(57)【要約】【課題】  例え微細化されたトレンチ等の配線用凹部であっても、この内部にめっき液等の処理液を確実に浸入させて、めっき等の所定の処理を行うことができるようにする。【解決手段】上方に開口し減圧部に接続された処理槽３２と、該処理槽３２の上方に配置され下面に基板Ｗを保持する上下動自在な基板保持ヘッド１０を有し、基板Ｗを保持した基板保持ヘッド１０で処理槽３２の開口部を覆って該処理槽３２を密閉させて内部を減圧した後、処理槽３２内に導入した処理液Ｑに基板Ｗを接触させて該基板Ｗの処理を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方に開口し減圧部に接続された処理槽と、該処理槽の上方に配置され下面に基板を保持する上下動自在な基板保持ヘッドを有し、
基板を保持した前記基板保持ヘッドで前記処理槽の開口部を覆って該処理槽を密閉させて内部を減圧した後、処理槽内に導入した処理液に基板を接触させて該基板の処理を行うことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記処理槽内に導入する処理液中の溶存気体を脱気する脱気装置を有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記処理槽は、めっき前処理を行う前処理槽あることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記処理槽は、内部にめっき液を導入してめっきを行うめっき槽であることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
【請求項５】
処理槽側に基板を位置させて該基板を基板保持ヘッドで保持し、
前記基板保持ヘッドで前記処理槽の開口部を覆って該処理槽を密閉させ、
前記密閉させた処理槽内を減圧した後、
前記処理槽内に処理液を導入し該処理液に基板を接触させて基板の処理を行うことを特徴とする基板処理方法。
【請求項６】
前記基板の処理は、めっき前処理及び／またはめっき処理であることを特徴とする請求項５記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板の表面（被処理面）に形成された微細な配線用凹部内に無電解めっきで銅等の金属（配線材料）を埋込んで埋込み配線を形成する際の前処理及び／またはめっき処理に使用される基板処理装置及び基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体ウェハ等の基板上に配線回路を形成するための金属材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細な配線用凹部の内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜し、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図７は、この種の銅配線基板Ｗの製造例を工程順に示す。先ず、図７（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２やＬｏｗ−Ｋ材からなる絶縁膜（層間絶縁膜）２を堆積し、絶縁膜２の内部に、リソグラフィ・エッチング技術により、配線用凹部としてのコンタクトホール３とトレンチ４を形成する。そして、その上にＴａＮ等からなるバリア層５、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７を形成する。
【０００４】
そして、図７（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に電解銅めっきを施すことで、コンタクトホール３及びトレンチ４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅膜６、シード層７及びバリア層５を除去して、コンタクトホール３及びトレンチ４内に充填させた銅膜６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７（ｃ）に示すように、絶縁膜２の内部に銅膜６からなる配線を形成する。
【０００５】
前述のように、基板Ｗの表面に設けたコンタクトホール３及びトレンチ４内への銅の埋込みは、優れた埋込み特性を有する電解めっきで一般に行われているが、この銅の埋込みを、無電解めっきによって行うことが検討されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、無電解めっきでトレンチ等への銅の埋込みを行おうとすると、図８に示すように、基板Ｗの表面をめっき液や前処理液等の処理液Ｑに接触させた時、基板Ｗの表面に設けたトレンチ４等の内部に残留している空気等の気体Ａが外部に逃げることなくそのまま滞留して、処理液Ｑをトレンチ４等の内部に確実に浸入させることができず、トレンチ４等の内部に対するめっきや前処理等の所定の処理を行うことができなくなる。特に、配線の微細化に伴って、トレンチ４等がより微細化するに従って、このような弊害が編著になる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、例え微細化されたトレンチ等の配線用凹部であっても、この内部にめっき液や前処理液等の処理液を確実に浸入させて、めっきや前処理等の所定の処理を行うことができるようにした基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、上方に開口し減圧部に接続された処理槽と、該処理槽の上方に配置され下面に基板を保持する上下動自在な基板保持ヘッドを有し、基板を保持した前記基板保持ヘッドで前記処理槽の開口部を覆って該処理槽を密閉させて内部を減圧した後、処理槽内に導入した処理液に基板を接触させて該基板の処理を行うことを特徴とする基板処理装置である。
【０００９】
このように、基板を予め減圧した雰囲気内に置くことで、基板の表面に形成されたトレンチ等の内部も減圧させて、基板を処理液に接触させた時に、処理液のトレンチ等の内部への浸入を促すことができる。しかも、基板を基板保持ヘッドで保持したまま該基板の表面に対するめっきや前処理等の処理を行うことで、基板に対する連続した処理を可能として、スループットを向上させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記処理槽内に導入する処理液中の溶存気体を脱気する脱気装置を有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置である。
特に、脱気装置で液中の溶存気体を脱気した後のめっき液を循環させてめっき処理に使用することで、めっき液中の溶存気体がめっき液の注入に伴って気泡となってめっき液中に混入し、めっき液中に残ってしまうことを防止することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記処理槽は、めっき前処理を行う前処理槽あることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置である。
請求項４に記載の発明は、前記処理槽は、内部にめっき液を導入してめっきを行うめっき槽であることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置である。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、処理槽側に基板を位置させて該基板を基板保持ヘッドで保持し、前記基板保持ヘッドで前記処理槽の開口部を覆って該処理槽を密閉させ、前記密閉させた処理槽内を減圧した後、前記処理槽内に処理液を導入し該処理液に基板を接触させて基板の処理を行うことを特徴とする基板処理方法である。
請求項６に記載の発明は、前記基板の処理は、めっき前処理及び／またはめっき処理であることを特徴とする請求項５記載の基板処理方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基板の表面に形成されたトレンチ等の内部を減圧させ、基板を処理液に接触させた時に、処理液のトレンチ等の内部への浸入を促すことで、例えば微細化されたトレンチにおいても、この内部に前処理液やめっき液等の処理液を確実に浸入させて、前処理やめっき等の処理が可能となる。しかも、基板保持ヘッドで基板を保持したままこの処理を行うことで、スループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。この例では、図７（ａ）に示すように、絶縁膜２の内部に配線用凹部としてのコンタクトホール３とトレンチ４を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリア層５、更に、必要に応じてシード層７を形成した基板Ｗを用意し、この基板Ｗの表面に、プリウェット等のめっき前処理及び無電解銅めっき処理を順に施すことで、コンタクトホール３及びトレンチ４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅膜６を堆積するようにした無電解めっき装置に適用した例を示す。
【００１５】
図１乃至図３に示すように、この無電解めっき装置（基板処理装置）は、基板を着脱自在に保持する基板保持ヘッド１０を有する基板保持部１２と、処理槽としてのめっき槽１４とを上下に備えている。基板保持部１２は、固定枠１６と、この固定枠１６に対して相対的に上下動する移動枠１８を備えており、移動枠１８には、ヘッド回転用サーボモータ（図示せず）が備えられている。これによって、基板保持ヘッド１０は、移動枠１８と一体になって上下動し、サーボモータの駆動に伴って、移動枠１８とは独立に回転する。
【００１６】
基板保持ヘッド１０は、その下面に、表面（被処理面）を下向きにして基板Ｗの裏面を吸着等で保持する保持台２０（図２及び図３参照）を有しており、この保持台２０の外径は、基板保持ヘッド１０の外径より小さく、且つ基板Ｗの外径より大きい値に設定されている。
【００１７】
基板保持部１２の下方に配置されためっき槽（処理槽）１４の外周部には、めっき槽１４の上端開口部を開閉する駆動式カバー２２に取付けた一対の脚部２４が回転自在に支承されている。更に、脚部２４には、クランク２６が一体に連結され、このクランク２６の自由端は、シリンダ２８のロッド３０に回転自在に連結されている。これにより、駆動式カバー２２は、シリンダ２８の作動に伴って、めっき槽１４の上端開口部を覆う処理位置と、めっき槽１４の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。
【００１８】
駆動式カバー２２の上面には、めっき前処理（プリウェット処理）を行う処理槽としての前処理槽３２が取付けられている。この前処理槽（処理槽）３２は、図２に示すように、上方に開放した有底円筒状に形成され、この内径は、保持台２０の外径より大きく、かつ基板保持ヘッド１０の外径より小さく設定されている。そして、駆動式カバー２２がめっき槽１４の上端開口部を覆う処理位置にある時に、基板保持ヘッド１０を下降させ、この下端面を前処理槽３２の上端面に当接させることで、前処理槽３２内が密閉された状態になり、基板保持ヘッド１０で保持された基板Ｗが、密閉された前処理槽３２内に位置するようになっている。この例では、密閉された前処理槽３２の容積が可能な限り小さくなるように、基板保持ヘッド１０に保持台２０を設けている。
【００１９】
この前処理槽３２の底部には、前処理槽３２の内部に純水及び／または薬液等の処理液Ｑを導入する処理液供給管３４に接続され、この処理液供給管３４には、真空ポンプ３５と脱気膜モジュール３６からなり処理液中の溶存気体を除去する脱気装置３８と、開閉弁４０ａが設置されている。前処理槽３２には、この内部に溜まった純水等の処理液を外部に排出する処理液排出管４２が接続され、この処理液排出管４２には、開閉弁４０ｂが設置されている。
【００２０】
更に、処理槽３２には、例えば真空ポンプに接続された排気管４４を有する減圧部４６の該排気管４４が接続され、この排気管４４には、開閉弁４０ｃが設置されている。これにより、基板保持ヘッド１０によって密閉された前処理槽３２の内部は、減圧部４６を介して減圧できるようになっている。
【００２１】
めっき槽１４は、図３に示すように、内部が減圧できるようになっていてもよい。この場合、めっき槽１４は、図３に示すように、上方に開放した形状に形成されており、この上端部には、保持台２０の外径より大きく、且つ基板保持ヘッド１０の外径より小さく設定された内径を有するリング状の当接部５０が設けられている。これにより、駆動式カバー２２がめっき槽１４の側方の待避位置にある時に、基板保持ヘッド１０を下降させ、この下端面をめっき槽１４の当接部５０に当接させることで、めっき槽１４内が密閉された状態になり、基板保持ヘッド１０で保持された基板Ｗが、密閉されためっき槽１４内に位置するようになっている。
【００２２】
めっき槽１４の底部には、めっき液タンク５２から延びるめっき液供給管５４が接続され、このめっき液供給管５４には、送液ポンプ５５、濾過フィルタ５６、真空ポンプ５８と脱気膜モジュール６０からなりめっき液中の溶存気体を除去する脱気装置６２、及び開閉弁４０ｄが設置されている。更に、めっき槽１４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６４ａ，６４ｂが配置されている。
【００２３】
めっき槽１４の外周部には、めっき槽１４をオーバーフローしためっき液を溜めるオーバーフロー溝６６が設けられ、このオーバーフロー溝６６とめっき液タンク５２は、第１めっき液排出管６８で繋がれ、この第１めっき液排出管６８には開閉弁４０ｅが設置されている。めっき槽１４の周壁部には、上方に位置する整流板６４ｂのやや下方に位置して、めっき液出口７０が設けられ、このめっき液出口７０とめっき液タンク５２は、第２めっき液排出管７２で繋がれ、この第２めっき液排出管７２には開閉弁４０ｆが設置されている。
【００２４】
更に、前述の前処理槽３２とほぼ同様に、めっき槽１４には、例えば真空ポンプに接続された排気管７４を有する減圧部７６の該排気管７４が接続され、この排気管７４には、開閉弁４０ｇが設置されている。これにより、基板保持ヘッド１０によって密閉されためっき槽１４の内部は、減圧部７６を介して減圧できるようになっている。
【００２５】
次に、上記無電解めっき装置の使用例を図４を参照して説明する。先ず、図１に示すように、基板保持ヘッド１０が上昇した基板搬入位置に位置する状態で、基板を装置の内部に搬入して基板保持ヘッド１０で保持する。駆動式カバー２２は、図１の実線で示すように、めっき槽１４の上端開口部を覆う処理位置にある。
【００２６】
そして、基板保持ヘッド１０を下降させ、この下端面を前処理槽３２の上端面に当接させることで、図２に示すように、前処理槽３２が基板保持ヘッド１０で密閉された状態になり、基板保持ヘッド１０で保持された基板Ｗが、密閉された前処理槽３２内に位置するようにする。この状態で、先ず減圧部４６の排気管４４に設置した開閉弁４０ｃを開き、排気管４４を通して前処理槽３２内を排気することで、密閉された前処理槽３２の内部を減圧する。そして、密閉された前処理槽３２の内部が所定の圧力に減圧された時に、開閉弁４０ｃを閉じる。
【００２７】
次に、処理液供給管３４の開閉弁４０ａを開き、前処理槽３２の底部に、脱気装置３８で液中の溶存気体を脱気させた純水等の処理液Ｑを導入して、この処理液Ｑに基板Ｗの表面（下面）を接触させる。そして、開閉弁４０ａを閉じて、処理液の供給を停止する。これによって、基板Ｗのめっき前処理（プリウェット処理）を行う。この時に前処理槽３２の底部に導入する純水等の処理液Ｑは、基板Ｗの表面を浸す程度の必要最小限でよく、また、脱気した純水を使用することで、高い効果を有する基板Ｗのめっき前処理（プリウェット処理）を行うことができる。この処理液供給時に、基板Ｗを停止させてもよいが、基板保持ヘッド１０を介して、基板Ｗを回転させるようにしてもよい。
【００２８】
所定時間経過後、処理液排出管４２の開閉弁４０ｂを開き、前処理槽３２の底部に溜まった処理液Ｑを、処理液排出管４２を通して、外部に排出し回収（廃液）する。この処理液の回収（廃液）を終了した後、開閉弁４０ｂを閉じる。
【００２９】
次に、基板保持ヘッド１０を基板搬入位置または待避位置まで上昇させ、基板Ｗを、例えば１０００ｒｐｍの回転速度で回転させて、基板Ｗの表面に付着した純水等の処理液を遠心力で吹き飛ばし、基板Ｗの表面を、濡れ性を保ちながらセミドライ状態にする。これによって、基板Ｗの表面に多量の処理水が付着して、めっき等の性能が低下するのを防止する。この時、基板Ｗのトレンチ４（図５参照）内に処理液（純水）が脱落することなく残留していても構わない。トレンチ４内に処理液（純水）が残留していても、非常に微量であるため、このままの状態で、めっき液に接触させると、トレンチ４内に処理液（純水）は、十分めっき液に置換されてしまうため問題とはならない。
【００３０】
しかる後、めっき槽１４の上端開口部を覆う処理位置にあった駆動式カバー２２を、図２に仮想線で示すように、前処理槽３２の側方の待避位置まで移動させる。これによって、めっき槽１４の上方を開放させる。
【００３１】
そして、基板保持ヘッド１０を下降させ、この下端面をめっき槽１４の当接部５０に当接させることで、図３に示すように、めっき槽１４が基板保持ヘッド１０で密閉された状態になり、基板保持ヘッド１０で保持された基板Ｗが、密閉されためっき槽１４内に位置するようにする。めっき槽１４にあっては、めっき液供給管５４の送液ポンプ５５を駆動し、同時にめっき液供給管５４の開閉弁４０ｄ及び第２めっき液排出管７２の開閉弁４０ｆを開くことで、めっき槽１４内にめっき液を導入し、第２めっき液排出管７２を通して循環させておく。
【００３２】
めっき槽１４の内部を減圧する場合は、この状態で、先ず減圧部７６の排気管７４に設置した開閉弁４０ｇを開き、排気管７４を通してめっき槽１４内を排気することで、密閉されためっき槽１４の内部を減圧する。そして、密閉されためっき槽１４の内部が所定の圧力に減圧された時に、開閉弁４０ｇを閉じる。
【００３３】
次に、第２めっき液排出管７２の開閉弁４０ｆを閉じ、めっき槽１４内のめっき液の液面を上昇させて、基板保持ヘッド１０で保持した基板Ｗの表面をめっき槽１４内のめっき液に接触させる。この時、必要に応じて、基板保持ヘッド１０を介して、基板Ｗを低速で回転させる。これによって、基板Ｗの表面に無電解銅めっきを行って、図７（ｂ）に示すように、コンタクトホール３及びトレンチ４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅膜６を堆積する。このめっき時に、第１めっき液排出管６８の開閉弁４０ｅを開くことで、オーバーフローしためっき液をめっき液タンク５２に回収して循環させる。
【００３４】
めっき終了後、第２めっき液排出管７２の開閉弁４０ｆを開いて、めっき槽１４内のめっき液の液面を下降させ、しかる後、基板保持ヘッド１０をめっき槽１４のやや上方のめっき液切り位置まで上昇させる。ここで、基板保持ヘッド１０を高速で回転させて、基板Ｗや基板保持ヘッド１０に付着しためっき液の液切りを行う。この時に飛散しためっき液は、めっき槽１４内に回収される。そして、基板保持ヘッド１０を基板搬入位置または待避位置まで上昇させて停止させる。
【００３５】
次に、めっき槽１４の側方の待避位置にあった駆動式カバー２２を、めっき槽１４の上端開口部を覆う処理位置に位置させる。そして、基板保持ヘッド１０を下降させ、この下端面を前処理槽３２の上端面に当接させることで、図２に示すように、前処理槽３２が密閉された状態になり、基板保持ヘッド１０で保持された基板Ｗが、密閉された前処理槽３２内に位置するようにする。
なお、この時、前処理槽３２が密閉された状態になるようにする必要はなく、基板保持ヘッド１０を所定の位置まで下降させて停止させるようにしてもよい。
【００３６】
そして、処理液供給管３４の開閉弁４０ａを開き、前処理槽３２の内部に配置したスプレー用ノズル３４から、基板保持ヘッド１０で保持した基板Ｗに向けて、純水等の処理液を均一に噴霧して基板Ｗを洗浄する。そして、所定の時間経過後に、開閉弁４０ａを閉じて、基板の洗浄を終了する。基板の洗浄が終了した後、処理液排出管４２の開閉弁４０ｂを開き、前処理槽３２の底部に溜まった処理液を、処理液排出管４２を通して、外部に排出し回収（廃液）する。この処理液の回収（廃液）を終了した後、開閉弁４０ｂを閉じる。
【００３７】
次に、基板保持ヘッド１０を基板搬入位置まで上昇させて停止させ、しかる後、基板保持ヘッド１０を介して基板Ｗを高速で回転させることで、基板Ｗ及び基板保持ヘッド１０に付着した純水等の処理液の液切りを行う。この時、めっき槽１４の上端開口部は、駆動式カバー２２で覆われており、このため、この時に飛散した処理液がめっき槽１４内に混入することが防止される。
そして、液切り後の基板の基板保持ヘッド１０による保持を解除して、基板をロボットハンド等で次工程に搬送（搬出）する。
【００３８】
この例によれば、密閉状態の前処理槽３２の内部を減圧した後、前処理槽３２内に導入した純水等の処理液に基板を接触させて該基板のめっき前処理（プリウェット処理）を行うことで、図５に示すように、基板の表面に形成されたトレンチ４の内部も減圧させて、基板Ｗを処理液Ｑに接触させた時に、処理液Ｑのトレンチ４の内部への浸入を促すことができる。めっき槽１４にあっても同様に、密閉状態のめっき槽１４の内部を減圧した後、めっき槽１４内に導入した処理液（めっき液）に基板を接触させて該基板の処理（めっき処理）を行うことで、図５に示すように、基板の表面に形成されたトレンチ４の内部も減圧させて、基板Ｗを処理液（めっき液）Ｑに接触させた時に、処理液Ｑのトレンチ４の内部への浸入を促すことができる。
【００３９】
これによって、例え微細化されたトレンチ等の配線用凹部であっても、この内部に前処理液やめっき液等の処理液を確実に浸入させて、前処理やめっき等の所定の処理を確実に行うことができる
【００４０】
この例は、処理液供給管３４から前処理槽３２の内部に処理液Ｑを導入し、この前処理槽３２内に溜まった処理液Ｑに基板保持ヘッド１０で保持した基板Ｗを接触させるようにしているが、図６に示すように、前処理槽３２の内部に、処理液供給管３４に連通するノズル板８２を配置し、このノズル板８２に取付けたスプレー用ノズル８４から、基板保持ヘッド１０で保持した基板Ｗに向けて、純水等の処理液を均一に噴霧するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態の基板処理装置（無電解めっき装置）を示す正面図である。
【図２】図１に示す前処理槽の縦断面図である。
【図３】図１に示すめっき槽の縦断面図である、
【図４】図１に示す基板処理装置で基板の処理を行う時のフローチャートである。
【図５】本発明において、基板を処理液に接触させた時の状態を模式的に示す図である。
【図６】前処理槽の他の例を示す縦断面図である。
【図７】銅配線基板の製造例を工程順に示す図である。
【図８】従来例において、基板を処理液に接触させた時の状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  基板保持ヘッド
１２  基板保持部
１４  めっき槽（処理槽）
２０  保持台
２２  駆動式カバー
３２  前処理槽（処理槽）
３４  処理液供給管
３８，６２  脱気装置
４０ａ〜４０ｇ  開閉弁
４２  処理液排出管
４４，７４  排気管
４６，７６  減圧部
５２  めっき液タンク
５４  めっき液供給管
５６  濾過フィルタ
６４ａ，６４ｂ  整流板
６６  オーバーフロー溝
６８，７２  めっき液排出管
７０  めっき液出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007262526.tif 000005
【図４】
2007262526.tif 000006
【図５】
2007262526.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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