JP3668100B2

JP3668100B2 - Substrate processing equipment

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Publication number: JP3668100B2
Application number: JP2000170076A
Authority: JP
Inventors: 浩二三島; 裕章井上; 夏木牧野; 憲二中村; 守治松本
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2000-06-07
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2020-06-07
Also published as: JP2001348693A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板の被処理面に複数段の電解処理を施す基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ配線を電解めっき法により形成する場合、配線幅やコンタクトホール径が０．１５μｍよりも小さく、アスペクト比（幅に対する深さの比）が６以上の微細構造になる。このような微細配線を硫酸銅めっき単独で、微細配線形成用の溝に埋め込むには、添加剤や通電条件を緻密にコントロールする必要があるが、シード層の形成状態などのバラツキにより配線底部や側壁にボイドが形成されやすく、また配線中央部にシームが形成されて不良になってしまうことが多い。
【０００３】
微細配線形成用の溝に微細配線を完全に埋め込むには、めっきプロセスの▲１▼均一電着性を高めてボトム及びサイドカバレッジを上げること、▲２▼配線底部から優先的に埋め込みが行われる、いわゆるボトムアップ態のフィリングを達成する必要がある。
【０００４】
均一電着性とボトムアップ性を両立させる手段として電解めっきプロセスを二段に分ける方法が提案されている。例えば、錯体浴のような均一電着性の高いプロセスで第一段のめっきを行ってカバレッジを上げ、次いでボトムアップ性を高める添加剤を加えた硫酸銅浴などで埋め込みを達成する方法である。このときに使用するめっき装置は、カップ式やディップ式のめっきセルをシリーズに二段連結するものが使われている。
【０００５】
一方微細配線形成用の溝に微細配線を完全に埋め込む他の方法として、めっきプロセスを無電解めっきと電解めっきの二段に分ける方法も提案されている。例えば予めスパッタなどによって形成されたシード層の上にこれを補強する補助シード層を無電解めっきによって形成することで補助シード層を含むシード層全体の形成状態を良好なものとし、その上に電解めっきを行うことで確実に微細配線形成用の溝に微細配線を埋め込む方法である。
【０００６】
しかしながら上記のように二段の電解めっきを行ったり、無電解めっきと電解めっきを行ったりしようとすると、複数のめっき装置（それぞれに搬送ロボットやロード・アンロード部が設置されている）を併設しなければならず、クリーンルーム内におけるこれら装置の設置スペースが拡大し、クリーンルームの小型化が図れないばかりか、コストアップの一因となってしまう。まためっき装置間における基板の搬送が煩雑で時間もかかってしまう。
【０００７】
また通常電解めっきは基板Ｗの被処理面を下向きにし、無電解めっきは上向きにして行うため、両装置間に基板Ｗの反転機が必要になってしまい、この点からもコンパクト化、低コスト化が阻害されていた。
【０００８】
さらに各めっき装置での処理が終了すると、一旦乾燥されてウエハカセットに収納され、次のめっき装置に搬送されることとなるが、その間に基板の被めっき面が汚染され、次工程のめっき処理でめっき不良（例えば埋め込み不良やめっきの異常析出など）が生じて安定なプロセスが得られなくなる恐れや、乾燥によって被処理面が酸化する恐れもあった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、コンパクト化と低コスト化が図れ、一つの基板処理プロセスから次の基板処理プロセスへの移行がスムーズで短時間に行え、且つ安定した基板処理プロセスが得られる基板処理装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため本発明にかかる基板処理装置は、基板を保持する基板保持手段と、前記基板の被処理面上と退避位置との間で揺動且つ上下動可能であり基板処理液供給機構を備えた複数の基板処理ヘッドとを具備し、前記複数の基板処理ヘッドを前記単一の基板保持手段に対して組み込み、前記単一の基板保持手段に対して前記複数の基板処理ヘッドを順次用いて順次複数の基板処理液を使用して、前記単一の基板保持手段において複数段の基板処理を行なうことを特徴とする。すなわち、一つの基板処理ステージに対して複数の基板処理ヘッドを具備することにより、単一セルに対して複数種の基板処理液使用を可能とするものである。
【００１１】
また本発明は、前記基板保持手段は前記保持された基板に通電する機構を備え、一方前記複数の基板処理ヘッドの内少なくとも１つは通電機構を備えるとともに基板処理液供給機構から電解処理液を供給することにより、電解処理を行なうことを特徴とする。
【００１２】
更に具体的に、前記基板保持手段の基板に通電する機構はカソードであり、前記基板処理ヘッドの通電機構はアノードであり、前記電解処理液は電解めっき用めっき液であることを特徴とする。上記複数段の基板処理が何れも電解めっきの場合は、第一段の電解めっき液としては、ピロりん酸銅浴、ＥＤＴＡなどを加えた錯体浴などが使用できるが、これらに限定されない。過電圧の高い浴特性であれば有効である。第二段の電解めっき液としては、硫酸銅浴などが使用できる。
【００１３】
また前記複数の基板処理ヘッドの内少なくとも１つに備えた基板処理液供給機構は、化学処理液供給機構であることを特徴とする。これによってたとえば無電解めっきが行なえる。
【００１４】
また前記化学処理液は、無電解めっき用の無電解めっき液であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の基板処理装置を多段めっき装置として用いた実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
〔二段電解めっき装置〕
図１は本実施形態にかかる二段めっき装置（基板処理装置）の全体平面図である。同図に示すようにこの二段めっき装置は、同一設備内に、内部に複数の基板Ｗを収納する２基のロード・アンロード部１０，１０と、めっき処理及びその付帯処理を行う２基のめっきユニット１２，１２と、ロード・アンロード部１０，１０とめっきユニット１２，１２との間で基板Ｗの受け渡しを行う搬送ロボット１４とを具備して構成されている。
【００１６】
めっきユニット１２はめっき処理及びその付帯処理を行う基板処理部２０と、基板処理部２０に隣接して第１，第２のアノードヘッド（基板処理ヘッド）３０−１，３０−２をそれぞれ待避する２つの待避部２２，２２とを具備して構成されている。第１，第２のアノードヘッド３０−１，２は、回転軸２４を中心に揺動する二本の揺動アーム２６の先端に保持されそれぞれ同一の基板処理部２０と異なる退避部２２の間を揺動するとともに上下動するように構成されている。さらに基板処理部２０の側方には、プレコート・回収アーム３２と、純水やイオン水等の薬液を基板Ｗに向けて噴射する固定ノズル３４とが配置されている。固定ノズル３４は複数設置され、その内の一つを純水供給用に用いている。
【００１７】
図２はめっきユニット１２の部分の要部概略断面図である。同図に示すように基板処理部２０は、被めっき面を上にして基板Ｗを保持する基板保持部（基板保持手段）３６と、基板保持部３６の上方に設置されて基板保持部３６の周縁部を囲むように設置されるカソード３８と、カソード３８の上方を覆うように取り付けられる環状のシール材９０とが備えられている。更に基板保持部３６の周囲を囲んで処理中に用いる各種薬液の飛散を防止する有底筒状の飛散防止カップ４０が配置されている。基板Ｗの基板保持部３６への固定は、基板保持部３６に設けた図示しない爪によって行っても良いし、真空吸着によって行っても良い。
【００１８】
カソード３８とシール材９０は上下動不能で且つ基板保持部３６と一体に回転するように構成されている。そして基板保持部３６がめっき位置Ｂまで上昇したときに、この基板保持部３６で保持した基板Ｗの周縁部にカソード３８の先端が押し付けられて通電し、同時にシール材９０の先端が基板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Ｗ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共に、めっき液がカソード３８を汚染することを防止している。
【００１９】
前記基板保持部３６は、下方の基板受渡位置Ａと、上方のめっき位置Ｂと、中間の前処理・洗浄位置Ｃとの間を昇降し、モータＭによって任意の速度で前記カソード３８と一体に回転するように構成されている。基板保持部３６がめっき位置Ｂまで上昇した際に基板保持部３６で保持された基板Ｗの周縁部にカソード３８の先端とシール材９０の先端とが当接するようになっている。
【００２０】
退避部２２は、めっきを実施していないときにアノードヘッド３０−１，２の下記するめっき液含浸材１１０及びアノード９８をめっき液で湿潤させておくためのもので、めっき液含浸材１１０が収納できる大きさに設定されている。
【００２１】
プレコート・回収アーム３２は、三つのノズル（一つがプレコート液吐出用のプレコートノズル６４、それ以外の二つのノズルがめっき液回収用のめっき液回収ノズル６６ａ，６６ｂ）を具備し、これらが支持軸５８を中心に旋回・上下動できるように構成されている。図２では図示の都合上、各ノズル６４，６６ａ，６６ｂを別々に記載しているが、実際は図１に示すように旋回アーム３２ａに一体に取り付けられている。
【００２２】
第１，第２のアノードヘッド３０−１，２は、ハウジング９４の下面にアノード９８を取り付け、またアノード９８の下面にアノード９８の全面を覆う保水性材料からなるめっき液含浸材１１０を取り付け、さらにハウジング９４の上部にめっき液供給管１０２を接続して構成されている。アノード９８には多数のめっき液供給口９８ａが設けられ、これによってめっき液供給管１０２からめっき液供給口９８ａを通してめっき液含浸材１１０にめっき液（電解処理液）が供給される。めっき液含浸材１１０は、アノード９８の表面にめっき液の作用によって形成されるブラックフィルムが乾燥したり酸化してアノード９８から脱落してパーティクルとなるのを防止するため、常にアノード９８表面を湿潤させておくために設けられている。めっき液供給管１０２からめっき液供給口９８ａとめっき液含浸材１１０を介してめっき液を供給する機構によって基板処理液供給機構が構成される。
【００２３】
第１，第２のアノードヘッド３０−１，２は、基板保持部３６がめっき位置Ｂにあるときに基板保持部３６で保持された基板Ｗとめっき液含浸材１１０との隙間が、例えば０．５〜３．０ｍｍ程度となるまで下降し、この状態でめっき液供給管１０２からめっき液を供給してめっき液含浸材１１０にめっき液を含ませながら、基板Ｗの被めっき面とアノード９８との間にめっき液を満たして、被めっき面にめっきを行う。
【００２４】
第１，第２のアノードヘッド３０−１，３０−２は何れも同一構造ではあるが、使用しているめっき液が異なっている。即ち本実施形態では、一つのめっきステージに対して複数のアノードヘッド３０−１，３０−２を具備することによって、単一セルに対して複数種のめっき液使用を可能とするものである。
【００２５】
次にこの多段めっき装置の具体的動作例を説明する。まず使用する第一段のめっきに用いるめっき液と、第二段のめっきに用いるめっき液として、以下のめっき液を用いる。
【００２６】
〔第一段のめっき〕：ピロりん酸銅めっき
・浴組成：Ｃｕ₂Ｐ₂Ｏ₇ ６５ｇ／Ｌ、Ｋ₄Ｐ₂Ｏ₇ ２４０ｇ／Ｌ、
ＮＨ₄ＯＨ２ｍＬ／Ｌ、Ｐ比（銅と全ピロりん酸のモル比）７．５、
ｐＨ８．５
・浴温度：５５℃
・アノード：無酸素銅
・電流密度：２５ｍＡ／ｃｍ²
【００２７】
〔第二段のめっき〕：硫酸銅めっき
・浴組成：ＣｕＳＯ₄・５Ｈ₂Ｏ２２５ｇ／Ｌ、Ｈ₂ＳＯ₄ ５５ｇ／Ｌ、
Ｃｌ６０ｍｇ／Ｌ、
添加剤エバトロンフィル（荏原ユージライト（株）製）
・浴温度：２５℃
・アノード：含りん銅
・電流密度：２５ｍＡ／ｃｍ²
【００２８】
また基板Ｗとしては８インチＳｉウエハであって、Ｌ／Ｓ＝０．１３μｍ／０．１３μｍ、アスペクト比６．０の配線パターンが形成されており、ＳｉＯ₂上にバリアメタル（ＴａＮ）１０ｎｍ、及び給電層としてＣｕが２０ｎｍスパッタリング法により積層されているものを用いる。
【００２９】
そしてまず図１に示す何れかのロード・アンロード部１０からめっき処理前の基板Ｗを搬送ロボット１４で取り出し、被めっき面を上向きにした状態で何れかの基板処理部２０の基板保持部３６に設置する。このとき基板保持部３６は基板受渡位置Ａ（図２参照）にある。
【００３０】
次に基板保持部３６を前処理・洗浄位置Ｃに上昇させ、図１に示すように退避位置にあったプレコート・回収アーム３２を、図２に示すように基板Ｗの上面に旋回・下降して移動させ、基板保持部３６を回転させながらプレコートノズル６４から例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板Ｗの被めっき面に吐出し、被めっき面全体に行き渡らせる。次にプレコート・回収アーム３２を退避位置へ戻し、基板保持部３６の回転速度を増して遠心力により被めっき面のプレコート液を振り切って乾燥させる。
【００３１】
次に基板保持部３６の回転を停止（若しくは低速化）し、めっき位置Ｂまで上昇させると、前述のように基板Ｗの周縁部にカソード３８の先端とシール材９０の先端が当接して、通電可能になると同時に基板Ｗの周縁部が水密的にシールされる。
【００３２】
そして退避部２２にあった第１のアノードヘッド３０−１を、旋回させて基板Ｗの上部に移動し、基板Ｗ上の前述の位置まで下降させる。第１のアノードヘッド３０−１の下降が完了した時点で、めっき液供給管１０２から前述の第一段のめっき液（ピロりん酸めっき液）５０ｍＬを供給してアノード９８を通してめっき液含浸材１１０に供給し、めっき液含浸材１１０と基板Ｗの被めっき面の間に形成される隙間にめっき液を充填してめっき電流を投入し、２．５ｓｅｃ間めっきする。これによって２０ｎｍのＣｕが析出される。
【００３３】
ピロりん酸めっきは過電圧が高い浴特性のために均一電着性が高く、給電層（シード層）の脆弱な配線側壁や底部にも均一な厚みで銅を成膜できる。ピロりん酸めっきは温度が５５℃と高いので、液を加温して使用する。このように、第一段めっきにより第二段めっきのための均一な給電層が形成される。
【００３４】
第一段のめっき処理が完了すると、第１のアノードヘッド３０−１を上昇・旋回させて待機部２２へ戻して退避させ、次にプレコート・回収アーム３２を退避位置から基板Ｗ上に移動して下降し、一方のめっき液回収ノズル６６ａから基板Ｗ上のめっき液の残液を回収する。この回収が終了した後、プレコート・回収アーム３２を退避位置へ戻し、基板Ｗの被めっき面のリンスのために純水用の固定ノズル３４から基板Ｗ中央部に純水を吐出し、同時に基板保持部３６を回転させて被めっき面のめっき液を純水に置換する。
【００３５】
リンス終了後、基板保持部３６をめっき位置Ｂから前処理・洗浄位置Ｃへ下降し、純水用の固定ノズル３４から純水を供給しつつ、基板保持部３６とカソード３８とを回転して水洗し、固定ノズル３４からの純水の供給を停止して基板保持部３６の回転速度を増加し、スピン乾燥させる。
【００３６】
次に退避部２２にあった第２のアノードヘッド３０−２を、旋回させて基板Ｗの上部に移動し、第１のアノードヘッド３０−１の時と同様にして基板Ｗの被めっき面をめっきする。このときのめっき液としては前述した硫酸銅めっき液を用い、硫酸銅めっき液を５０ｍＬ導入して１５ｓｅｃ間めっきを行い、１２５ｎｍのＣｕを析出させる。硫酸銅浴はピロりん酸浴よりも過電圧が低い特性のために均一電着性は低いが、析出を促進する添加剤の作用により、配線の内部に電流が集中しやすくなって配線底部からボトムアップ様の析出が起こる。その結果、配線内にボイドがない良好なめっきが行える。
【００３７】
そして第二段のめっき終了後、第２のアノードヘッド３０−２を退避部２２に待避させ、次にプレコート・回収アーム３２を退避位置から基板Ｗ上に移動して下降し、他方のめっき液回収ノズル６６ｂから基板Ｗ上のめっき液の残液を回収し、プレコート・回収アーム３２を退避位置へ戻し、その後第１のアノードヘッド３０−１のときと同様に、基板Ｗの被めっき面のリンスと洗浄とスピン乾燥とを行う。
【００３８】
次に基板保持部３６を停止させて基板受渡位置Ａまで下降させ、搬送ロボット１４によってめっきユニット１２から基板Ｗを取り出し、ロード・アンロード部１０に戻す。
【００３９】
以上のように本実施形態によれば、単一の基板処理部２０に複数のアノードヘッド３０−１，３０−２を組み込むことにより、特性の異なるめっきをシリーズで行うことができ、従来の単段めっきでは困難であった微細配線の健全な埋め込みが達成される。
【００４０】
上記多段めっき装置の具体的動作例においては、第一段のめっき後にこれを洗浄・乾燥した上で第二段のめっきを行っているが、第一段のめっき・洗浄後の乾燥工程は省略しても良い。この場合、ウエットな状態で第二段のめっき工程に移行するので、第一段で形成されためっき層表面が酸化されにくくなり、安定なプロセスが可能となる。
【００４１】
また上記実施形態にかかる多段めっき装置は、基板Ｗの被処理面を常に上向きにして処理が行われるので、多段めっき装置内に反転機を設置する必要はなく、装置の小型化が図れる。
【００４２】
なお基板Ｗの被めっき面に複数種類のめっき液を張るため、上記実施形態のように１つの基板処理部２０（即ち一つのめっきセル）に対して複数のめっき液注入手段とめっき液回収手段を具備することが好ましい。また異なる組成のめっき液が混じることは好ましくないので、１つの基板処理部２０（即ち一つのめっきセル）に対して上記実施形態のように複数のアノード９８とめっき液含浸材１１０を具備することが好ましい。
【００４３】
〔無電解めっきと電解めっきによる多段めっき装置〕
図３は本実施形態にかかる二段めっき装置（基板処理装置）の全体平面図である。同図に示す二段めっき装置において前記実施形態と同一部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。この実施形態において前記実施形態と相違する点は、めっきユニット１２の一方のアノードヘッド３０に代えて、めっき液供給ヘッド（基板処理ヘッドであり、基板処理液（化学処理液）供給機構である）３１を設置した点と、基板保持部３６内に下記する裏面ヒータ３７を設置した点である。
【００４４】
図４はめっきユニット１２の部分の要部概略断面図であり、基板保持部３６の上方にめっき液供給ヘッド３１が位置したときの状態を示している。同図に示すように基板保持部３６の内部には保持した基板Ｗをその裏面側から加熱・保温する裏面ヒータ３７が内蔵されている。まためっき液供給ヘッド（シャワーヘッド）３１は無電解めっき用の無電解めっき液（化学処理液）をシャワー状に分散して噴射するものであり、揺動アーム２６の先端に取り付けられている。めっき液供給ヘッド３１は前記アノードヘッド３０と同様に、基板処理部２０と退避部２２の間を旋回・移動するとともに上下動するように構成されている。
【００４５】
次にこの多段めっき装置の具体的動作例を説明する。まず使用する第一段のめっき（無電解めっき）に用いるめっき液としては、二価の銅イオンを供給するＣｕＳＯ₄・５Ｈ₂Ｏを５ｇ／Ｌ、錯化剤としてＥＤＴＡ・４Ｈを１４ｇ／Ｌ、還元剤であるアルデヒド酸としてグリオキシル酸を１８ｇ／Ｌ、ｐＨ調整用の有機アルカリとしてＴＭＡＨをｐＨが１２．５になるように含んでおり、さらにめっき速度を下げるためにポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸とポリオキシエチレンアルキルエーテルの混合物を含んでいるものを使用した。また第二段の電解めっきに用いるめっき液としては、前記実施形態の硫酸銅めっき液を使用した。基板Ｗとしても上記実施形態と同一のスパッタによる給電層（シード層）が形成されているものを使用した。
【００４６】
そしてまず図３に示す何れかのロード・アンロード部１０からめっき処理前の基板Ｗを搬送ロボット１４で取り出し、被めっき面を上向きにした状態で何れかの基板処理部２０の基板保持部３６に設置する。このとき基板保持部３６は基板受渡位置Ａにある。
【００４７】
次に基板保持部３６を前処理・洗浄位置Ｃに上昇させてプレコート・回収アーム３２を基板Ｗの上面に移動してプレコートノズル６４から前処理液（例えばＨ₂ＳＯ₄水溶液）を基板Ｗの被めっき面に吐出し、被めっき面全体に行き渡らせて前処理をした後、プレコート・回収アーム３２を退避位置へ戻し、固定ノズル３４から純水を供給して水洗いした後、基板保持部３６の回転速度を増してスピン乾燥させる。
【００４８】
次に基板保持部３６の回転を停止し、めっき位置Ｂまで上昇させると、前述のように基板Ｗの周縁部にカソード３８の先端とシール材９０の先端が当接して基板Ｗの周縁部が水密的にシールされる。なおこのめっきは無電解めっきなので、カソード３８による通電は行わない。
【００４９】
そして退避部２２にあっためっき液供給ヘッド３１を、旋回させて基板Ｗの上部に移動し、前記無電解めっき液を噴出してシャワー状に被めっき面上に均一に降り注ぐ。基板Ｗはシール材９０によって被めっき面の周囲が囲まれているので、注入しためっき液は全て被めっき面上に保持される。その量は基板Ｗ表面に１ｍｍ厚（約３０ｍＬ）となる程度の少量でも良い。供給するめっき液はめっき反応に最適な温度（例えば６０℃）に予め加熱・保温してあるが、同時に裏面ヒータ３７によって基板Ｗを加熱・保温することで、基板Ｗ上に供給された後のめっき液の保温も確実に行っている。無電解めっきはその温度によってめっき状態が変動するので、この実施形態のように裏面ヒータ３７を設けて最適な温度に保温することで良好なめっき処理が行える。基板Ｗ上に溜めためっき液の量は少ないので、裏面ヒータ３７による保温は容易に行える。
【００５０】
なお被めっき面の均一な液濡れのために、めっき液を降り注いだ直後にモータＭによって基板Ｗを瞬時回転するが、その後は基板Ｗを静止した状態で被めっき面のめっきを行うことが被めっき面全体の均一なめっきのために好ましい。具体的には、基板Ｗを１ｓｅｃだけ１００ｒｐｍ以下で回転して被めっき面上をめっき液で均一に濡らし、その後静止させて１ｍｉｎ間無電解めっきを行う。
【００５１】
これによって予めスパッタなどによって形成されたシード層の上にこれを補強する補助シード層が形成でき、補助シード層を含むシード層全体の形成状態を良好なものとすることができる。
【００５２】
上記めっき処理完了後、めっき液供給ヘッド３１を退避部２２に戻し、次にプレコート・回収アーム３２を退避位置から基板Ｗ上に移動して下降し、一方のめっき液回収ノズル６６ａから基板Ｗ上のめっき液の残液を回収して再び退避位置へ戻す。そして基板保持部３６をめっき位置Ｂから前処理・洗浄位置Ｃへ下降させ、基板Ｗの回転を開始して純水用の固定ノズル３４から純水を供給して被めっき面を冷却すると同時にめっき液を希釈化・洗浄することで無電解めっきを停止させ、同時にシール材９０とカソード３８とを水洗し、固定ノズル３４からの純水の供給を停止して基板保持部３６の回転速度を増加し、スピン乾燥させる。
【００５３】
次に退避部２２にあったアノードヘッド３０を、旋回・下降させて基板Ｗの上部に移動し、前記実施形態で説明した第１のアノードヘッド３０−１の時と同様にして基板Ｗの被めっき面を電解めっきする。このときのめっき液としては前記硫酸銅めっき液を用いる。
【００５４】
第一段の無電解めっきによる補助シード層の形成が行われていることでシード層全体が第二段の電解めっきのための均一な給電層を構成しているので、電解めっきによって確実に微細配線形成用の溝に微細配線を埋め込むことができる。
【００５５】
以上のように本実施形態によっても、単一の基板処理部２０にめっき液供給ヘッド３１とアノードヘッド３０を組み込むことにより、特性の異なるめっきをシリーズで行うことができ、従来の単段めっきでは困難であった微細配線の健全な埋め込みが達成される。
【００５６】
上記多段めっき装置の具体的動作例においても、第一段のめっき・洗浄後に乾燥しない状態で第二段のめっきを行ってもよい。また上記実施形態にかかる多段めっき装置においても、基板Ｗの被処理面を常に上向きにして処理が行われるので、多段めっき装置内に反転機を設置する必要はなく、装置の小型化が図れる。
【００５７】
図５は他のめっき液供給ヘッドを用いためっきユニット１２の要部概略断面図である。このめっきユニット１２においては、基板保持部３６内に裏面ヒータ３７を内蔵する代わりに、基板保持部３６の上方に設置しためっき液供給ヘッド（基板処理ヘッドであり、基板処理液供給機構でもある）３１´内にランプヒータ６１を一体に設置した点である。即ち例えば半径の異なる複数のリング状のランプヒータ６１を同心円状に配置し、ランプヒータ６１の間の隙間からめっき液供給ヘッド（シャワーヘッド）３１´の多数のノズル６３をリング状に開口する。なおランプヒータ６１は渦巻状の一本のランプヒータであっても良いし、それ以外の各種構造・配置のランプヒータで構成しても良い。
【００５８】
このように構成してもめっき液は各ノズル６３から基板Ｗの被めっき面上にシャワー状に略均等に供給でき、またランプヒータ６１によって基板Ｗの加熱・保温も容易且つ迅速・均一に行える。
【００５９】
〔無電解めっきと電解めっきによる多段めっき装置〕
図６は参考例にかかる二段めっき装置（基板処理装置）の概略平面図である。同図に示すようにこの二段めっき装置は、ロード・アンロード部１０，１０と、搬送ロボット１４と、無電解めっき装置（基板処理装置）７０と、電解めっき装置（基板処理装置）８０とを一つの装置内に設置することで構成されている。ロード・アンロード部１０，１０と、搬送ロボット１４は、前記各実施形態で用いたものと同じものである。
【００６０】
無電解めっき装置７０は、図３に示すめっきユニット１２からアノードヘッド３０及びその退避部２２を省略して一段の無電解めっきのみ行えるようにしたものである。また電解めっき装置８０は、図３に示すめっきユニット１２からめっき液供給ヘッド３１及びその退避部２２を省略して一段の電解めっきのみ行えるようにしたものである。なお電解めっき装置８０においては図４に示す基板保持部３６内の裏面ヒータ３７は不用である。また無電解めっき装置７０においては、めっき液供給ヘッド３１は必ずしも旋回する必要はなく、基板保持部３６の上部に常に位置していても良い。その場合退避部２２は不要である。
【００６１】
次にこの多段めっき装置の具体的動作例を説明する。ここで第一段のめっき（無電解めっき）に使用するめっき液としては、前記無電解めっきに用いためっき液と同じめっき液を使用する。また第二段のめっき（電解めっき）に使用するめっき液としては、前記電解めっきに用いた硫酸銅めっき液を使用する。基板Ｗとしても上記実施形態と同一のスパッタによる給電層（シード層）が形成されているものを使用する。
【００６２】
そしてまず図６に示す何れかのロード・アンロード部１０からめっき処理前の基板Ｗを搬送ロボット１４で取り出し、被めっき面を上向きにした状態で無電解めっき装置７０内に搬入し、前記無電解めっき方法と同じ方法によってその被めっき面に無電解めっきを施し、洗浄・乾燥する。これによって予めスパッタなどによって形成されたシード層の上にこれを補強する補助シード層が形成でき、補助シード層を含むシード層全体の形成状態を良好なものとすることができる。
【００６３】
次に搬送ロボット１４は、めっき処理が完了した基板Ｗを被めっき面を上向きにした状態のまま無電解めっき装置７０から取り出し、そのまま電解めっき装置８０内に搬入し、前記電解めっき方法と同じ方法によってその被めっき面に電解めっきを施し、洗浄・乾燥する。この参考例においても、無電解めっきによって補助シード層の形成が行われることでシード層全体が電解めっきのための均一な給電層を構成しているので、電解めっきによって確実に微細配線形成用の溝に微細配線を埋め込むことができる。
【００６４】
以上のように本参考例によれば、無電解めっき及びこれに付帯する処理（前処理、洗浄、乾燥など）を一台で行う構造の無電解めっき装置７０と、電解めっき及びこれに付帯する処理を一台で行う構造の電解めっき装置８０とをクラスター化して１台の多段めっき装置としたので、特性の異なるめっきをシリーズで行うことができるめっき装置をコンパクトに構成することができる。
【００６５】
上記多段めっき装置の具体的動作例においても、第一段の無電解めっき装置７０の最終工程で乾燥を行わず、ウエット状態のまま電解めっき装置８０に移送して電解めっきを行ってもよい。また上記参考例にかかる多段めっき装置の場合も、基板Ｗの被処理面を常に上向きにして処理が行われるので、多段めっき装置内に反転機を設置する必要はなく、装置の小型化が図れる。
【００６６】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や材質やプロセスであっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば本発明はバンプめっきなどの他のめっき処理やめっき以外の各種基板処理にも適用可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば以下のような優れた効果を有する。
▲１▼単一の基板処理部に基板処理ヘッドを複数組み込むことにより、特性の異なる基板処理プロセスを単一の基板処理部でシリーズで行うことができる。また装置のコンパクト化が図れ、これを設置するクリーンルームのコンパクト化も図れ、クリーンルームコストの低減化が図れる。また基板処理装置のコンパクト化が図れれば、ＣＭＰ装置（化学機械研磨装置）とのクラスター化も可能となる。
【００６８】
▲２▼異なる基板処理が一つの装置内で連続して行えるので、一つの基板処理プロセスから次の基板処理プロセスへの移行がスムーズで短時間に行え、基板処理プロセス間における基板の移送をカセットケースを用いて行う必要がなくなり、基板処理不良を生じる恐れもなくなり、安定した基板処理プロセスが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる二段めっき装置の全体平面図である。
【図２】めっきユニット１２の部分の要部概略断面図である。
【図３】他の実施形態にかかる二段めっき装置の全体平面図である。
【図４】めっきユニット１２の部分の要部概略断面図である。
【図５】めっきユニット１２の部分の要部概略断面図である。
【図６】参考例にかかる二段めっき装置の全体平面図である。
【符号の説明】
Ｗ基板
１０ロード・アンロード部
１２めっきユニット
１４搬送ロボット
２０基板処理部（基板処理手段）
２２待避部
２４回転軸
２６揺動アーム
３０（３０−１，３０−２）（第１，第２の）アノードヘッド
３２プレコート・回収アーム
６４プレコートノズル
６６ａ，６６ｂめっき液回収ノズル
３４固定ノズル
３６基板保持部（基板保持手段）
３８カソード
４０飛散防止カップ
９０シール材
９４ハウジング
９８アノード
９８ａめっき液供給口
１０２めっき液供給管
１１０めっき液含浸材
３１，３１´ めっき液供給ヘッド
３７裏面ヒータ
６１ランプヒータ
６３ノズル
７０無電解めっき装置
８０電解めっき装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing apparatus that performs a plurality of stages of electrolytic treatment on a surface to be processed of a substrate.
[0002]
[Prior art]
When the LSI wiring is formed by the electrolytic plating method, the wiring width and the contact hole diameter are smaller than 0.15 μm, and the aspect ratio (ratio of depth to width) is 6 or more. In order to embed such fine wiring in the groove for forming fine wiring by copper sulfate plating alone, it is necessary to precisely control the additive and energization conditions. However, due to variations in the seed layer formation state, In many cases, voids are easily formed on the side wall, and a seam is formed at the center of the wiring, resulting in failure.
[0003]
In order to completely embed the fine wiring in the groove for forming the fine wiring, (1) increase the uniform electrodeposition of the plating process to increase the bottom and side coverage, and (2) the filling is preferentially performed from the bottom of the wiring. It is necessary to achieve a so-called bottom-up filling.
[0004]
As a means for achieving both uniform electrodeposition and bottom-up properties, a method of dividing the electroplating process into two stages has been proposed. For example, it is a method of achieving filling by using a copper sulfate bath to which an additive for improving the bottom-up property is added by performing the first stage plating by a process having a high uniform electrodeposition property such as a complex bath. . As the plating apparatus used at this time, an apparatus that connects cup type or dip type plating cells in two stages in series is used.
[0005]
On the other hand, as another method for completely embedding the fine wiring in the groove for forming the fine wiring, a method of dividing the plating process into two stages of electroless plating and electrolytic plating has been proposed. For example, an auxiliary seed layer that reinforces the seed layer formed in advance by sputtering or the like is formed by electroless plating to improve the formation state of the entire seed layer including the auxiliary seed layer. In this method, the fine wiring is surely embedded in the groove for forming the fine wiring by plating.
[0006]
However, when two-stage electroplating is performed as described above, or when electroless plating and electroplating are performed, a plurality of plating devices (each equipped with a transfer robot and load / unload unit) are also provided. In addition, the installation space for these devices in the clean room is increased, which not only makes it possible to reduce the size of the clean room, but also increases the cost. Moreover, the conveyance of the substrate between the plating apparatuses is complicated and takes time.
[0007]
In addition, since normal electrolytic plating is performed with the surface to be processed of the substrate W facing down and electroless plating is performed upward, a reversing machine for the substrate W is required between both apparatuses. From this point also, compactness and low cost are required. Conversion was inhibited.
[0008]
Further, when the processing in each plating apparatus is completed, it is once dried, stored in a wafer cassette, and transported to the next plating apparatus. During that time, the surface to be plated of the substrate is contaminated, and the plating process in the next process is performed. As a result, plating defects (for example, imbedding defects or abnormal deposition of plating) may occur, and a stable process may not be obtained, or the surface to be processed may be oxidized by drying.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to achieve compactness and cost reduction, and the transition from one substrate processing process to the next can be performed smoothly and in a short time. An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of obtaining a stable substrate processing process.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, a substrate processing apparatus according to the present invention includes a substrate holding means for holding a substrate, a surface to be processed of the substrate,Can swing and move up and down with respect to the retracted positionA plurality of substrate processing heads equipped with a substrate processing liquid supply mechanism,Incorporating the plurality of substrate processing heads into the single substrate holding means, sequentially using the plurality of substrate processing heads using the plurality of substrate processing heads with respect to the single substrate holding means, Multiple stages of substrate processing are performed in the single substrate holding means.It is characterized by that. That is, by providing a plurality of substrate processing heads for one substrate processing stage, it is possible to use a plurality of types of substrate processing liquids for a single cell.
[0011]
According to the present invention, the substrate holding means includes a mechanism for energizing the held substrate, while at least one of the plurality of substrate processing heads includes an energization mechanism and supplies the electrolytic treatment liquid from the substrate processing liquid supply mechanism. Electrolytic treatment is performed by supplying.
[0012]
More specifically, the mechanism for energizing the substrate of the substrate holding means is a cathode, the energization mechanism of the substrate processing head is an anode, and the electrolytic treatment solution is a plating solution for electrolytic plating. In the case where all of the multi-stage substrate treatments are electrolytic plating, the first-stage electrolytic plating solution may be a copper pyrophosphate bath, a complex bath to which EDTA or the like is added, but is not limited thereto. Any bath characteristic with high overvoltage is effective. A copper sulfate bath or the like can be used as the second stage electroplating solution.
[0013]
Further, the substrate processing liquid supply mechanism provided in at least one of the plurality of substrate processing heads is a chemical processing liquid supply mechanism. Thereby, for example, electroless plating can be performed.
[0014]
  The chemical treatment solution is an electroless plating solution for electroless plating.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the substrate processing apparatus of the present invention is used as a multistage plating apparatus will be described in detail with reference to the drawings.
[Two-stage electroplating equipment]
FIG. 1 is an overall plan view of a two-stage plating apparatus (substrate processing apparatus) according to the present embodiment. As shown in the figure, this two-stage plating apparatus includes two load / unload units 10 and 10 that house a plurality of substrates W in the same facility, and two groups that perform plating processing and incidental processing thereof. , And a transfer robot 14 for transferring the substrate W between the loading / unloading units 10 and 10 and the plating units 12 and 12.
[0016]
The plating unit 12 retracts the substrate processing unit 20 that performs the plating process and its incidental process, and the first and second anode heads (substrate processing heads) 30-1 and 30-2 adjacent to the substrate processing unit 20, respectively. The two evacuation units 22 and 22 are provided. The first and second anode heads 30-1 and 30-2 are held at the tips of two swinging arms 26 that swing about the rotating shaft 24, and are respectively between the same substrate processing unit 20 and different retracting units 22. And is configured to move up and down. Further, on the side of the substrate processing unit 20, a precoat / recovery arm 32 and a fixed nozzle 34 for injecting a chemical solution such as pure water or ionic water toward the substrate W are arranged. A plurality of fixed nozzles 34 are installed, and one of them is used for supplying pure water.
[0017]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the main part of the plating unit 12. As shown in the figure, the substrate processing unit 20 includes a substrate holding unit (substrate holding unit) 36 that holds the substrate W with the surface to be plated facing upward, and a substrate holding unit 36 disposed above the substrate holding unit 36. A cathode 38 installed so as to surround the peripheral edge portion and an annular sealing material 90 attached so as to cover the upper side of the cathode 38 are provided. Further, a bottomed cylindrical scattering prevention cup 40 that surrounds the periphery of the substrate holding part 36 and prevents scattering of various chemicals used during processing is disposed. The substrate W may be fixed to the substrate holding unit 36 by a claw (not shown) provided on the substrate holding unit 36 or by vacuum suction.
[0018]
The cathode 38 and the sealing material 90 are configured so as not to move up and down and rotate integrally with the substrate holder 36. When the substrate holding part 36 is raised to the plating position B, the tip of the cathode 38 is pressed against the peripheral edge of the substrate W held by the substrate holding part 36 and energized. At the same time, the tip of the sealing material 90 is the tip of the substrate W. The plating solution is pressed against the upper surface of the peripheral portion and sealed in a water-tight manner to prevent the plating solution supplied to the upper surface (surface to be plated) of the substrate W from seeping out from the end portion of the substrate W, and the plating solution is applied to the cathode 38. To prevent contamination.
[0019]
The substrate holding unit 36 moves up and down between a lower substrate delivery position A, an upper plating position B, and an intermediate pretreatment / cleaning position C, and is integrated with the cathode 38 at an arbitrary speed by a motor M. It is configured to rotate. When the substrate holding part 36 is raised to the plating position B, the tip of the cathode 38 and the tip of the sealing material 90 come into contact with the peripheral edge of the substrate W held by the substrate holding part 36.
[0020]
The retreating part 22 is used to wet the plating solution impregnating material 110 and the anode 98 described below of the anode heads 30-1 and 2 with the plating solution when the plating is not performed. It is set to a size that can be stored.
[0021]
The precoat / recovery arm 32 includes three nozzles (one is a precoat nozzle 64 for discharging a precoat liquid, and the other two are plating liquid recovery nozzles 66a and 66b for recovering a plating liquid). It is configured to be able to turn and move up and down around 58. In FIG. 2, the nozzles 64, 66 a, and 66 b are separately illustrated for convenience of illustration, but actually, they are integrally attached to the turning arm 32 a as shown in FIG. 1.
[0022]
The first and second anode heads 30-1 and 30-2 have an anode 98 attached to the lower surface of the housing 94, and a plating solution impregnating material 110 made of a water retention material covering the entire surface of the anode 98 attached to the lower surface of the anode 98, Further, a plating solution supply pipe 102 is connected to the upper portion of the housing 94. A large number of plating solution supply ports 98 a are provided in the anode 98, whereby a plating solution (electrolytic treatment solution) is supplied from the plating solution supply pipe 102 to the plating solution impregnated material 110 through the plating solution supply port 98 a. The plating solution impregnated material 110 always wets the surface of the anode 98 in order to prevent the black film formed on the surface of the anode 98 from drying or oxidizing and dropping from the anode 98 to form particles. It is provided to keep you. A substrate processing liquid supply mechanism is constituted by a mechanism for supplying the plating liquid from the plating liquid supply pipe 102 through the plating liquid supply port 98a and the plating liquid impregnated material 110.
[0023]
In the first and second anode heads 30-1 and 30-2, the gap between the substrate W held by the substrate holding unit 36 and the plating solution impregnated material 110 when the substrate holding unit 36 is at the plating position B is 0, for example. The plating solution is lowered to about 5 to 3.0 mm, and in this state, the plating solution is supplied from the plating solution supply pipe 102 and the plating solution impregnated material 110 is contained in the plating solution impregnated material 110. A plating solution is filled in between and the surface to be plated is plated.
[0024]
The first and second anode heads 30-1 and 30-2 have the same structure, but different plating solutions are used. In other words, in this embodiment, a plurality of types of plating solutions can be used for a single cell by providing a plurality of anode heads 30-1 and 30-2 for one plating stage.
[0025]
Next, a specific operation example of this multistage plating apparatus will be described. First, the following plating solutions are used as the plating solution used for the first-stage plating and the plating solution used for the second-stage plating.
[0026]
[First plating]: Copper pyrophosphate plating
・ Bath composition: Cu₂P₂O₇  65 g / L, K_FourP₂O₇  240 g / L,
NH_FourOH 2 mL / L, P ratio (molar ratio of copper and total pyrophosphoric acid) 7.5,
pH 8.5
・ Bath temperature: 55 ℃
・ Anode: Oxygen-free copper
・ Current density: 25 mA / cm²
[0027]
[Second stage plating]: Copper sulfate plating
・ Bath composition: CuSO_Four・ 5H₂O 225 g / L, H₂SO_Four  55 g / L,
Cl 60 mg / L,
Additive Evatron Fill (Made by Ebara Eugelite Co., Ltd.)
・ Bath temperature: 25 ℃
・ Anode: Phosphorus copper
・ Current density: 25 mA / cm²
[0028]
The substrate W is an 8-inch Si wafer on which a wiring pattern with L / S = 0.13 μm / 0.13 μm and an aspect ratio of 6.0 is formed.₂A barrier metal (TaN) of 10 nm is used thereon and Cu is laminated as a power feeding layer by a 20 nm sputtering method.
[0029]
First, the substrate W before plating processing is taken out from any one of the load / unload units 10 shown in FIG. 1 by the transfer robot 14, and the substrate holding unit 36 of any of the substrate processing units 20 with the surface to be plated facing upward. Install in. At this time, the substrate holder 36 is in the substrate delivery position A (see FIG. 2).
[0030]
Next, the substrate holding part 36 is raised to the pretreatment / cleaning position C, and the precoat / collection arm 32 that was in the retracted position as shown in FIG. 1 is swung / lowered to the upper surface of the substrate W as shown in FIG. The pre-coating liquid made of, for example, a surfactant is discharged from the pre-coating nozzle 64 onto the surface to be plated of the substrate W while rotating the substrate holding portion 36, and spreads over the entire surface to be plated. Next, the precoat / collection arm 32 is returned to the retracted position, the rotation speed of the substrate holding part 36 is increased, and the precoat liquid on the surface to be plated is shaken off and dried by centrifugal force.
[0031]
Next, when the rotation of the substrate holding portion 36 is stopped (or slowed down) and raised to the plating position B, the tip of the cathode 38 and the tip of the sealing material 90 come into contact with the peripheral edge of the substrate W as described above. Simultaneously with energization, the peripheral edge of the substrate W is sealed watertight.
[0032]
Then, the first anode head 30-1 located in the retracting unit 22 is turned and moved to the upper part of the substrate W, and is lowered to the aforementioned position on the substrate W. When the lowering of the first anode head 30-1 is completed, 50 mL of the first stage plating solution (pyrophosphate plating solution) is supplied from the plating solution supply pipe 102, and the plating solution impregnating material 110 is passed through the anode 98. The plating solution is filled in the gap formed between the plating solution impregnated material 110 and the surface to be plated of the substrate W, a plating current is supplied, and plating is performed for 2.5 seconds. As a result, 20 nm of Cu is deposited.
[0033]
Pyrophosphate plating has high throwing power due to the bath characteristics with high overvoltage, and copper can be formed with a uniform thickness on the weak side walls and bottom of the power supply layer (seed layer). Since pyrophosphate plating has a high temperature of 55 ° C., the solution is heated before use. Thus, a uniform power feeding layer for the second stage plating is formed by the first stage plating.
[0034]
When the first stage plating process is completed, the first anode head 30-1 is raised and swiveled to return to the standby unit 22, and then the precoat / recovery arm 32 is moved from the retracted position onto the substrate W. The plating solution remaining on the substrate W is recovered from one plating solution recovery nozzle 66a. After this collection is completed, the precoat / collection arm 32 is returned to the retracted position, and pure water is discharged from the fixed nozzle 34 for pure water to the central portion of the substrate W for rinsing the surface to be plated of the substrate W. The holder 36 is rotated to replace the plating solution on the surface to be plated with pure water.
[0035]
After rinsing, the substrate holder 36 is lowered from the plating position B to the pretreatment / cleaning position C, and the substrate holder 36 and the cathode 38 are rotated while supplying pure water from the fixed nozzle 34 for pure water. The substrate is washed with water, the supply of pure water from the fixed nozzle 34 is stopped, the rotation speed of the substrate holder 36 is increased, and spin drying is performed.
[0036]
Next, the second anode head 30-2 located in the retracting portion 22 is swung and moved to the upper part of the substrate W, and the surface to be plated of the substrate W is moved in the same manner as the first anode head 30-1. Plating. At this time, the above-described copper sulfate plating solution is used as the plating solution, 50 mL of the copper sulfate plating solution is introduced, and plating is performed for 15 seconds to precipitate 125 nm of Cu. The copper sulfate bath has a lower overpotential than the pyrophosphate bath because of its lower overvoltage characteristics, but due to the action of an additive that promotes precipitation, the current tends to concentrate inside the wiring and the bottom from the bottom to the bottom of the wiring. Up-like precipitation occurs. As a result, good plating without voids in the wiring can be performed.
[0037]
Then, after the second stage plating is completed, the second anode head 30-2 is retracted to the retracting portion 22, and then the precoat / recovery arm 32 is moved from the retracted position onto the substrate W and is lowered. The remaining solution of the plating solution on the substrate W is recovered from the recovery nozzle 66b, the precoat / recovery arm 32 is returned to the retracted position, and then the surface of the surface to be plated of the substrate W is the same as in the case of the first anode head 30-1. Rinse, wash and spin dry.
[0038]
Next, the substrate holding unit 36 is stopped and lowered to the substrate delivery position A, and the substrate W is taken out of the plating unit 12 by the transfer robot 14 and returned to the load / unload unit 10.
[0039]
As described above, according to the present embodiment, by incorporating a plurality of anode heads 30-1 and 30-2 into a single substrate processing unit 20, it is possible to perform plating with different characteristics in series. Sound embedding of fine wiring, which was difficult with step plating, is achieved.
[0040]
In the specific operation example of the above multi-stage plating equipment, the second stage plating is performed after washing and drying after the first stage plating, but the drying process after the first stage plating and washing is omitted. You may do it. In this case, since the process proceeds to the second stage plating step in a wet state, the surface of the plating layer formed in the first stage is not easily oxidized, and a stable process is possible.
[0041]
In the multi-stage plating apparatus according to the above-described embodiment, since the processing surface of the substrate W is always faced upward, it is not necessary to install a reversing machine in the multi-stage plating apparatus, and the apparatus can be miniaturized.
[0042]
In order to apply a plurality of types of plating solutions to the surface to be plated of the substrate W, a plurality of plating solution injection means and plating solution recovery means for one substrate processing unit 20 (ie, one plating cell) as in the above embodiment. It is preferable to comprise. In addition, since it is not preferable that plating solutions having different compositions are mixed, a plurality of anodes 98 and plating solution impregnated materials 110 are provided for one substrate processing unit 20 (that is, one plating cell) as in the above embodiment. Is preferred.
[0043]
[Multi-stage plating equipment using electroless plating and electrolytic plating]
FIG. 3 is an overall plan view of the two-stage plating apparatus (substrate processing apparatus) according to the present embodiment. In the two-stage plating apparatus shown in the figure, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In this embodiment, the difference from the above embodiment is that instead of one anode head 30 of the plating unit 12, a plating solution supply head (a substrate processing head, which is a substrate processing solution (chemical processing solution) supply mechanism). The point 31 is provided, and the following back heater 37 is provided in the substrate holding part 36.
[0044]
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the main part of the plating unit 12 and shows a state in which the plating solution supply head 31 is positioned above the substrate holding part 36. As shown in the figure, a back surface heater 37 for heating and maintaining the held substrate W from the back surface side is built in the substrate holding portion 36. The plating solution supply head (shower head) 31 disperses and sprays an electroless plating solution (chemical treatment solution) for electroless plating in a shower shape, and is attached to the tip of the swing arm 26. Similar to the anode head 30, the plating solution supply head 31 is configured to turn and move between the substrate processing unit 20 and the retracting unit 22 and move up and down.
[0045]
Next, a specific operation example of this multistage plating apparatus will be described. The plating solution used for the first stage plating (electroless plating) used is CuSO that supplies divalent copper ions._Four・ 5H₂5 g / L for O, 14 g / L for EDTA · 4H as a complexing agent, 18 g / L for glyoxylic acid as an aldehyde acid as a reducing agent, and TMAH as an organic alkali for pH adjustment to a pH of 12.5 In order to further reduce the plating rate, a material containing a mixture of polyoxyethylene alkyl ether phosphoric acid and polyoxyethylene alkyl ether was used. Further, the copper sulfate plating solution of the above embodiment was used as the plating solution used for the second stage electroplating. As the substrate W, a substrate on which a power feeding layer (seed layer) by the same sputtering as that of the above embodiment is formed is used.
[0046]
First, the substrate W before plating processing is taken out from one of the load / unload units 10 shown in FIG. 3 by the transfer robot 14, and the substrate holding unit 36 of any of the substrate processing units 20 with the surface to be plated facing upward. Install in. At this time, the substrate holder 36 is in the substrate delivery position A.
[0047]
Next, the substrate holding unit 36 is raised to the pretreatment / cleaning position C, and the precoat / collection arm 32 is moved to the upper surface of the substrate W, and a pretreatment liquid (e.g., H₂SO_FourThe aqueous solution) is discharged onto the surface to be plated of the substrate W, spread over the entire surface to be plated and pretreated, and then the precoat / collection arm 32 is returned to the retracted position, and pure water is supplied from the fixed nozzle 34 and washed with water. Thereafter, the rotation speed of the substrate holder 36 is increased and spin drying is performed.
[0048]
Next, when the rotation of the substrate holding portion 36 is stopped and raised to the plating position B, the tip of the cathode 38 and the tip of the sealing material 90 come into contact with the peripheral portion of the substrate W as described above, and the peripheral portion of the substrate W is Sealed watertight. In addition, since this plating is electroless plating, current supply by the cathode 38 is not performed.
[0049]
Then, the plating solution supply head 31 located in the retracting portion 22 is swung and moved to the upper part of the substrate W, and the electroless plating solution is ejected and uniformly poured onto the surface to be plated in a shower shape. Since the substrate W is surrounded by the sealing material 90 around the surface to be plated, all of the injected plating solution is held on the surface to be plated. The amount may be as small as 1 mm (about 30 mL) on the surface of the substrate W. The supplied plating solution is preheated and kept at a temperature optimum for the plating reaction (for example, 60 ° C.). At the same time, the backside heater 37 heats and keeps the substrate W, so that the plating solution is supplied onto the substrate W. The plating solution is also kept warm. Since the plating state varies depending on the temperature of the electroless plating, a favorable plating process can be performed by providing the back surface heater 37 and keeping it at an optimum temperature as in this embodiment. Since the amount of the plating solution stored on the substrate W is small, the heat retention by the back heater 37 can be easily performed.
[0050]
In order to uniformly wet the surface to be plated, the substrate W is instantaneously rotated by the motor M immediately after pouring the plating solution. After that, it is necessary to plate the surface to be plated while the substrate W is stationary. It is preferable for uniform plating of the entire plating surface. Specifically, the substrate W is rotated at 100 rpm or less for 1 sec to uniformly wet the surface to be plated with the plating solution, and then is kept stationary to perform electroless plating for 1 min.
[0051]
As a result, an auxiliary seed layer that reinforces the seed layer previously formed by sputtering or the like can be formed, and the formation state of the entire seed layer including the auxiliary seed layer can be improved.
[0052]
After the plating process is completed, the plating solution supply head 31 is returned to the retracting unit 22, and then the precoat / recovery arm 32 is moved from the retracted position onto the substrate W and lowered, and the plating solution recovering nozzle 66a is moved onto the substrate W. The remaining solution of the plating solution is collected and returned to the retracted position again. Then, the substrate holding part 36 is lowered from the plating position B to the pretreatment / cleaning position C, the rotation of the substrate W is started, pure water is supplied from the fixed nozzle 34 for pure water, and the surface to be plated is cooled at the same time. The electroless plating is stopped by diluting and washing the solution, and at the same time, the sealing material 90 and the cathode 38 are washed with water, and the supply of pure water from the fixed nozzle 34 is stopped to increase the rotation speed of the substrate holding unit 36. And spin dry.
[0053]
Next, the anode head 30 located in the retracting section 22 is swung and lowered to move to the upper part of the substrate W, and the substrate W is covered in the same manner as the first anode head 30-1 described in the above embodiment. Electroplating the plated surface. The copper sulfate plating solution is used as the plating solution at this time.
[0054]
Since the auxiliary seed layer is formed by the first stage electroless plating, the entire seed layer forms a uniform power feeding layer for the second stage electrolytic plating. Fine wirings can be embedded in the wiring forming grooves.
[0055]
As described above, according to the present embodiment, the plating solution supply head 31 and the anode head 30 are incorporated into a single substrate processing unit 20 so that plating with different characteristics can be performed in series. Sound embedding of fine wiring, which was difficult, is achieved.
[0056]
Also in the specific operation example of the multistage plating apparatus, the second stage plating may be performed without drying after the first stage plating and cleaning. In the multi-stage plating apparatus according to the above-described embodiment, since the processing is always performed with the processing surface of the substrate W facing upward, it is not necessary to install a reversing machine in the multi-stage plating apparatus, and the apparatus can be downsized.
[0057]
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a main part of a plating unit 12 using another plating solution supply head. In this plating unit 12, instead of incorporating the back heater 37 in the substrate holding part 36, a plating solution supply head (a substrate processing head and a substrate processing solution supply mechanism) installed above the substrate holding part 36. The lamp heater 61 is integrally installed in 31 '. That is, for example, a plurality of ring-shaped lamp heaters 61 having different radii are arranged concentrically, and a large number of nozzles 63 of the plating solution supply head (shower head) 31 ′ are opened from the gaps between the lamp heaters 61 in a ring shape. The lamp heater 61 may be a single spiral lamp heater, or may be constituted by lamp heaters having other various structures and arrangements.
[0058]
Even with this configuration, the plating solution can be supplied almost uniformly in the form of a shower onto the surface of the substrate W to be plated from each nozzle 63, and the lamp heater 61 can easily, quickly and uniformly heat and keep the substrate W. .
[0059]
  [Multi-stage plating equipment using electroless plating and electrolytic plating]
  FIG.Reference exampleIt is a schematic plan view of the two-stage plating apparatus (substrate processing apparatus) concerning. As shown in the figure, the two-stage plating apparatus includes load / unload units 10 and 10, a transfer robot 14, an electroless plating apparatus (substrate processing apparatus) 70, an electrolytic plating apparatus (substrate processing apparatus) 80, Is installed in one apparatus. The load / unload units 10 and 10 and the transfer robot 14 are the same as those used in the above embodiments.
[0060]
In the electroless plating apparatus 70, the anode head 30 and its retreating portion 22 are omitted from the plating unit 12 shown in FIG. 3, and only one stage of electroless plating can be performed. Further, the electroplating apparatus 80 is configured to perform only one stage of electroplating by omitting the plating solution supply head 31 and its retracting portion 22 from the plating unit 12 shown in FIG. In the electroplating apparatus 80, the back surface heater 37 in the substrate holding part 36 shown in FIG. Further, in the electroless plating apparatus 70, the plating solution supply head 31 is not necessarily required to rotate, and may always be positioned above the substrate holding part 36. In that case, the saving unit 22 is unnecessary.
[0061]
Next, a specific operation example of this multistage plating apparatus will be described. Here, as the plating solution used for the first stage plating (electroless plating), the same plating solution as the plating solution used for the electroless plating is used. Moreover, as a plating solution used for the second stage plating (electrolytic plating), the copper sulfate plating solution used for the electrolytic plating is used. As the substrate W, a substrate on which a power feeding layer (seed layer) is formed by the same sputtering as in the above embodiment is used.
[0062]
First, the substrate W before plating treatment is taken out from any one of the loading / unloading portions 10 shown in FIG. 6 by the transfer robot 14, and is carried into the electroless plating apparatus 70 with the surface to be plated facing upward. Electroless plating is applied to the surface to be plated by the same method as the electrolytic plating method, followed by washing and drying. As a result, an auxiliary seed layer that reinforces the seed layer previously formed by sputtering or the like can be formed, and the formation state of the entire seed layer including the auxiliary seed layer can be improved.
[0063]
  Next, the transfer robot 14 takes out the substrate W on which the plating process has been completed from the electroless plating apparatus 70 with the surface to be plated facing upward, and carries it into the electrolytic plating apparatus 80 as it is, and the same method as the electrolytic plating method described above. Then, the surface to be plated is subjected to electrolytic plating, washed and dried. thisReference exampleIn addition, since the auxiliary seed layer is formed by electroless plating, the entire seed layer constitutes a uniform power feeding layer for electrolytic plating. Wiring can be embedded.
[0064]
  As aboveReference exampleThe electroless plating apparatus 70 having a structure for performing electroless plating and treatments associated therewith (pretreatment, cleaning, drying, etc.) by one unit, and a structure for performing electrolytic plating and treatments incidental thereto by a single unit. Since the above-described electroplating apparatus 80 is clustered into a single multi-stage plating apparatus, a plating apparatus capable of performing plating with different characteristics in series can be configured in a compact manner.
[0065]
  Also in the specific operation example of the multi-stage plating apparatus, the electroplating may be performed by transferring to the electroplating apparatus 80 in a wet state without drying in the final step of the first stage electroless plating apparatus 70. Also aboveReference exampleAlso in the case of the multi-stage plating apparatus, since the processing is always performed with the surface to be processed of the substrate W facing upward, it is not necessary to install a reversing machine in the multi-stage plating apparatus, and the apparatus can be downsized.
[0066]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims and the specification and drawings. Is possible. In addition, any shape, material, or process not directly described in the specification and drawings is within the scope of the technical idea of the present invention as long as the effects and advantages of the present invention are exhibited. For example, the present invention can be applied to other plating processes such as bump plating and various substrate processes other than plating.
[0067]
【The invention's effect】
As described in detail above, the present invention has the following excellent effects.
(1) By incorporating a plurality of substrate processing heads in a single substrate processing unit, substrate processing processes having different characteristics can be performed in series in a single substrate processing unit. In addition, the apparatus can be made compact, the clean room in which the apparatus is installed can be made compact, and the clean room cost can be reduced. If the substrate processing apparatus can be made compact, clustering with a CMP apparatus (chemical mechanical polishing apparatus) becomes possible.
[0068]
(2) Since different substrate processing can be continuously performed in one apparatus, the transition from one substrate processing process to the next substrate processing process can be performed smoothly and in a short time, and the transfer of substrates between the substrate processing processes is performed in a cassette. There is no need to use a case, and there is no possibility of causing substrate processing defects, and a stable substrate processing process is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall plan view of a two-stage plating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a main part of a plating unit 12 portion.
FIG. 3 is an overall plan view of a two-stage plating apparatus according to another embodiment.
4 is a schematic cross-sectional view of the main part of the plating unit 12. FIG.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a main part of a plating unit 12 portion.
[Fig. 6]Reference exampleIt is a whole top view of the two-step plating apparatus concerning.
[Explanation of symbols]
W substrate
10 Load / Unload Club
12 Plating unit
14 Transport robot
20 Substrate processing unit (substrate processing means)
22 Retreat Department
24 Rotating shaft
26 Swing arm
30 (30-1, 30-2) (first and second) anode heads
32 Precoat / Recovery Arm
64 Precoat nozzle
66a, 66b Plating solution recovery nozzle
34 Fixed nozzle
36 Substrate holding part (substrate holding means)
38 cathode
40 splash prevention cup
90 Sealing material
94 Housing
98 anode
98a Plating solution supply port
102 Plating solution supply pipe
110 Plating solution impregnated material
31, 31 'Plating solution supply head
37 Back heater
61 Lamp heater
63 nozzles
70 Electroless plating equipment
80 Electrolytic plating equipment

Claims

Substrate holding means for holding the substrate;
A plurality of substrate processing heads that can swing and move up and down between a surface to be processed of the substrate and a retracted position, and have a substrate processing liquid supply mechanism;
Incorporating the plurality of substrate processing heads into the single substrate holding means;
The plurality of substrate processing liquids are sequentially used by sequentially using the plurality of substrate processing heads with respect to the single substrate holding means, and a plurality of stages of substrate processing are performed in the single substrate holding means. Substrate processing apparatus.

The substrate holding means includes a mechanism for energizing the held substrate, while at least one of the plurality of substrate processing heads includes an energization mechanism and supplies an electrolytic processing solution from a substrate processing solution supply mechanism, 2. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein an electrolytic process is performed.

3. The substrate according to claim 2, wherein the mechanism for energizing the substrate of the substrate holding means is a cathode, the energization mechanism of the substrate processing head is an anode, and the electrolytic treatment solution is a plating solution for electrolytic plating. Processing equipment.

4. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the substrate processing liquid supply mechanism provided in at least one of the plurality of substrate processing heads is a chemical processing liquid supply mechanism.

The substrate processing apparatus according to claim 4, wherein the chemical treatment solution is an electroless plating solution for electroless plating.