(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メッキ処理槽内に配置された半導体基板にメッキ処理により金属膜を形成する半導体基板のメッキ方法であって、
前記メッキ処理槽の内壁から内壁面に沿った方向にメッキ液を噴出させることにより前記半導体基板上方に前記メッキ液の回転流を形成してメッキ処理を行うことを特徴とする半導体基板のメッキ方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体基板のメッキ方法において、前記半導体基板を前記半導体基板に形成された配線溝を上側に向けた状態で前記メッキ処理槽内に配置し、前記半導体基板の上方にアノード電極を配設してメッキ処理を行うことを特徴とする半導体基板のメッキ方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の半導体基板のメッキ方法において、前記メッキ処理槽の内壁が円筒形であることを特徴とする半導体基板のメッキ方法。
【請求項４】
メッキ処理槽内に配置された半導体基板にメッキ処理により金属膜を形成する半導体基板のメッキ装置であって、
前記メッキ処理槽の内壁に形成され、前記内壁面に沿った方向にメッキ液を噴出させ、前記メッキ処理槽内の前記半導体基板上方に前記メッキ液の回転流を形成するメッキ液供給口を有することを特徴とする半導体基板のメッキ装置。
【請求項５】
請求項４記載の半導体基板のメッキ装置において、前記半導体基板が前記半導体基板に形成された配線溝を上側に向けた状態で前記メッキ処理槽内に配置され、前記メッキ処理槽の前記半導体基板の上方にアノード電極が配設されることを特徴とする半導体基板のメッキ装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の半導体基板のメッキ装置であって、前記メッキ処理槽の内壁が円筒形であることを特徴とする半導体基板のメッキ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、ウエハのメッキ処理に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造用のウエハは、その前工程において、前処理、メッキ、洗浄、乾燥等のウエハ処理工程を経た後、後工程の処理が行われる。従来、これらの処理のうちメッキ処理工程においては、メッキ槽上部にウエハのプロセス処理面を下に向けて配置し、ウエハのエッジ部にマイナス電極を接触させると共に、メッキ槽下部にプラス電極を配設し、メッキ槽下部からメッキ液をウエハに向けて供給して銅電解メッキを行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のメッキ装置では、プロセス処理面を下に向けたいわゆるフェイスダウン型の装置であるため、電解メッキに際して発生するガスがプロセス処理面に形成された配線溝に滞留し易い。また、条件によってはカソード側からもガスが発生することがあり、かかるガスはメッキ槽の上側、すなわちウエハの下面に溜まり易い。これに対しメッキ液を下側から噴出させることにより、発生ガスをメッキ液もろとも槽外に押し流すものもあるが、メッキ液の噴流では配線溝内に滞留したガスを完全に除去できないおそれもあり、また、メッキ液流に吹き溜まりが生じそこにガスが対流するおそれもある。特に、アスペクト比の高いウエハではガス残留の可能性が高く、その改善が望まれていた。
【０００４】
さらに、配線溝内にはメッキ処理以前には気体が入り込んでいるため、フェイスダウン型の場合、溝内の気体が保持されたまま装置に固定され、かつ、それは自然には抜け出ない状態にある。従って、メッキ液を下側から噴出させても溝内から気体を十分に排出できないおそれがあり、先の発生ガスの滞留も含め、溝内にメッキ液が完全に浸入せず成膜が不完全になるという問題もあった。特に、アスペクト比の高いものの場合には、溝内に入り込んだ発生ガスや既存の気体が排出されにくくその改善が望まれていた。
【０００５】
一方、溶解性のアノードを用いた場合には、微細なパーティクル状のものが発生する場合があり、それがウエハの溝に入り込むとこれも成膜不良の原因となる。ところが、前述のような装置では、メッキ液をオーバーフローさせて循環させるようにしても、その一部がメッキ槽内を対流するため、一旦メッキ液中にパーティクル状のものが発生するとそれがなかなか排出されず、ウエハの成膜処理の妨げとなるという問題もあった。
【０００６】
本発明の目的は、ウエハ表面、特にその配線溝内の気体を完全に排出してメッキ処理を行い得る半導体基板のメッキ方法ならびにメッキ装置を簡易な構成にて提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体基板のメッキ方法は、メッキ処理槽内に配置された半導体基板にメッキ処理により金属膜を形成する半導体基板のメッキ方法であって、前記メッキ処理槽の内壁から内壁面に沿った方向にメッキ液を噴出させることにより前記半導体基板上方に前記メッキ液の回転流を形成してメッキ処理を行うことを特徴としている。
【０００８】
この場合、前記半導体基板を前記半導体基板に形成された配線溝を上側に向けた状態で前記メッキ処理槽内に配置し、前記半導体基板の上方にアノード電極を配設してメッキ処理を行うようにしても良く、また、前記メッキ処理槽の内壁を回転流が形成され易いように円筒形に形成しても良い。
【０００９】
一方、本発明の半導体基板のメッキ装置は、メッキ処理槽内に配置された半導体基板にメッキ処理により金属膜を形成する半導体基板のメッキ装置であって、前記メッキ処理槽の内壁に形成され、前記内壁面に沿った方向にメッキ液を噴出させ、前記メッキ処理槽内の前記半導体基板上方に前記メッキ液の回転流を形成するメッキ液供給口を有することを特徴としている。
【００１０】
この場合、前記半導体基板を前記半導体基板に形成された配線溝を上側に向けた状態で前記メッキ処理槽内に配置し、前記メッキ処理槽の前記半導体基板の上方にアノード電極が配設するようにしても良く、また、前記メッキ処理槽の内壁を回転流が形成され易いように円筒形に形成しても良い。
【００１１】
これにより、半導体基板を回転させることなく、メッキ液が半導体基板上にまんべんなく行き渡ると共に、半導体基板上においてメッキ液が回転液流をなすためメッキ液が常に撹拌された状態となる。従って、半導体基板近傍のイオン濃度低下を減少させ良好な電解メッキを施すことが可能となる。さらに、半導体基板表面上にて気泡が発生しても、回転液流により気泡が半導体基板表面から払いのけられるため気泡が半導体基板上には残存せず、気泡によるメッキ不良を防止することができる。
【００１２】
一方、半導体基板がそのプロセス処理面を上に向けて載置されているため、配線溝内の気体がメッキ液内に放出され易いようになっており、メッキ液の噴流とともに配線溝内から気体を完全に排出できる。また、半導体基板上にて発生した気泡も配線溝内に入り込むことがなく、従来のフェイスダウン型の装置のように配線溝内に気体が残存したり気泡が入り込んだりすることもない。さらに、例えば不溶性アノードとしてアノードバスケットを用いた場合などアノード側からガスが発生する状況であっても、アノードが半導体基板の上方に位置する構成となっているため、発生したガスは半導体基板には向かうことなくメッキ処理槽外に排出される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるメッキ方法を適用した半導体製造装置の概要を示す説明図、図２〜図４は図１の半導体製造装置の要部構成を示す説明図であり、図２は平面図、図３は正面図、図４は右側面図である。
【００１４】
本発明による半導体製造装置は、いわゆるダマシンプロセスにおいて、例えば８インチのウエハに銅を成膜するメッキ処理するための装置である。当該装置では、円盤状の回転テーブル（以下、テーブルと略記する）１上にウエハ（半導体基板）２を載置し、テーブル１を回転させて各処理工程にウエハ２を移送するようになっている。
【００１５】
当該装置は、図１に示したように、モータ等の収容される駆動ユニット３上にテーブル１を配設し、それをカバー４にて覆った構成となっている。なお、図２〜図４はカバー４を省略した図となっている。この場合、ウエハ２はマガジン等によってウエハ供給部５に搬送され、バキュームによりウエハ２を吸着搬送するハンドリング装置（基板移送装置）６によってテーブル１に移送される。このテーブル１上に置かれたウエハ２は、テーブル１の回転に伴い、そのままハンドリングされることなく前処理、メッキ、洗浄、乾燥の各処理工程に順に移送される。そして、乾燥処理が終了した後、再びハンドリング装置６によってテーブル１から取り出され、ウエハ収納部７に移送される。
【００１６】
ここで、テーブル１は、図２〜４に示したように駆動ユニット３内に配設されたモータ８によって回転軸９を中心に回転するようになっている。この際、テーブル１は、割り出しユニットにより所定角度にて回転・停止できるようになっている。
【００１７】
また、テーブル１の外周側には、外周壁１０、内周壁１１および放射状に設けられた隔壁１２によって各々隔離形成されたウエハ収容室（基板収容部）１８が円周方向に沿って複数設けられている。そして、回転軸９の回転に伴い、これらのウエハ収容室１８が回転軸９を中心として円周方向に回転する。なお、当該装置ではこのウエハ収容室１８が処理工程数に対応して８個設けられているが、その数は適宜変更可能である。
【００１８】
このウエハ収容室１８内にはそれぞれ、円板状のチャックテーブル１９が設けられており、この上にウエハ２が載せられる。チャックテーブル１９の下部には回転軸１３が設けられており、この回転軸１３は磁気カップリング１４を介してモータ１５により非接触状態で駆動される。これにより、テーブル１が回転しても、機械的な接点を断続することなくチャックテーブル１９の回転駆動を行うことが可能になっている。そして、この磁気カップリング１４の作用により、回転軸１３がモータ１５により駆動され、チャックテーブル１９上に載置されたウエハ２が回転するようになっている。なお、モータ１５はウエハ２を回転させる必要がある処理を行う位置にのみ設けられている。
【００１９】
さらに、ウエハ収容室１８の内周側下部には、メッキ液や洗浄液等をウエハ収容室１８内から流出させるための排液口１６が設けられている。またこれに対応してテーブル１の下側には、排液流路１７が各処理工程毎にそれぞれ設けられている。すなわち、排液口１６は、例えばウエハ収容室１８がメッキ処理位置にあるときにはメッキ液用の排液流路１７と、また、洗浄処理位置にあるときには洗浄液用の排液流路１７と連通する。従って、それぞれの排液が別個に回収処理され、異なる種類の排液が混じりあうことがないようになっている。
【００２０】
一方、テーブル１の周囲には、基板処理部として各処理工程を行うための各種装置が、ウエハ収容室１８の形成間隔に対応して４５゜ピッチで配設されている。この場合、図２において▲２▼の位置には前処理装置２１、▲３▼〜▲６▼にはメッキ装置２２ａ〜２２ｄ、▲７▼には洗浄装置２３、▲８▼には乾燥装置２４が設けられている。すなわち、テーブル１に載せられたウエハ２は、テーブル１の回転に伴い前処理、メッキ処理、洗浄処理、乾燥処理が順に実行され、▲１▼の供給／収納位置に戻るようになっている。
【００２１】
ここで当該半導体製造装置では、メッキ装置２２ａ〜２２ｄとして、ウエハ２のプロセス処理面に形成された配線溝の開口部を上側に向けた状態でメッキ処理が実施できるメッキ装置が採用されている。図５はメッキ装置２２ａ〜２２ｄの構成を示す説明図、図６はテーブル１とメッキ装置２２ａとの関係を示した説明図、図７はメッキ装置２２ａを上方から見た説明図、図８は側方から見た説明図、図９はメッキ処理槽の底面側の構成を示す説明図、図１０はメッキ液の供給・排出口の構成を示す説明図である。なお、メッキ装置２２ａ〜２２ｄは同一の構成であるため、ここではメッキ装置２２ａを例にとって説明する。
【００２２】
本発明によるメッキ装置２２ａでは、ウエハ２がそのプロセス処理面を上にして配置される。すなわち、図８に示したように、ウエハ２上に形成された配線溝３８がその開口部を上に向けて配置される。なお、図８においては、微細な配線溝３８を理解が容易なように誇張して示している。
【００２３】
また、当該メッキ装置２２ａでは、円筒状のメッキ処理槽３１が昇降装置３６によってウエハ収容室１８内に下降してメッキ処理が行われる。メッキ処理槽３１は、アノード電極としてチタン製のアノードバスケット３２を備えており、メッキ処理に際しメッキ処理槽３１がウエハ収容室１８内に下降するとウエハ２の上方にアノード電極が来るようになっている。なお、本装置ではアノードバスケット３２内に溶解アノードとして銅材３７が収容されており、ウエハ２に銅メッキが施されるようになっている。
【００２４】
また、メッキ処理槽３１の底部には、円周方向に沿ってチタンバネ鋼製のカソード電極３３が２個配設されている。これらのカソード電極３３は、メッキ処理に際しメッキ処理槽３１が下降するとウエハ２の上面に接触するようになっている。
【００２５】
一方、当該メッキ装置２２ａでは、チャックテーブル１９は回転せず、メッキ液の噴出流によってメッキ処理が行われる。図７，１０に示したように、ここではメッキ処理槽３１の下部には槽内壁面に開口したメッキ液供給口３４が設けられている。また、メッキ処理槽３１の中程でメッキ液供給口３４より上方には、槽内壁面に開口したメッキ液排出口３５が設けられている。そして、メッキ処理槽３１内には、メッキ液供給口３４より槽内壁に沿ってメッキ液が噴出され、メッキ液排出口３５から槽外へと排出される。
【００２６】
この場合、メッキ液供給口３４からのメッキ液の噴出に伴い、メッキ処理槽３１内には図７にて矢印にて示したような渦状の回転液流が生じる。このため、メッキ液は、ウエハ２を回転させなくともウエハ２上にまんべんなく行き渡り、所望の電解メッキをムラなく施すことが可能となる。また、ウエハ２を回転させるための構成を省くことができ装置構成の簡略化を図ることが可能となる。
【００２７】
このように、本装置ではかかるメッキ方法の採用により、ウエハ２のプロセス処理面を上に向けた状態でメッキ処理を行うことができ、さらに、ウエハ２を回転させる構成を要することなくウエハ２上に均質なメッキ処理を施すことが可能となる。また、従来のメッキ装置と異なり、ウエハ２のプロセス処理面を上に向けてテーブル１上に載置できるため、本装置ではウエハ２をテーブル１に載せたまま他の処理を順に行うことが可能となっている。
【００２８】
そこで、次に当該装置によるウエハの処理について説明する。ここでは、まずウエハ供給部５からウエハ２がテーブル１上に移送される。すなわち、ウエハ供給部５からハンドリング装置６によってウエハ２が取り出され、それが図２において▲１▼の位置のチャックテーブル１９上に搬送される。
【００２９】
チャックテーブル１９上にウエハ２が載置されると、テーブル１が所定角度回転し（当該装置では４５゜）▲２▼の位置にて停止する。そして、ウエハ２には、この位置にて前処理装置２１により前処理工程が実行される。一方、この際▲１▼の位置には次のウエハ２がチャックテーブル１９上に載せられる。そして、以後テーブル１が回転するたびに、▲１▼の位置ではウエハ２がチャックテーブル１９上に移送される。
【００３０】
次に、例えば１分間等の所定時間が経過し、▲２▼の位置にて前処理が終了するとテーブル１が回転してウエハ２は▲３▼の位置に移送される。そして、この▲３▼の位置から▲６▼の位置までの間にメッキ装置２２ａ〜２２ｄにより、ウエハ２に銅メッキ処理が施される。この際、当該装置では、前述のようにウエハ２の配線溝３８の開口部を上側に向けた状態でメッキ処理が実施できるようになっている。
【００３１】
すなわち、ウエハ２が▲３▼の位置に来ると昇降装置３６によりメッキ処理槽３１が下げられ、その下端部がウエハ収容室１８内に入りカソード電極３３がウエハ２の上面に接触する。次に、メッキ液供給口３４より槽内壁に沿ってメッキ液が噴出され、これによりメッキ処理槽３１内には回転液流が生じる。これにより、メッキ液がウエハ２上にまんべんなく行き渡る。また、ウエハ２上においてメッキ液が回転液流をなすため、メッキ液が常に撹拌された状態となり、ウエハ２近傍のイオン濃度低下を減少させ良好な電解メッキを施すことが可能となる。さらに、ウエハ２表面上にて気泡が発生しても、回転液流により気泡がウエハ２表面から払いのけられるためウエハ２上には残存せず、気泡によるメッキ不良を防止することができる。
【００３２】
メッキ液が供給され、その液面がアノードバスケット３２内の銅材３７の位置まで上がると、アノードバスケット３２に図示しない電源から電流が供給され電解メッキ処理が開始される。すなわち、アノード側の銅材３７から銅が溶出し、カソード側のウエハ２に銅が析出する。なお、余分なメッキ液はメッキ液排出口３５から排出され、ウエハ収容室１８の排液口１６から排液流路１７を介して系外に導かれる。
【００３３】
この際当該メッキ装置では、ウエハ２がそのプロセス処理面を上に向けて載置されているため、プロセス処理面上に形成された微細な配線溝３８は、上側に開口した状態でチャックテーブル１９上に載せられていることになる。従って、ここでは配線溝３８内の気体がメッキ液内に放出され易いようになっており、メッキ液の噴流とともに配線溝３８内から気体を完全に排出できる。また、ウエハ２上にて発生した気泡も配線溝３８内に入り込むことがなく、従来のフェイスダウン型の装置のように配線溝３８内に気体が残存したり気泡が入り込んだりすることもない。さらに、例えば不溶性アノードとしてアノードバスケット３２を用いた場合などアノード側からガスが発生する状況であっても、アノードがウエハ２の上方に位置する構成となっているため、発生したガスはウエハ２には向かうことなくメッキ処理槽３１外に排出される。
【００３４】
▲３▼〜▲６▼の位置では、テーブル１を所定時間毎に回転させて前述同様の処理によりウエハ２に対し順にメッキ処理を行う。このようにテーブル１を所定インターバルにて回転させ、▲３▼〜▲６▼の位置で順にメッキ処理を行った後、ウエハ２は▲７▼の位置に送られ洗浄装置２３により洗浄処理が行われる。そして、さらに所定時間経過後、▲８▼の位置に送られて乾燥装置２４により乾燥処理が行われる。この際、当該装置では、メッキ処理もいわゆるフェイスアップ状態で行われるため、他の処理に移行する際にウエハ２を反転させる必要がなく、従って、一連の処理をテーブル１の回転によって行うことが可能となっている。
【００３５】
このような▲２▼〜▲８▼の一連の処理が終了すると、ウエハ２は再び▲１▼の位置に戻り、再びハンドリング装置６によってテーブル１から取り出されてウエハ収納部７に移送される。そして、処理済みのウエハ２が取り出された後には、未処理のウエハ２がハンドリング装置６によってウエハ供給部５から運び込まれ、以後これらの処理がテーブル１を回転しつつ連続的に実施される。
【００３６】
このように当該装置では、ウエハ２は、ハンドリング装置６によって１回だけテーブル１上に搬送されるだけですべての処理が実行され、また、最後の１回の収容動作のみでウエハ収納部７に収容される。従って、従来の装置のように、各処理毎にハンドリングを繰り返す必要がなく、ウエハ処理工程時におけるトラブルの機会を最小限に抑えることが可能となる。また、ハンドリング装置６の動作も単純化されるため、装置構成も簡略化される。
【００３７】
さらに、ハンドリング装置６は、ドライな状態の未処理ウエハと、乾燥処理の終わったドライな状態のウエハのみを取り扱い、メッキ等の処理中のウエットな状態のウエハをハンドリングする必要がない構成となっている。従って、ハンドリング装置６に簡略な構成のバキューム装置を採用することができ、さらに、耐薬性、耐液性のある素材や構成を採る必要もない。従って、装置の構成の簡略化と共に、装置コストの削減も図られる。
【００３８】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、メッキ処理槽の内壁から内壁面に沿った方向にメッキ液を噴出させ、メッキ処理槽内のウエハ上方にメッキ液の回転流を形成してメッキ処理を行うようにしたことにより、ウエハを回転させることなく、メッキ液をウエハ上にまんべんなく行き渡らせることが可能となる。また、ウエハ上においてメッキ液が回転液流をなすためメッキ液が常に撹拌された状態となり、ウエハ近傍のイオン濃度低下を減少させ良好な電解メッキを施すことが可能となる。さらに、ウエハ表面上にて気泡が発生しても、回転液流により気泡がウエハ表面から払いのけられるため気泡がウエハ上には残存せず、気泡によるメッキ不良を防止することができる。
【００４０】
加えて、ウエハがプロセス処理面を上に向けた状態でメッキ処理することにより、配線溝内の気体がメッキ液内に放出され易く、メッキ液の噴流とともに配線溝内から気体を完全に排出できる。また、ウエハ上にて発生した気泡も配線溝内に入り込むことがなく、従来のフェイスダウン型の装置のように配線溝内に気体が残存したり気泡が入り込んだりすることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体製造装置の概要を示す説明図である。
【図２】図１の半導体製造装置の要部構成を示す説明図であり、当該半導体製造装置を上方から見た場合の概要を示す図である。
【図３】図１の半導体製造装置の要部構成を示す説明図であり、当該半導体製造装置を正面方向から見た場合の概要を示す図である。
【図４】図１の半導体製造装置の要部構成を示す説明図であり、当該半導体製造装置を右側面方向から見た場合の概要を示す図である。
【図５】メッキ装置の構成を示す説明図である
【図６】回転テーブルとメッキ装置との関係を示した説明図である。
【図７】メッキ装置を上方から見た説明図である。
【図８】メッキ装置を側方から見た説明図である。
【図９】メッキ処理槽の底面側の構成を示す説明図である。
【図１０】メッキ装置のメッキ液供給口およびメッキ液排出口の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１    回転テーブル
２    ウエハ（半導体基板）
３    駆動ユニット
４    カバー
５    ウエハ供給部
６    ハンドリング装置（基板移送装置）
７    ウエハ収納部
８    モータ
９    回転軸
１０    外周壁
１１    内周壁
１２    隔壁
１３    回転軸
１４    磁気カップリング
１５    モータ
１６    排液口
１７    排液流路
１８    ウエハ収容室（基板収容部）
１９    チャックテーブル
２１    前処理装置（前処理部）
２２ａ〜２２ｄ    メッキ装置（メッキ処理部）
２３    洗浄装置（洗浄部）
２４    乾燥装置（乾燥部）
３１    メッキ処理槽
３２    アノードバスケット
３３    カソード電極
３４    メッキ液供給口
３５    メッキ液排出口
３６    昇降装置
３７    銅材
３８    配線溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004000341.tif 000008
【図８】
0004000341.tif 000009
【図９】
0004000341.tif 000010
【図１０】
0004000341.tif 000011