 324 for circulating and stirring the plating solution in the plating solution storage tank 302. This is because, in the case of plating, the plating solution may be used at a high temperature (about 80 ° C.), and this is to cope with this. According to this method, compared to the in-line heating method, It is possible to prevent unnecessary substances from being mixed into the delicate plating solution.
[0112]
FIG. 23 shows the details of the cleaning tank 202 attached to the side of the plating tank 200. A plurality of injection nozzles 280 for injecting a rinse liquid such as pure water upward are attached to the nozzle plate 282 at the bottom of the cleaning tank 202, and the nozzle plate 282 is arranged at the upper end of the nozzle vertical axis 284. It is connected to. Further, the nozzle vertical shaft 284 moves up and down by changing the screwing position of the nozzle position adjusting screw 287 and the nut 288 screwed to the screw 287, whereby the jet nozzle 280 and the jet nozzle 280 are moved. The distance from the substrate W arranged above can be adjusted optimally.
[0113]
Further, a cleaning liquid such as pure water is sprayed into the cleaning tank 202 at a position slightly above the diametrical direction, slightly above the spray nozzle 280 on the outer peripheral surface of the peripheral wall of the cleaning tank 202, and the head of the substrate head 204. A head cleaning nozzle 286 for spraying the cleaning liquid on at least a portion in contact with the plating solution of the part 232 is installed.
[0114]
In this cleaning tank 202, the substrate W held by the head portion 232 of the substrate head 204 is disposed at a predetermined position in the cleaning tank 202, and a cleaning liquid (rinsing liquid) such as pure water is sprayed from the spray nozzle 280. Then, the substrate W is cleaned (rinsed). At this time, a cleaning liquid such as pure water is simultaneously ejected from the head cleaning nozzle 286, and at least a portion of the head portion 232 of the substrate head 204 that is in contact with the plating solution is By washing with the cleaning solution, it is possible to prevent the deposits from accumulating in the portion immersed in the plating solution.
[0115]
In the electroless plating apparatus 30, the substrate W is adsorbed and held by the head portion 232 of the substrate head 204 at the position where the substrate head 204 is raised, and the plating solution in the plating tank 200 is circulated. Let me.
When performing the plating process, the plating tank cover 270 of the plating tank 200 is opened, the substrate head 204 is lowered while rotating, and the substrate W held by the head portion 232 is immersed in the plating solution in the plating tank 200.
[0116]
Then, after the substrate W is immersed in the plating solution for a predetermined time, the substrate head 204 is raised, the substrate W is pulled up from the plating solution in the plating tank 200, and if necessary, the substrate W is applied to the substrate W as described above. The substrate W is immediately cooled by spraying pure water (stop liquid) from the spray nozzle 268 toward the substrate, and the substrate head 204 is further lifted to lift the substrate W to a position above the plating tank 200 to rotate the substrate head 204. Stop.
[0117]
Next, the substrate head 204 is moved to a position directly above the cleaning tank 202 while the substrate W is sucked and held by the head portion 232 of the substrate head 204. Then, while rotating the substrate head 204, the substrate head 204 is lowered to a predetermined position in the cleaning tank 202, and a cleaning liquid (rinsing liquid) such as pure water is sprayed from the spray nozzle 280 to clean (rinse) the substrate W. A cleaning liquid such as pure water is ejected from the cleaning nozzle 286, and at least a portion of the head portion 232 of the substrate head 204 that comes into contact with the plating solution is cleaned with the cleaning liquid.
[0118]
After the cleaning of the substrate W is completed, the rotation of the substrate head 204 is stopped, the substrate head 204 is raised, the substrate W is pulled up to a position above the cleaning tank 202, and the substrate head 204 is further transferred to the transfer robot 16. The substrate W is transferred to the transfer robot 16 and transferred to the next process.
[0119]
As shown in FIG. 24, the electroless plating apparatus 30 measures the amount of the plating solution held by the electroless plating apparatus 30 and, for example, uses a spectrophotometric method, titration method, electrochemical measurement, etc. The plating solution management unit 330 is provided for analyzing the composition of the above and replenishing the insufficient components in the plating solution. Then, these analysis results are signal-processed, and the deficient components in the plating solution are supplied from a supply tank (not shown) to the plating solution storage tank 302 using a metering pump or the like to manage the amount and composition of the plating solution. Thus, thin film plating can be realized with good reproducibility.
[0120]
The plating solution management unit 330 has a dissolved oxygen concentration meter 332 that measures the dissolved oxygen in the plating solution held by the electroless plating apparatus 30 by, for example, an electrochemical method. According to the instruction, the dissolved oxygen concentration in the plating solution can be controlled to be constant, for example, by degassing, nitrogen blowing or other methods. Thus, the plating reaction can be realized with good reproducibility by controlling the dissolved oxygen concentration in the plating solution to be constant.
[0121]
If the plating solution is repeatedly used, certain components accumulate due to bringing in from the outside or decomposition of itself, which may lead to reproducibility of plating and deterioration of film quality. By adding a mechanism for selectively removing such specific components, it is possible to extend the liquid life and improve reproducibility.
[0122]
FIG. 25 shows an example of a polishing apparatus (CMP apparatus) 32. The polishing apparatus 32 includes a polishing table 822 that forms a polishing surface by attaching a polishing cloth (polishing pad) 820 to the upper surface, and a top ring 824 that holds the substrate W with the surface to be polished facing the polishing table 822. I have. Then, the polishing table 822 and the top ring 824 are each rotated, and the polishing table 822 is supplied to the polishing table 822 with a constant pressure by the top ring 824 while supplying the polishing liquid from the polishing liquid nozzle 826 installed above the polishing table 822. By pressing against the polishing cloth 820, the surface of the substrate W is polished. In addition, you may use what employ | adopted the fixed abrasive system which put the abrasive grain beforehand as a polishing pad.
[0123]
When the polishing operation is continued using such a CMP apparatus, the polishing force of the polishing surface of the polishing pad 820 decreases. In order to recover this polishing force, a dresser 828 is provided, and the substrate W to be polished by this dresser 828 is provided. The dressing (dressing) of the polishing pad 820 is performed at the time of replacement. In this dressing process, while pressing the dressing surface (dressing member) of the dresser 328 against the polishing cloth 820 of the polishing table 822, by rotating them, the abrasive fluid and cutting waste adhering to the polishing surface are removed, The polished surface is flattened and sharpened to regenerate the polished surface. Further, a monitor for monitoring the surface state of the substrate may be attached to the polishing table 822, and the end point of polishing may be detected in-situ, and the substrate may be detected in-situ. A monitor for inspecting the finished state of the above may be attached.
[0124]
FIG.26 and FIG.27 shows the film thickness measuring device 24 provided with the inversion machine. As shown in the figure, the film thickness measuring device 24 includes a reversing machine 339, and the reversing machine 339 includes reversing arms 353 and 353. The reversing arms 353 and 353 have a function of sandwiching and holding the outer periphery of the substrate W from both left and right sides, and reversing it by rotating it 180 degrees. A circular mounting base 355 is installed immediately below the reversing arms 353 and 353 (reversing stage), and a plurality of film thickness sensors S are installed on the mounting base 355. The mounting base 355 is configured to be movable up and down by a drive mechanism 357.
[0125]
When the substrate W is reversed, the mounting base 355 stands by at the position indicated by the solid line below the substrate W, and rises to the position indicated by the dotted line before or after the reversal to move the film thickness sensor S to the reversing arms 353 and 353. The film is brought close to the gripped substrate W and the film thickness is measured.
[0126]
According to this example, since there is no restriction such as an arm of the transfer robot, the film thickness sensor S can be installed at an arbitrary position on the mounting base 355. In addition, since the mounting base 355 is configured to be movable up and down, the distance between the substrate W and the sensor can be adjusted during measurement. It is also possible to attach a plurality of types of sensors according to the detection purpose and change the distance between the substrate W and each sensor for each measurement of the sensor. However, since the mounting base 355 moves up and down, a measurement time is required.
[0127]
Here, as the film thickness sensor S, for example, an eddy current sensor is used. The eddy current sensor generates an eddy current and measures the film thickness by detecting the frequency and loss of the current that has returned through conduction through the substrate W, and is used in a non-contact manner. Further, an optical sensor is also suitable as the film thickness sensor S. The optical sensor can irradiate the sample with light and measure the film thickness directly from the information of the reflected light. It can measure the film thickness of not only metal films but also oxide films. It is. The installation position of the film thickness sensor S is not limited to that shown in the figure, and an arbitrary number is attached to a place to be measured.
[0128]
Next, a series of processes for forming the copper wiring on the substrate on which the seed layer 6 is formed shown in FIG. 1A by the substrate processing apparatus configured as described above will be described with further reference to FIG.
[0129]
First, the substrates W having the seed layer 6 formed on the surface are taken out one by one from the transport box 10 and loaded into the load / unload station 14. Then, the substrate W carried into the load / unload station 14 is transported to the film thickness measuring device 24 by the transport robot 16, and the initial film thickness (the film thickness of the seed layer 6) is measured by the film thickness measuring device 24, Thereafter, if necessary, the substrate is inverted and transported to the plating apparatus 18, where the copper layer 7 is deposited on the surface of the substrate W as shown in FIG. Embedding.
[0130]
Then, the substrate on which the copper layer 7 is formed is transported to the cleaning / drying device 20 by the transport robot 16, and the substrate W is cleaned with pure water and spin dried, or the plating device 18 has a spin drying function. If it is provided, the substrate W is spin-dried (liquid drained) by the plating device 18, and the dried substrate is transported to the bevel etching / back surface cleaning device 22.
[0131]
In this bevel etching / back surface cleaning apparatus 22, unnecessary copper adhering to the bevel (edge) portion of the substrate W is removed by etching, and at the same time, the back surface of the substrate is cleaned with pure water or the like. When the robot 16 transports the substrate W to the cleaning / drying device 20 and cleans the substrate W with pure water to spin dry, or the bevel etching / back surface cleaning device 22 has a spin drying function, The substrate W is spin-dried by the bevel etching / back surface cleaning device 22, and the dried substrate is transported to the heat treatment device 26 by the transport robot 16.
[0132]
The heat treatment apparatus 26 performs heat treatment (annealing) of the substrate W. And the board | substrate W after this heat processing is conveyed to the film thickness measuring device 24 with the conveyance robot 16, and the film thickness of copper is measured here, From the difference between this measurement result and the measurement result of the above-mentioned initial film thickness, The film thickness of the layer 7 (see FIG. 1 (b)) is obtained, and for example, the plating time for the substrate is adjusted next by the film thickness after this measurement. Perform additional film formation. Then, the substrate W after the film thickness measurement is transferred to the polishing apparatus 32 by the transfer robot 16.
[0133]
With this polishing apparatus 32, as shown in FIG. 1C, the unnecessary copper layer 7 and seed layer 6 deposited on the surface of the substrate W are polished and removed, and the surface of the substrate W is flattened. At this time, for example, the film thickness and the finish of the substrate are inspected by a monitor, and when the end point is detected by this monitor, the polishing is finished. Then, the polished substrate W is transported to the cleaning / drying device 20 by the transport robot 16, the substrate surface is cleaned with a chemical solution by the cleaning / drying device 20, and further washed with pure water (rinse), and then rotated at high speed. Spin dry. Then, the substrate W after the spin drying is transferred to the pretreatment apparatus 28 by the transfer robot 16.
[0134]
In this pretreatment device 28, for example, at least one pretreatment for plating such as adhesion of a Pd catalyst to the substrate surface or removal of an oxide film adhering to the exposed surface of the substrate is performed. Then, the substrate after the plating pretreatment is transferred to the cleaning / drying apparatus 20 by the transfer robot 16 as described above, and the substrate W is cleaned with pure water and spin dried, or the preprocessing apparatus 28 is used. If the substrate is provided with a spin drying function, the substrate W is spin-dried (liquid drained) by the pretreatment device 28 and the dried substrate is transported to the electroless plating device 30 by the transport robot 16. .
[0135]
With this electroless plating apparatus 30, as shown in FIG. 1D, for example, electroless Co—WP plating is applied to the exposed surface of the wiring 8, and the exposed surface to the outside of the wiring 8 is coated with Co. A protective film (plating film) 9 made of a WP alloy film is selectively formed to protect the wiring 8. The thickness of the protective film 9 is about 0.1 to 500 nm, preferably about 1 to 200 nm, and more preferably about 10 to 100 nm. At this time, for example, the film thickness of the protective film 9 is monitored, and when the film thickness reaches a predetermined value, that is, when an end point is detected, the electroless plating is terminated.
[0136]
Then, after the electroless plating is completed, the substrate is transported to the cleaning / drying device 20 by the transport robot 16, and the substrate surface is cleaned with a chemical solution by the cleaning / drying device 20, and further washed with pure water (rinse). Spin at high speed to spin dry. Then, the substrate W after the spin drying is returned into the transport box 10 by the transport robot 16 via the load / unload station 14.
[0137]
  FIG.The otherThis shows the device. ThisNome3 is different from that shown in FIG. 3 in that the substrate stage 504 is provided with a flattened substrate mounting surface 504e on the surface thereof, and the substrate W is mounted on the surface of the substrate mounting surface 504e. Is placed and held in direct contact with each other. Other configurations are the same as those shown in FIG.
[0138]
  Figure 30, FurtherTo othersNomeThis shows the device. ThisNomeThe difference from the apparatus shown in FIG. 3 is that the substrate stage 504 has a concave portion 504f formed on the surface thereof, and a backing film 564 adhered to the concave portion 504f. This is the point that the substrate W is brought into contact with the surface and held. Other configurations are the same as those shown in FIG.
[0139]
  FIG., FurtherTo othersNomeThis shows the device. ThisNomeThe difference from the apparatus shown in FIG. 30 is that an electrode head 502 having a smaller diameter than that of the substrate stage 504 is used. In this example, since the diameter of the electrode head 502 is smaller than the diameter of the substrate stage 504, if plating is performed with the electrode head 502 and the substrate stage 504 fixed, the electrode head 502 is held by the substrate stage 504. Plating cannot be performed over the entire surface of the substrate W. Therefore, in this example, when performing plating by connecting the cathode electrode 512 and the anode 526 to the plating power source 560, the electrode head 502 is swung via the swing arm 500, and the simultaneous electrode head 502 or At least one of the substrate stages 504 is rotated. Other configurations are the same as those shown in FIG.
[0140]
  Figure 32, FurtherTo othersNomeThis shows the device.This exampleShown in FIG.ExampleThe difference is that a driving body 580 that functions as a pressing / separating mechanism is attached to the free end of the swing arm 500 by rotating up and down independently of the swing arm 500. The driving body 580 and the vertically moving housing 522 in which the anode 526 is housed and the lower end opening is closed with the porous body 528 to define the anode chamber 530 are disposed in the vertically moving housing 522. The ball bearing 584 is connected to the support body 582 via the support body 582, and the vertical movement housing 522 is pressed through the ball bearing 584 with the load concentrated on one point as the drive body 580 moves up and down. It is in.
[0141]
In this example, the drive body 580 is provided with a flange 580a, and the support body 582 is provided with a flange 582a serving as a stopper. Then, a stopper pin 588 protruding downward in a state where an elastic force is applied by a compression coil spring 586 is attached to the flange 580a of the driving body 580, and the lower end of the stopper pin 588 is elastically attached to the flange (stopper) 582a of the support 582. Thus, the support body 582 and the vertical movement housing 522 are kept horizontal. Other configurations are the same as those shown in FIG.
[0142]
In this example, copper is used as the wiring material, but copper alloy, silver, silver alloy, or the like may be used in addition to this copper.
[0143]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the plating material is preferentially plated inside the wiring groove (trench) or the microhole (via hole) to embed the wiring material (metal film), so that after the plating, The flatness of the surface can be improved. This can reduce or omit the load of the selective etching process of the convex portion such as CMP, and can solve not only cost reduction but also problems peculiar to CMP such as dishing and oxide erosion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of wiring formation in a semiconductor device in order of steps.
[Figure 2]MeIt is a top view of the substrate processing apparatus provided with the etching apparatus.
3 is a schematic view showing a main part of the plating apparatus shown in FIG.
4 is a time chart for explaining the operation of the electrode head in the plating apparatus shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a system diagram showing an example of a plating solution management and supply system.
6 is a longitudinal front view showing an example of the cleaning / drying apparatus shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 7 is also a plan view.
FIG. 8 is a schematic view showing an example of the bevel etching / back surface cleaning apparatus shown in FIG. 3;
9 is a longitudinal front view showing an example of the heat treatment apparatus shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 10 is a plan sectional view of the same.
FIG. 11 is a front view of the pretreatment apparatus shown in FIG. 3 when the substrate is delivered.
FIG. 12 is a front view of the chemical solution treatment in the same manner.
FIG. 13 is a front view of the same during rinsing.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the processing head when the substrate is delivered.
15 is an enlarged view of a portion A in FIG. 14 similarly. FIG.
FIG. 16 is a view corresponding to FIG. 15 when the substrate is fixed.
FIG. 17 is also a system diagram.
18 is a cross-sectional view showing a substrate head at the time of substrate delivery of the electroless plating apparatus shown in FIG.
FIG. 19 is an enlarged view of a portion B in FIG. 18 similarly.
20 is a view corresponding to FIG. 19 showing the substrate head when the substrate is fixed. FIG.
FIG. 21 is also a view corresponding to FIG. 19 showing the substrate head during plating.
FIG. 22 is a partially cut front view showing the plating tank when the plating tank cover is closed.
FIG. 23 is a cross-sectional view showing a cleaning tank in the same manner.
FIG. 24 is a system diagram similarly.
25 is a schematic view showing an example of the polishing apparatus shown in FIG.
26 is a schematic front view of the vicinity of a reversing machine in the film thickness measuring instrument shown in FIG.
FIG. 27 is a plan view of the reversing arm portion in the same manner.
FIG. 28 is a process flow diagram for the substrate processing apparatus shown in FIG. 3;
FIG. 29OtherIt is a schematic diagram which shows the principal part of a check apparatus.
FIG. 30FurtherTo othersNomeIt is a schematic diagram which shows the principal part of a check apparatus.
FIG. 31FurtherTo othersNomeIt is a schematic diagram which shows the principal part of a check apparatus.
FIG. 32FurtherTo othersNomeIt is a schematic diagram which shows the principal part of a check apparatus.
[Explanation of symbols]
3 Micropores (microscopic recesses)
4 Wiring groove (fine recess)
6 Seed layer
7 Copper layer
8 Wiring
9 Protective film
10 Transport box
12 Device frame
14 Load / Unload Station
16 Transport robot
18 Plating equipment
20 Cleaning and drying equipment
22 Bevel etching and back surface cleaning equipment
24 Film thickness measuring instrument
26 Heat treatment equipment
28 Pretreatment device
30 Electroless plating equipment
32 Polishing equipment
58 Substrate holder
60 processing head
100 treatment tank
102 Lid
112 Nozzle plate
112a injection nozzle
124 Nozzle plate
124a injection nozzle
200 plating tank
202 Cleaning tank
204 Substrate head
230 Housing part
232 head
234 Suction head
268 injection nozzle
270 Plating tank cover
280 Injection nozzle
282 Nozzle plate
286 Head cleaning nozzle
320 heat exchanger
322 Heating device
324 stirring pump
422 Substrate stage
500 Swing arm
502 Electrode head
504 Substrate stage
506 Cathode part
512 Cathode electrode
514 Seal material
520 rotating housing
522 Vertical motion housing
524 Rotating body
526 anode
528 Porous material
530 Anode chamber
532 Plating solution impregnated material
534 Porous pad
534b Upper layer pad
534a Lower layer pad
540, 542, 546 Airbag (Pressing separation mechanism)
550, 552, 554 Pressurized fluid introduction pipe
556 Plating solution introduction pipe
558 Pressurized fluid introduction pipe
560 Plating power supply
562 Power supply port
564 Backing film
580 Driver (Pressing and separating mechanism)
582 Support
584 Ball bearing
588 Stopper pin
600 Plating solution tray
604 reservoir
608 Plating solution adjustment tank
610 Temperature controller
612 Plating solution analysis unit
820 polishing cloth
822 Polishing table
824 Top Ring
826 Abrasive nozzle
922 Substrate stage
924 Center nozzle
926 edge nozzle
928 Back nozzle
1002 chamber
1004 Hot plate
1006 Cool plate

Claims (2)

配線用の微細凹部を有する基板上にシード層を形成し、このシード層とアノードとの間にめっき液を満たしつつ通電してめっきを行い、前記微細凹部内に配線材料を充填するめっき方法であって、
前記シード層と前記アノードとの間に配置した保水性を有する多孔質体を前記シード層に任意の圧力で押圧しつつ、前記シード層と前記アノードとの間に通電してめっきを行うめっき工程と、該めっき工程の後に前記シード層と前記アノードとの間の通電を解き、前記多孔質体を前記シード層から離して前記多孔質体と前記シード層との間のめっき液をリフレッシュさせる工程とを繰り返すことを特徴とするめっき方法。A plating method in which a seed layer is formed on a substrate having fine concave portions for wiring, and plating is performed by energizing while filling a plating solution between the seed layer and the anode, and the fine concave portions are filled with a wiring material. There,
A plating step of performing plating by energizing the seed layer and the anode while pressing a porous body having water retention disposed between the seed layer and the anode to the seed layer with an arbitrary pressure. And after the plating step, releasing the current between the seed layer and the anode, separating the porous body from the seed layer, and refreshing the plating solution between the porous body and the seed layer. The plating method characterized by repeating . 前記シード層と前記アノードとの間に通電してめっきを行うめっき工程に先だって、前記多孔質体を前記シード層に任意の圧力で押圧しつつ、両者を相対移動させることを特徴とする請求項１記載のめっき方法。Prior to the plating step of performing plating by energizing between the seed layer and the anode, the porous body is pressed against the seed layer with an arbitrary pressure, and the two are relatively moved. The plating method according to 1 .
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