JP4233376B2 - Substrate processing method - Google Patents

Substrate processing method Download PDF

Info

Publication number
JP4233376B2
JP4233376B2 JP2003118686A JP2003118686A JP4233376B2 JP 4233376 B2 JP4233376 B2 JP 4233376B2 JP 2003118686 A JP2003118686 A JP 2003118686A JP 2003118686 A JP2003118686 A JP 2003118686A JP 4233376 B2 JP4233376 B2 JP 4233376B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
processing
electrode
plating
electrolytic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003118686A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004250776A (en
Inventor
正行 粂川
厳貴 小畠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
Priority to JP2003118686A priority Critical patent/JP4233376B2/en
Publication of JP2004250776A publication Critical patent/JP2004250776A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4233376B2 publication Critical patent/JP4233376B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Weting (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理方法に係り、特に半導体基板の表面に形成した配線用の窪みに銅（Ｃｕ）等の金属を埋め込んで配線を形成する基板処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体ウェハ等の基板上に回路を形成するための配線材料として、アルミニウム又はアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋め込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、化学気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）、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て、化学機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図１（ａ）乃至図１（ｃ）は、この種の銅配線基板Ｗの一製造例を工程順に示すものである。図１（ａ）に示すように、半導体素子が形成された半導体基材２０１上の導電層２０１ａの上にＳｉＯ２からなる酸化膜や低誘電率誘電体膜などの絶縁膜２０２が堆積され、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール２０３と配線用の溝２０４が形成されている。これらの上にＴａＮ等からなるバリア膜２０５、更にその上に電解めっきの給電層としてスパッタリングやＣＶＤ等によりシード層２０７が形成されている。
【０００４】
そして、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、図１（ｂ）に示すように、半導体基材２０１のコンタクトホール２０３及び溝２０４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２０２上に銅膜２０６を堆積する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２０２上の銅膜２０６、シード層２０７及びバリア膜２０５を除去して、コンタクトホール２０３及び配線用の溝２０４に充填させた銅膜２０６の表面と絶縁膜２０２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように銅膜２０６からなる配線が形成される。
【０００５】
図２に示すように、例えば、直径ｄ１が０．２μｍ程度の微細穴２０８と、線幅ｄ２が１００μｍ程度の幅広トレンチ２０９とが混在する基板Ｗの表面に銅めっきを施して銅膜２０６を形成すると、めっき液や該めっき液に含有される添加剤の働きを最適化したとしても、微細穴２０８の上ではめっきの成長が促進されて銅膜２０６が盛り上がる傾向があり、一方、幅広トレンチ２０９の内部ではレベリング性を高めためっきの成長を行うことができないため、結果として、基板Ｗ上に堆積した銅膜２０６には、微細穴２０８上の盛り上がり高さａと幅広トレンチ２０９上の凹み深さｂとをプラスした段差（hump）ａ＋ｂが残る。このため、微細穴２０８及び幅広トレンチ２０９の内部に銅を埋込んだ状態で、基板Ｗの表面を平坦化させるには、銅膜２０６の膜厚を十分に厚くし、しかもＣＭＰで前記段差ａ＋ｂ分余分に研磨する必要があった。
【０００６】
しかし、めっき膜のＣＭＰ工程を考えた時、めっき膜厚を厚くして研磨量を多くすればする程、ＣＭＰの加工時間が延びてしまい、これをカバーするためにＣＭＰレートを上げれば、ＣＭＰ加工時に幅広トレンチでのディッシングが生じるといった問題がある。又、ＣＭＰ工程では、スラリを用いて研磨を行うため、このスラリとめっき液との相互汚染が問題となる。更に、ＣＭＰ工程では、弾性を有する研磨パッドを半導体ウェハ等の基板に接触させるので、基板表面の凸部を選択的に除去することが困難となる。
【０００７】
すなわち、これらを解決するには、めっき膜厚を極力薄くし、基板表面に微細穴と幅広トレンチが混在しても、めっき膜の盛り上がりや凹みをなくして、平坦性を上げる必要があるが、例えば硫酸銅めっき浴を使用した電解めっき処理を行った場合、めっき液や添加剤の作用だけで盛り上がりを減らすことと凹みを減らすことを両立することができないのが現状であった。又、積層中のめっき電源を一時逆電解としたり、ＰＲパルス電源とすることで盛り上がりを少なくすることは可能であるが、凹部の解消にはならず、加えて表面の膜質を劣化させることになっていた。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２１２７８６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、基板表面に微細穴と幅広トレンチが混在した場合においても、基板の表面において良好な平坦性を得ることができる基板処理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、表面に微細穴と幅広トレンチを有する基板に対して、前記幅広トレンチがめっき膜で完全に埋まることなく、前記微細穴の上部にめっき膜の局所的な凸部が形成されるまで第１めっき処理を行い、前記第１めっき処理後の基板表面を洗浄し、前記洗浄後の基板に対して、基板と加工電極との間に液体の存在下で電圧を印加して、前記微細穴上のめっき膜の局所的な凸部を除去する第１電解加工を行い、前記第１電解加工後の基板表面を洗浄し、前記洗浄後の基板に対して、前記幅広トレンチがめっき膜で完全に埋まるまで第２めっき処理を行い、前記第２めっき処理後の基板表面を洗浄し、前記洗浄後の基板に対して、基板と加工電極との間に液体の存在下で電圧を印加して、めっき膜の表面を平坦化する第２電解加工を行うことを特徴とする基板処理方法である。
【００１１】
本発明の好ましい一態様は、前記基板と前記加工電極との間にイオン交換体を介在させることを特徴としている。
【００１４】
本発明の好ましい一態様は、前記液体は、純水、超純水、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体または電解液であることを特徴としている。ここで、純水は、電気伝導度（１ａｔｍ，２５℃換算、以下同じ）が１０μＳ／ｃｍ以下の水あり、超純水は、電気伝導度が０．１μＳ／ｃｍ以下の水である。このように、純水や超純水を使用して電解加工を行うことことで、加工面に不純物を残さない清浄な加工を行うことができる。
【００１５】
本発明の好ましい一態様は、前記電解加工時に前記めっき膜の膜厚を検知することを特徴としている。
【００２１】
本発明によれば、基板に対してめっき処理を行った後に、たとえば電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体をめっき後の基板と電極との間に供給して電解加工を行うことにより、めっき処理により形成された基板の凸部（hump）を効果的に除去することができ、基板の平坦性を向上させることができる。すなわち、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体は、電解が十分にされていないため、電気抵抗値の相違により、加工電極に接触又は近接する基板の凸部にイオン電流が集中し、これらのイオンが基板上の金属膜（凸部）に作用する。したがって、加工電極に接触又は近接した凸部を効果的に除去することができ、基板の平坦性を向上させることができる。特に、純水の場合は電気伝導度が１０μＳ／ｃｍ以下であり、超純水の場合は電気伝導度が０．１μＳ／ｃｍ以下であり、良好な電解加工性が得られる。
【００２２】
また、めっき後の基板を洗浄することで、高導電性の液体であるめっき液を基板から完全に除去して純水に置換し、電気伝導度が低い純水又は超純水等の環境下で電解加工（電解研磨）を行うことができる。特に、純水または超純水を用いた電解加工処理を行うことで、基板の表面の凸部のみを高い選択性で除去できる。すなわち、めっき処理と電解加工の間に洗浄工程を設けることで、例えば純水電解加工による凸部除去の効果を確実に得ることができる。そして、再び電解加工後の基板に対してめっき処理を行うことで、めっき処理による過度の凸部（hump）の形成を防止し、基板表面に微細穴と大穴（幅広トレンチ）が混在した場合においても、基板の表面において良好な平坦性を有するめっきによる金属膜を得ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る基板処理方法の実施形態について図３乃至図２１を参照して詳細に説明する。なお、図３乃至図２１において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２５】
図３は基板処理装置の全体構成を示す平面図である。図３に示すように、基板処理装置は、矩形状のハウジング１内に配置されており、このハウジング１の内部で基板のめっき処理及び電解加工が連続的に行われる。基板処理装置は、内部に複数の基板を収納する一対のロード・アンロードユニット２と、基板を薬液で洗浄する一対のベベルエッチ・薬液洗浄ユニット３と、基板を載置保持するとともに該基板を反転する一対の基板ステージ４と、基板のめっき処理及び電解加工を行う４つの基板処理ユニット５とを備えている。又、ハウジング１内には、ロード・アンロードユニット２、ベベルエッチ・薬液洗浄ユニット３、及び基板ステージ４の間で基板を搬送する第１搬送ロボット６と、基板ステージ４と基板処理ユニット５との間で基板を搬送する第２搬送ロボット７とが配置されている。
【００２６】
基板は表面（素子形成面、処理面）を上に向けてカセットに収納され、ロード・アンロードユニット２上に載置される。そして、第１搬送ロボット６が基板をカセットから取り出し、基板ステージ４上に移送して、この基板を基板ステージ４上に載置する。基板は基板ステージ４の反転機により表面が下に向くように反転され、第２搬送ロボット７に渡される。基板Ｗは、その表面が第２搬送ロボット７のハンドに触れないよう、基板の外周縁部でハンドに載置保持される。第２搬送ロボット７は基板を基板処理ユニット５の後述するヘッド部４１に渡し、この基板処理ユニット５内で基板のめっき処理及び電解加工が行われる。
【００２７】
次に、基板処理装置の内部に設置される基板処理ユニット５を詳細に説明する。図４は基板処理ユニット５の平面図、図５は図４の正断面図、図６は図４の側断面図である。図４及び図５に示すように、基板処理ユニット５は、仕切壁１０によって２つの基板処理部、すなわち、基板のめっき処理を行うめっき処理部２０と、めっき後の基板を電解加工する電解加工部３０とに分割されている。又、これらのめっき処理部２０及び電解加工部３０はカバー１１で覆われて、１つの密閉可能な処理空間８が区画形成されている。図４及び図５に示すように、カバー１１の電解加工部３０側の側面には基板を搬入出するための開口１２が形成されており、この開口１２には開閉自在なシャッタ１３が設けられている。このシャッタ１３はシャッタ開閉用エアシリンダ１４に接続されており、このシャッタ開閉用エアシリンダ１４の駆動によりシャッタ１３が上下に移動して開口１２を開閉するようになっている。このように、めっき処置部２０及び電解加工部３０を内部に収納した基板処理ユニット５の処理空間８をカバー１１及びシャッタ１３で密閉することにより、めっき処理において発生するミストなどが基板処理ユニット５の処理空間８の外部に飛散することを防止している。
【００２８】
又、図５に示すように、カバー１１の上部には、不活性ガス（パージガス）供給ポート１５が設けられており、この不活性ガス供給ポート１５からＮ２ガスどの不活性ガス（パージガス）が処理空間８内に供給される。カバー１１の底面には円筒状の排気ダクト１６が設けられており、この排気ダクト１６を介して処理空間８内のガスが外部に排気される。
【００２９】
図４に示すように、めっき処理部２０と電解加工部３０との間には、処理空間８内に位置して、めっき処理部２０においてめっきされた基板を洗浄する洗浄部としてアーム状の洗浄ノズル１７が配置されている。この洗浄ノズル１７は、図示しない洗浄液供給源に接続され、洗浄ノズル１７から基板Ｗの下面に向けて洗浄液（例えば、純水）が噴射される。この洗浄ノズル１７は、回転可能に構成され、必要に応じてめっき処理後及び電解加工後の基板の洗浄を行う。
【００３０】
図４乃至図６に示すように、基板処理ユニット５内には、めっき処理部２０と電解加工部３０との間を揺動可能な揺動アーム４０が設置されており、この揺動アーム４０の自由端側には基板を保持するヘッド部４１が垂設されている。揺動アーム４０を揺動することにより、図４に示すように、めっき処理部２０においてめっきを行うめっき位置Ｐと電解加工部３０において電解加工を行う電解加工位置Ｑとの間でヘッド部４１を揺動させることができる。なお、ヘッド部４１のめっき位置Ｐと電解加工位置Ｑとの間の移動は、上記揺動アーム４０の揺動だけでなく、例えばヘッド部４１の平行移動によって行うこともできる。
【００３１】
図７は、揺動アーム４０及びヘッド部４１の要部を示す縦断面図である。図７に示すように、揺動アーム４０は、回転可能な中空状の支柱４２の上端に固定されており、支柱４２の回転に伴って水平方向に揺動する。支柱４２の内部には、軸受４３によって支持される回転軸４４が挿通されており、この回転軸４４は支柱４２に対して相対的に回転可能となっている。又、この回転軸４４の上端には駆動プーリ４５が取付けられている。
【００３２】
ヘッド部４１は、揺動アーム４０に固定的に取付けられ、図７に示すように、揺動アーム４０に固定された外筒４６と、外筒４６を上下に貫通する回転軸４７と、下面に基板Ｗを保持する基板保持部４８と、外筒４６に対して相対的に上下動可能な可動部材４９とから主として構成されている。基板保持部４８は回転軸４７の下端に連結されている。
【００３３】
回転軸４７は軸受５０によって支持され、外筒４６に対して相対的に回転可能となっている。この回転軸４７の上部には従動プーリ５１が取付けられており、前記駆動プーリ４５と該従動プーリ５１との間には、タイミングベルト５２が掛け渡されている。これにより、支柱４２内の回転軸４４の回転に伴って回転軸４７が回転し、この回転軸４７と一体となって基板保持部４８が回転する。
【００３４】
可動部材４９と外筒４６との間には、シール材５３によって密閉空間５４が形成されており、この密閉空間５４にはエア供給路５５が連通している。これにより、密閉空間５４にエア供給路５５を介してエアを給排気することにより、可動部材４９を外筒４６に対して相対的に上下動させることができるようになっている。又、可動部材４９の外周縁には、下方に向かって延出する押圧ロッド５６が設けられている。
【００３５】
図７に示すように、基板保持部４８は、回転軸４７の下端に連結されたフランジ部６０と、下面に基板Ｗを真空吸着により吸着する吸着プレート６１と、基板Ｗの外周部に配置されたガイドリング６２とを備えている。吸着プレート６１は、例えばセラミックスや強化樹脂などから形成されており、この吸着プレート６１には複数の吸着孔６１ａが形成されている。
【００３６】
図８は、図７の部分拡大図である。図８に示すように、フランジ部６０と吸着プレート６１との間には、吸着プレート６１の吸着孔６１ａに連通する空間６３が形成されている。又、フランジ部６０と吸着プレート６１との間にはＯリング６４が配置されており、上記空間６３がこのＯリング６４によってシールされている。又、吸着プレート６１との外周部、すなわち吸着プレート６１とガイドリング６２との間には、軟質のシールリング６５が配置されている。このシールリング６５は、吸着プレート６１に吸着された基板Ｗの外周部の裏面に接触するようになっている。
【００３７】
図９は、基板保持部４８の平面図である。図８及び図９に示すように、基板保持部４８には、６つのチャック機構７０が周方向に等間隔に設けられている。このチャック機構７０は、図８に示すように、基板保持部４８のフランジ部６０の上面に取付けられた台座７１と、上下動可能なロッド７２と、支軸７３を中心として回転可能な給電爪部材７４とを備えている。ロッド７２の上端にはナット７５が取付けられており、このナット７５と台座７１との間には圧縮コイルばね７６が介装されている。
【００３８】
図８に示すように、給電爪部材７４とロッド７２とは水平方向に移動可能なピン７７を介して連結されており、ロッド７２の上方への移動に伴って給電爪部材７４は支軸７３を中心として回転し内方に閉じ、ロッド７２の下方への移動に伴って給電爪部材７４は支軸７３を中心として回転し外方に開くような構造となっている。このような構造により、可動部材４９（図７参照）を下方に移動させ、押圧ロッド５６をナット７５に当接させロッド７２を下方に押下げると、圧縮コイルばね７６の付勢力に抗してロッド７２が下方に移動し、これにより給電爪部材７４が支軸７３を中心として回転して外方に開くようになっている。そして、可動部材４９を上方に移動させると、ロッド７２が圧縮コイルばね７６の弾性力で上昇し、これにより給電爪部材７４は支軸７３を中心として回転して内方に閉じるようになっている。これら６箇所に設けられたチャック機構７０によって、基板Ｗは、その周縁部が位置決めされた状態で挟持され基板保持部４８の下面に保持される。
【００３９】
図１０は、基板保持部４８の底面図である。図１０に示すように、ガイドリング６２の下面には、給電爪部材７４が取付けられた位置に半径方向に延びる溝６２ａが形成されている。給電爪部材７４が開閉する際には、このガイドリング６２の溝６２ａ内を給電爪部材７４が移動するようになっている。
【００４０】
図８に示すように、給電爪部材７４の半径方向内側の表面には、導電性の給電部材７８が取付けられている。この給電部材７８は、導電性の通電プレート７９に接触するようになっている。通電プレート７９はボルト８０を介して電気的に電源ケーブル８１に接続されており、この電源ケーブル８１は電源７０２（図１１参照）に接続されている。給電爪部材７４が内方に閉じ、基板Ｗの周縁部を挟持すると、給電爪部材７４の給電部材７８が基板Ｗの周縁部に接触し、基板Ｗに対して給電を行うようになっている。ここで、給電部材７８は、基板Ｗ上の加工する金属に対して貴なる金属から形成されていることが好ましい。
【００４１】
図７に示すように、回転軸４７の上端には、ロータリージョイント８２が設けられており、基板保持部４８に設けられたコネクタ８３から延びるチューブ８４と、装置内の電源７０２及び真空ポンプ（図示せず）から延びるチューブ８５とがロータリージョイント８２を介して接続されている。これらのチューブ８４，８５内には、上述した電源ケーブル８１が収容されており、給電爪部材７４の給電部材７８と装置内の電源７０２とが電気的に接続されるようになっている。又、チューブ８４，８５内には、吸着用の空間６３に連通する配管も収容されており、真空ポンプの駆動により吸着プレート６１の下面に基板Ｗを吸着できるようになっている。
【００４２】
次に、ヘッド部４１の上下方向及び水平方向の移動、揺動、及び回転を行う駆動装置について図５及び図６を参照して説明する。この駆動装置１００は、図５及び図６に示すように、カバー１１で区画された基板処理ユニット５の処理空間８の外部に配置されている。したがって、駆動装置１００からパーティクルなどがめっき処理部２０等に混入することが防止され、又、めっき処理において発生するミストなどの影響を低減して、駆動装置１００の耐久性を向上することができるようになっている。
【００４３】
駆動装置１００は、基板処理ユニット５の枠体に設けられたレール１０１と、このレール１０１上に設けられた摺動ベース１０２と、摺動ベース１０２に対して上下動可能に取付けられた昇降ベース１０３とから基本的に構成される。昇降ベース１０３には、上述した支柱４２が回転可能に支持されている。したがって、昇降ベース１０３がレール１０１上を摺動することによって、ヘッド部４１が水平方向（図４のＡ方向）に移動するようになっている。又、昇降ベース１０３には回動モータ１０４及び揺動モータ１０５が、摺動ベース１０２には昇降モータ（図示せず）がそれぞれ設置されている。
【００４４】
昇降ベース１０３に支持された支柱４２の下端には、支柱４２と一体に回転する従動プーリ１０６が取付けられている。この従動プーリ１０６と揺動モータ１０５のシャフトに取付けられた駆動プーリ１０８との間には、タイミングベルト１０７が掛け渡されている。これによって、揺動モータ１０５の駆動に伴って支柱４２が回転し、支柱４２に固定された揺動アーム４０が揺動するようになっている。
【００４５】
昇降ベース１０３には、摺動ベース１０２に設けられたスライダサポート１０９によって上下方向に案内されるスライダ１１０が設けられており、図示しない昇降機構によって、昇降ベース１０３のスライダ１１０が摺動ベース１０２のスライダサポート１０９に案内されつつ、昇降ベース１０３が上下動するようになっている。
【００４６】
支柱４２内に挿嵌された回転軸４４の下端には、回転軸４４と一体に回転する従動プーリ１１１が取付けられており、この従動プーリ１１１と回動モータ１０４のシャフトに取付けられた駆動プーリ１１３との間には、タイミングベルト１１２が掛け渡されている。これによって、回動モータ１０４の駆動に伴って回転軸４４が回転し、回転軸４４に取付けた駆動プーリ４５とヘッド部４１の回転軸４７に取付けた従動プーリ５１との間に掛け渡したタイミングベルト５２を介して該回転軸４７が回転するようになっている。
【００４７】
次に、基板処理ユニット５内のめっき処理部２０について説明する。図１１は、めっき処理部２０の要部を示す縦断面図である。図１１に示すように、めっき処理部２０には、略円筒状で内部にめっき液を収容するめっき槽１２０が配置されており、このめっき槽１２０の内部には堰部材１２１が設けられている。めっき槽１２０の内部には、上方に開口するめっき室１２２が堰部材１２１によって形成されており、このめっき室１２２の底部には、電源切換スイッチ７００を介して装置内の電源７０２の陽極に接続されるアノード１２３が配置されている。なお、このアノード１２３は、例えば含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成することが好ましい。これは、めっきの進行に伴ってアノード１２３の表面にブラックフィルムと呼ばれる黒膜を形成するためであり、このブラックフィルムによりスライムの生成が抑制される。
【００４８】
堰部材１２１の内周壁には、めっき室１２２の中心に向かってめっき液を噴出する複数のめっき液噴出口（めっき液供給部）１２４が周方向に沿って等間隔に配置されている。このめっき液噴出口１２４は、堰部材１２１の内部を上下に延びるめっき液供給路１２５に連通している。このめっき液供給路１２５はめっき液供給ポンプ１２６（図６参照）に接続されており、このポンプ１２６の駆動により所定量のめっき液がめっき液噴出口１２４からめっき室１２２内に供給されるようになっている。又、堰部材１２１の外側には、この堰部材１２１をオーバーフローしためっき液を排出するめっき液排出路１２７が設けられており、堰部材１２１をオーバーフローしためっき液は、めっき液排出路１２７を介してリザーバ（図示せず）に入るようになっている。
【００４９】
この例では、アノード１２３の表面を覆うようにイオン交換体（イオン交換膜）１２８が配置されている。このイオン交換体１２８は、めっき液噴出口１２４からの噴流がアノード１２３の表面に直接当たることを防止するためのものであり、イオン交換体１２８によってアノード１２３の表面に形成されたブラックフィルムがめっき液によって巻き上げられて流れ出すことが防止される。
【００５０】
次に、基板処理ユニット５内の電解加工部３０について説明する。図１２は、電解加工部３０の要部を示す縦断面図である。図１２に示すように、電解加工部３０は、矩形状の電極部１３０と、電極部１３０に連結された中空スクロールモータ１３１とを備えている。この中空スクロールモータ１３１の駆動により、電極部１３０が自転を行わない円運動、いわゆるスクロール運動（並進回転運動）を行うようになっている。
【００５１】
電極部１３０は、Ｂ方向（図４参照）に延びる複数の電極部材１３２と、上方に開口する容器１３３とを備えており、複数の電極部材１３２は容器１３３内に並列に等ピッチで配置されている。各電極部材１３２は、電源切換スイッチ７００を介して装置内の電源７０２に接続される複数の電極１３４と、各電極１３４の表面を一体的に覆うイオン交換体（イオン交換膜）１３５とを備えている。イオン交換体１３５は、電極１３４の両側に配置された保持プレート１３６により電極１３４に取付けられている。
【００５２】
このイオン交換体１３５は、例えば、アニオン交換基又はカチオン交換基を付与した不織布で構成されている。カチオン交換体は、好ましくは強酸性カチオン交換基（スルホン酸基）を担持したものであるが、弱酸性カチオン交換基（カルボキシル基）を担持したものでもよい。又、アニオン交換体は、好ましくは強塩基性アニオン交換基（４級アンモニウム基）を担持したものであるが、弱塩基性アニオン交換基（３級以下のアミノ基）を担持したものでもよい。
【００５３】
ここで、例えば強塩基性アニオン交換基を付与した不織布は、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行ういわゆる放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖をアミノ化して４級アンモニウム基を導入して作製される。導入されるイオン交換基の容量は、導入するグラフト鎖の量により決定される。グラフト重合を行うためには、例えばアクリル酸、スチレン、メタクリル酸グリシジル、更にはスチレンスルホン酸ナトリウム、クロロメチルスチレン等のモノマーを用い、これらのモノマー濃度、反応温度及び反応時間を制御することで、重合するグラフト量を制御することができる。したがって、グラフト重合前の素材の重量に対し、グラフト重合後の重量の比をグラフト率と呼ぶが、このグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００５４】
強酸性カチオン交換基を付与した不織布は、前記強塩基性アニオン交換基を付与する方法と同様に、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行ういわゆる放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖を、例えば加熱した硫酸で処理してスルホン酸基を導入して作製される。又、加熱したリン酸で処理すればリン酸基が導入できる。ここでグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００５５】
イオン交換体１３５の素材の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系高分子、又はその他有機高分子が挙げられる。又素材形態としては、不織布の他に、織布、シート、多孔質材、短繊維等が挙げられる。
【００５６】
ここで、ポリエチレンやポリプロピレンは、放射線（γ線と電子線）を先に素材に照射する（前照射）ことで、素材にラジカルを発生させ、次にモノマーと反応させてグラフト重合することができる。これにより、均一性が高く、不純物が少ないグラフト鎖ができる。一方、その他の有機高分子は、モノマーを含浸させ、そこに放射線（γ線、電子線、紫外線）を照射（同時照射）することで、ラジカル重合することができる。この場合、均一性に欠けるが、ほとんどの素材に適用できる。
【００５７】
このように、イオン交換体１３５をアニオン交換能又はカチオン交換能を付与した不織布で構成することで、純水又は超純水や電解液等の液体が不織布の内部を自由に移動して、不織布内部の水分解触媒作用を有する活性点に容易に到達することが可能となって、多くの水分子が水素イオンと水酸化物イオンに解離される。更に、解離によって生成した水酸化物イオンが純水又は超純水や電解液等の液体の移動に伴って効率良く加工電極の表面に運ばれるため、低い印加電圧でも高電流が得られる。
【００５８】
ここで、イオン交換体１３５をアニオン交換基又はカチオン交換基の一方を付与したもののみで構成すると、電解加工できる被加工材料が制限されるばかりでなく、極性により不純物が生成しやすくなる。そこで、アニオン交換基を有するアニオン交換体とカチオン交換基を有するカチオン交換体とを重ね合わせたり、イオン交換体１３５自体にアニオン交換基とカチオン交換基の双方の交換基を付与するようにしたりしてもよく、これにより、被加工材料の範囲を拡げるとともに、不純物を生成しにくくすることができる。
【００５９】
この例では、隣り合う電極部材１３２の電極１３４に、電源７０２の陰極と陽極とが交互に接続されている。例えば、図１２に示すように、電源切換スイッチ７００を介して、加工電極１３４ａを電源７０２の陰極に接続し、給電電極１３４ｂを電源７０２の陽極に接続する。例えば、銅を加工する場合においては、陰極側に電解加工作用が生じるので、陰極に接続した電極１３４が加工電極１３４ａとなり、陽極に接続した電極１３４が給電電極１３４ｂとなる。このように、この例では、加工電極１３４ａと給電電極１３４ｂとが並列に交互に配置される。
【００６０】
なお、加工材料によっては、電源の陰極に接続される電極を給電電極とし、陽極に接続される電極を加工電極としてもよい。すなわち、被加工材料が例えば銅やモリブデン、鉄である場合には、陰極側に電解加工作用が生じるため、電源７０２の陰極に接続した電極１３４が加工電極１３４ａとなり、陽極に接続した電極１３４が給電電極１３４ｂとなる。一方、被加工材料が例えばアルミニウムやシリコンである場合には、陽極側で電解加工作用が生じるため、電源の陽極に接続した電極が加工電極となり、陰極に接続した電極が給電電極となる。
【００６１】
このように、加工電極１３４ａと給電電極１３４ｂとを電極部材１３２の長手方向と垂直な方向に交互に設けることで、基板Ｗの導電体膜（被加工物）に給電を行う給電部を設ける必要がなくなり、基板Ｗの全面の加工が可能となる。加工中に、長手方向と垂直な方向に加工電極１３４ａが配置されるピッチの整数倍、基板保持部４８で保持した基板を走査させることで均一な加工が得られる。又、電極１３４間に印加される電圧の正負をパルス状に変化させることで、電解生成物を溶解させ、加工の繰り返しの多重性によって平坦度を向上させることができる。
【００６２】
ここで、電極部材１３２の電極１３４は、電解反応により、酸化又は溶出が一般に問題となる。このため、電極の素材として、電極に広く使用されている金属や金属化合物よりも、炭素、比較的不活性な貴金属、導電性酸化物又は導電性セラミックスを使用することが好ましい。この貴金属を素材とした電極としては、例えば、下地の電極素材にチタンを用い、その表面にめっきやコーティングで白金又はイリジウムを付着させ、高温で焼結して安定化と強度を保つ処理を行ったものが挙げられる。セラミックス製品は、一般に無機物質を原料として熱処理によって得られ、各種の非金属・金属の酸化物・炭化物・窒化物などを原料として、様々な特性を持つ製品が作られている。この中に導電性を持つセラミックスもある。電極が酸化すると電極の電気抵抗値が増加し、印加電圧の上昇を招くが、このように、白金などの酸化しにくい材料やイリジウムなどの導電性酸化物で電極表面を保護することで、電極素材の酸化による導電性の低下を防止することができる。
【００６３】
図１２に示すように、各電極部材１３２の両側には、純水又は超純水を基板Ｗと電極部材１３２のイオン交換体１３５との間に供給するための純水供給ノズル１３７が設置されている。この純水供給ノズル１３７は純水供給ポンプ１３８（図５参照）に接続されており、このポンプ１３８の駆動により所定量の純水又は超純水が純水供給ノズル１３７から基板Ｗとイオン交換体１３５との間に供給されるようになっている。
【００６４】
この例では、容器１３３の内部は純水供給ノズル１３７から供給された液体で満たされ、基板Ｗは液体に浸漬された状態で電解加工が行われる。容器１３３の外側には、この容器１３３の外周壁１３３ａをオーバーフローした液体を排出する液体排出路１３９が設けられており、外周壁１３３ａをオーバーフローした液体は、液体排出路１３９を介して排液タンク（図示せず）に入るようになっている。
【００６５】
なお、この例では、電源切換スイッチ７００を介して電源７０２を切換えて、めっき処理部２０でめっき処理を行う時には、給電爪部材７４の給電部材７８に電源７０２の陰極を、アノード１２３に電源７０２の陽極をそれぞれ接続し、電解加工部３０で電解加工を行う時には、隣り合う電極部材３２の電極３４に電源７０２の陰極と陽極とを交互に接続するようにしている。
【００６６】
なお、基板への給電を給電爪部材７４の給電部材７８により行い、図１２に示される電極１３４は、全て加工電極にするようにしてもよい。そのように構成することにより、基板に対して、基板チャック機構７０から直接給電されるので、基板と給電電極が接触する部分が小さくて済み、給電電極からの気泡発生箇所が減る。また、加工電極の数を倍に増やすことができるので、基板に対して通過する加工電極の数が増え、基板面での加工面内均一性、及び加工速度が向上する。また、この例では、電源切換スイッチ７００を介して、めっき処理部２０と電解加工部３０で電源７０２を切換えるようにしているが、めっき処理部２０と電解加工部３０で個別に電源を備えるようにしてもよい。
【００６７】
次に、上記基板処理装置を用いて半導体基板等の基板を処理する工程について説明する。まず、基板の表面（素子形成面、処理面）を上に向けて予めカセットに収納し、このカセットをロード・アンロードユニット２に載置しておく。第１搬送ロボット６がロード・アンロードユニット２上に載置されたカセットから基板を１枚ずつ取り出し、これを基板ステージ４上に移動して基板ステージ４上に載置する。基板ステージ４上の基板は反転機によって反転され、第２搬送ロボット７に渡される。そして、基板処理ユニット５のシャッタ開閉用エアシリンダ１４を駆動してシャッタ１３を開き、第２搬送ロボット７により基板Ｗをカバー１１に形成された開口１２から基板処理ユニット５の内部に挿入する。
【００６８】
基板処理ユニット５に基板を受け渡す際には、駆動装置１００の揺動モータ１０５を駆動し支柱４２を所定角度だけ回転させ、これによって、ヘッド部４１を電解加工部３０上の電解加工位置Ｑ（図４参照）に移動させておく。このとき、可動部材４９を下降させることによって、押圧ロッド５６をチャック機構７０のナット７５に当接させ、ロッド７２を圧縮コイルばね７６の付勢に抗して下方に押下げ、給電爪部材７４を外方に開いておく。
【００６９】
そして、基板処理ユニット５の内部に挿入された第２搬送ロボット７のハンドを上昇させて基板Ｗの上面（裏面）を基板保持部４８の吸着プレート６１の下面に当接させる。この状態で、可動部材４９を上昇させることによってチャック機構７０の給電爪部材７４を内方に閉じる。これにより基板Ｗが給電爪部材７４によって位置決めされた状態で保持される。このとき、給電爪部材７４の給電部材７８は、基板Ｗの周縁部に接触し、電源から基板Ｗに給電が可能な状態となる。そして、真空ポンプを駆動して、空間６３を真空引きして基板Ｗを吸着プレート６１の下面に吸着させる。その後、第２搬送ロボット７のハンドは基板処理ユニット５から引抜かれ、シャッタ１３が閉じられる。
【００７０】
次に、駆動装置１００の揺動モータ１０５を駆動し支柱４２を所定角度だけ回転させることによって、基板Ｗを保持したヘッド部４１をめっき処理部２０上のめっき位置Ｐに移動させる。そして、駆動装置１００の昇降モータを駆動し支柱４２を所定距離だけ降下させ、基板保持部４８の下面に保持された基板Ｗをめっき槽１２０内のめっき液に浸漬する。基板Ｗがめっき液に浸漬された後、駆動装置１００の回動モータ１０４を駆動し、支柱４２内の回転軸４４を介してヘッド部４１の回転軸４７を回転させ、基板Ｗを中速（数十ｍｉｎ−１）の回転速度で回転させる。そして、アノード１２３と基板Ｗとの間に電流を通電し、基板Ｗの表面に銅膜（めっき膜）２０６（図１（ｂ）参照）を形成する。この時、アノード１２３と基板Ｗの間には、定期的に電位が０または逆の電位となるようなパルス電圧を加えてもよい。
【００７１】
めっき処理が完了した後、基板Ｗの回転を停止し、駆動装置１００の昇降モータを駆動し支柱４２及びヘッド部４１を所定距離だけ上昇させる。次に、駆動装置１００の揺動モータ１０５を駆動し支柱４２を所定角度だけ回転させることによって、基板Ｗを保持したヘッド部４１を洗浄ノズル１７（シャワー）の上方に位置させる。そして、駆動装置１００の昇降モータを駆動し支柱４２を所定距離だけ降下させる。次に、駆動装置１００の回動モータ１０４を駆動して、基板保持部４８を例えば１００ｍｉｎ−１で回転させつつ、洗浄ノズル１７から基板Ｗの下面に向けて洗浄液（純水）を噴射して、めっき後の基板Ｗ及び給電爪部材７４等の洗浄を行い、めっき液を純水に置換する。
【００７２】
洗浄処理が完了した後、駆動装置１００の揺動モータ１０５を駆動し支柱４２を所定角度だけ回転させることによって、ヘッド部４１を電解加工部３０上の電解加工位置Ｑに移動させる。そして、駆動装置１００の昇降モータを駆動し支柱４２を所定距離だけ降下させ、基板保持部４８の下面に保持された基板Ｗを電極部１３０のイオン交換体１３５の表面に接触又は近接させる。この状態で、中空スクロールモータ１３１を駆動して電極部１３０をスクロール運動させる。また、スライドモータを駆動して、基板を加工電極１３４ａが配置されているピッチの整数倍だけ走査させる。このとき、純水供給ノズル１３７から基板Ｗと電極部材１３２との間に純水又は超純水が供給され、基板Ｗは容器１３３内の液体に浸漬される。
【００７３】
そして、電源切換スイッチ７００を切換え、隣り合う電極部材１３２の電極１３４に電源７０２の陰極と陽極とを交互に接続して、電源７０２の陰極に接続した電極１３４を加工電極１３４ａ、陽極に接続した電極１３４を給電電極１３４ｂとした電圧を印加する。なお、基板への給電を給電爪部材７４の給電部材７８により行い、図１２に示される電極１３４を全て加工電極とする場合には、電源７０２の陽極を給電爪部材７４の給電部材７８に、陰極を電極１３４にそれぞれ接続する。
【００７４】
これによって、イオン交換体１３５により生成された水素イオン又は水酸化物イオンによって、加工電極（陰極）１３４ａにおいて基板Ｗの表面の導電体膜（銅膜２０６）の電解加工を行う。この時、加工電極１３４ａと給電電極１３４ｂの間に、定期的に電位が０または逆の電位となるようなパルス電圧を印加するようにしてもよい。
【００７５】
ここで、超純水のような液自身の抵抗値が大きい液体を使用する場合には、イオン交換体１３５を基板Ｗに接触させることにより、電気抵抗を低減させることができ、印加電圧も小さくて済み、消費電力も低減できる。この「接触」は、例えばＣＭＰのように物理的なエネルギー（応力）を被加工物に与えるために、「押し付ける」ことを意味するものではない。したがって、この例における電解加工部３０では、例えばＣＭＰ装置において基板と研磨部材を積極的に押し付ける押圧機構は具備していない。すなわち、ＣＭＰにおいては、一般に２０〜５０ｋＰａ程度の押圧力で基板を研磨面に押し付けているが、この例の電解加工装置では、例えば、２０ｋＰａ以下の圧力でイオン交換体１３５を基板Ｗに接触させればよく、１０ｋＰａ以下の圧力でも十分な除去加工効果が得られる。
【００７６】
ここで、純水は、例えば電気伝導度が１０μＳ／ｃｍ以下の水であり、超純水は、例えば電気伝導度が０．１μＳ／ｃｍ以下の水である。このように電解質を含まない純水又は超純水を使用して電解加工を行うことで、基板Ｗの表面に電解質等の余分な不純物が付着したり、残留したりすることをなくすことができる。更に、電解によって溶解した銅イオン等が、イオン交換体１３５にイオン交換反応で即座に捕捉されるため、溶解した銅イオン等が基板Ｗの他の部分に再度析出したり、酸化されて微粒子となり基板Ｗの表面を汚染したりすることがない。
【００７７】
なお、純水又は超純水の代わりに任意の電解液、例えば純水又は超純水に電解質を添加した電解液を使用してもよい。電解液を使用することで、電気抵抗を低減して消費電力を削減することができる。この電解液としては、例えば、ＮａＣｌやＮａ２ＳＯ４等の中性塩、ＨＣｌやＨ２ＳＯ４等の酸、更には、アンモニア等のアルカリなどの溶液を使用することができ、被加工物の特性によって適宜選択して使用することができる。
【００７８】
このように、加工液として電解液を使用した場合には、前記イオン交換体１３５の代わりに、基板Ｗの表面の導電体膜（銅膜２０６）の表面に接触して該導電体膜を研磨除去する接触部材を設けることが好ましい。この接触部材は、材料自体に通液性を有するか、または多数の細孔を設けることで、通液性を有するようにするとともに、基板と密着性を保ち、かつ基板を傷つけないようにために、弾性を有するものであることが好ましい。接触部材はまた、導電性を有するか、またはイオンの交換が可能なものであることが更に好ましい。この接触部材の具体的な例としては、例えば発泡ポリウレタンなどの多孔質高分子、不織布などの繊維状のもの、各種研磨パッド、スクラブ洗浄部材が挙げられる。
【００７９】
この場合、加工液として硫酸銅、硫酸アンモニウムなどの電解質を含む電解液を用いて、配線材料としての銅膜２０６（図１（ｂ）参照）の表面を陽極酸化させ、接触部材でスクラブ除去するようにしてもよい。また、電解液にキレート剤を添加することにより、配線材料としての銅膜２０６（図１（ｂ）参照）の表面をキレート化し脆弱化することにより、よりスクラブ除去し易くするようにしてもよい。
更に、電解液もしくは純水からなる加工液に砥粒を含有させるか、加工液とスラリを同時に供給するなどして、電解加工と砥粒による機械的研磨を組み合わせた複合加工を行うようにしてもよい。
【００８０】
また、純水または超純水の代わりに、純水または超純水に界面活性剤等を添加して、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以下（比抵抗で１０ＭΩ・ｃｍ以上）にした液体を使用してもよい。このように、純水または超純水に界面活性剤を添加することで、基板Ｗとイオン交換体１３５の界面にイオンの移動を防ぐ一様な抑制作用を有する層を形成し、これによって、イオン交換（金属の溶解）の集中を緩和して被加工面の平坦性を向上させることができる。ここで、界面活性剤濃度は、１００ｐｐｍ以下が好ましい。なお、電気伝導度の値が高すぎると電流効率が下がり、加工速度が遅くなるが、５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以下の電気伝導度を有する液体を使用することで、所望の加工速度を得ることができる。
なお、より厳密に基板のめっき膜凸部のみを選択的に除去したい場合には、電気伝導度５０μＳ／ｃｍ以下に、更に好ましくは２．５μＳ／ｃｍ以下に調整することが好ましい。
【００８１】
電解加工完了後、電源７０２の接続を切り、電極部１３０のスクロール運動を停止させ、しかる後、駆動装置１００の昇降モータを駆動し支柱４２及びヘッド部４１を所定距離だけ上昇させる。その後、基板処理ユニット５に設けられたシャッタ１３を開き、第２搬送ロボット７のハンドをカバー１１に形成された開口１２から基板処理ユニット５の内部に挿入する。そして、基板Ｗを受け取れる位置にまで第２搬送ロボット７のハンドを上昇させる。この状態で、可動部材４９を下降させることによって、押圧ロッド５６をチャック機構７０のナット７５に当接させ、ロッド７２を圧縮コイルばね７６の付勢力に抗して下方に押下げ、給電爪部材７４を外方に開く。これによって基板Ｗがリリースされ、第２搬送ロボット７のハンドに載置される。この後、基板Ｗが載置された第２搬送ロボット７のハンドは基板処理ユニット５から引抜かれ、シャッタ１３が閉じられる。
【００８２】
めっき処理及び電解加工後の基板Ｗを受け取った第２搬送ロボット７は、この基板Ｗを基板ステージ４上に移動して基板ステージ４上に載置する。基板ステージ４上の基板を受け取った第１搬送ロボット６は、この基板Ｗをベベルエッチ・薬液洗浄ユニット３に搬送する。このベベルエッチ・薬液洗浄ユニット３においては、めっき処理後の基板Ｗが薬液で洗浄されるともに、基板Ｗのベベル部に薄く形成された銅薄膜等がエッチング除去され、これに加えて、基板Ｗの水洗い及び乾燥処理が行われる。ベベルエッチ・薬液洗浄ユニット３においてこれらの処理がなされた後、この基板Ｗを第１搬送ロボット６でロード・アンロードユニット２のカセットに戻し、一連の処理が完了する。
【００８３】
このような構成の基板処理装置を用い、電解加工部３０において使用する液体の電気伝導度をそれぞれ２．５μＳ／ｃｍ、５０μＳ／ｃｍ、５００μＳ／ｃｍとして実際に基板の処理を行った。選択的な凸部除去という観点では、電気伝導度を小さくする方が平坦性が得られ、特に一般的な純水のレベルである２．５μＳ／ｃｍでは良好な平坦性が得られた。
【００８４】
次に、他の基板処理装置について図１３及び図１４を参照して詳細に説明する。なお、上述の例における部材又は要素と同一の作用又は機能を有する部材又は要素には同一の符号を付し、特に説明しない部分については上述の例と同様である。
【００８５】
図１３は基板処理ユニット５の平面図、図１４は図１３の正断面図である。図示するように、基板処理ユニット５は、仕切壁１０によって２つの基板処理部、すなわち、基板のめっき処理を行うめっき処理部２０と、めっき後の基板を電解加工する電解加工部３０とに分割されている。又、これらのめっき処理部２０及び電解加工部３０はカバー１１で覆われて、１つの密閉可能な処理空間８が区画形成されている。又、軸１７ａを中心として回転可能に構成された洗浄ノズル１７が備えられ、めっき処理及び電解加工完了後の基板は、この洗浄ノズル１７から供給される純水等により洗浄できるようになっている。カバー１１の電解加工部３０側の側面には基板を搬入出するための開口１２が形成されており、この開口１２には開閉自在なシャッタ１３が設けられている。このシャッタ１３はシャッタ開閉用エアシリンダ１４に接続されており、このシャッタ開閉用エアシリンダ１４の駆動によりシャッタ１３が上下に移動して開口１２を開閉するようになっている。このように、基板処理ユニット５の内部を密閉することにより、めっき処理において発生するミストなどが基板処理ユニット５の外部に飛散することを防止している。
【００８６】
図１４に示すように、カバー１１の上部には、不活性ガス（パージガス）供給ポート１５が設けられており、この不活性ガス供給ポート１５からＮ２ガスなどの不活性ガス（パージガス）が基板処理ユニット５内に供給される。カバー１１の底面には円筒状の排気ダクト１６が設けられており、この排気ダクト１６を介して基板処理ユニット５内のガスが外部に排気される。
【００８７】
図１３に示すように、めっき処理部２０においてめっきされた基板を洗浄する洗浄部として、又電解加工部３０において電解加工された基板を洗浄する洗浄部として、アーム状の洗浄ノズル１７が配置されている。この洗浄ノズル１７は、図示しない洗浄液供給源に接続され、洗浄ノズル１７から基板Ｗの下面に向けて洗浄液（例えば、純水）が噴射される。なお、この洗浄ノズル１７は軸１７ａを中心として回転可能に構成され、電解加工時には図示の位置から退避される。
【００８８】
基板処理ユニット５内には、めっき処理部２０と電解加工部３０との間を揺動可能な揺動アーム４０が設置されており、この揺動アーム４０の自由端側には基板を保持するヘッド部４１が垂設されている。揺動アーム４０を揺動することにより、図１３に示すように、めっき処理部２０においてめっきを行うめっき位置Ｐと電解加工部３０において電解加工を行う電解加工位置Ｑとの間でヘッド部４１を揺動させることができる。なお、この例では、ヘッド部４１は、表面を下向き（フェイスダウン）にして基板Ｗを吸着保持するように構成されている。
【００８９】
電解加工部３０は、ヘッド部４１の下方に配置される円板状の電極部１５１と、電極部１５１に接続される電源７０４とを備えている。
【００９０】
アーム４０は、揺動用モータ１５２に連結された揺動軸１５３の上端に取付けられており、揺動用モータ１５２の駆動に伴って水平方向に揺動するようになっている。又、この揺動軸１５３は、上下方向に延びるボールねじ１５４に連結されており、ボールねじ１５４に連結された上下動用モータ１５５の駆動に伴ってアーム４０とともに上下動するようになっている。
【００９１】
ヘッド部４１は、このヘッド部４１で保持した基板Ｗと電極部１５１とを相対移動させる第１駆動部としての自転用モータに接続されており、この自転用モータの駆動に伴って回転（自転）するようになっている。又、上述したように、アーム４０は上下動及び水平方向に揺動可能となっており、ヘッド部４１はアーム４０と一体となって上下動及び水平方向に揺動可能となっている。
【００９２】
電極部１５１の下方には、基板Ｗと電極部１５１とを相対移動させる第２駆動部としての中空モータ１５６が設置されており、この中空モータ１５６の主軸には、この主軸の中心から偏心した位置に駆動端が設けられていて、電極部１５１をスクロール（並進回転）運動をするようになっている。
【００９３】
図１５はヘッド部４１及び電解加工部３０を模式的に示す縦断面図、図１６は基板Ｗと電解加工部３０の電極部１５１との関係を示す平面図である。図１６において、基板Ｗは点線で示されている。図１５及び図１６に示すように、電極部１５１は、基板Ｗの径よりも大きな径を有する略円板状の加工電極１６０と、この加工電極１６０の外周部に配置された複数の給電電極１６１と、加工電極１６０と給電電極１６１とを分離する絶縁体１６２とを備えている。図１５に示すように、加工電極１６０の上面はイオン交換体１６３により、又給電電極１６１の上面はイオン交換体１６４によりそれぞれ覆われている。これらのイオン交換体１６３，１６４は一体に形成してもよい。なお、これらのイオン交換体１６３，１６４は図１６では図示していない。
【００９４】
この例では、電極部１５１及びヘッド部４１の大きさの関係で、電解加工中に電極部１５１の上方から電極部１５１の上面に流体の供給を行うことができない。したがって、この例では、図１５及び図１６に示すように、加工電極１６０に、純水、より好ましくは超純水を供給する流体供給部としての複数の流体供給口１６５を形成している。この例においては、加工電極１６０の中心に対して放射状に複数の流体供給口１６５が配置されている。これらの流体供給口１６５は、中空モータ１５６の中空部の内部を延びる純水供給管に接続されており、流体供給口１６５から電極部１５１の上面に純水又は超純水が供給されるようになっている。
【００９５】
この例では、加工電極１６０を電源７０４の陰極に接続し、給電電極１６１を電源７０４の陽極に接続しているが、加工材料によっては、電源７０４の陰極に接続される電極を給電電極とし、陽極に接続される電極を加工電極としてもよい。すなわち、被加工材料が例えば銅やモリブデン、鉄である場合には、陰極側に電解加工作用が生じるため、電源の陰極に接続した電極が加工電極となり、陽極に接続した電極が給電電極となる。一方、被加工材料が例えばアルミニウムやシリコンである場合には、陽極側で電解加工作用が生じるため、電源の陽極に接続した電極が加工電極となり、陰極に接続した電極が給電電極となる。
【００９６】
電解加工中には、自転用モータを駆動して基板Ｗを回転させ、同時に中空モータ１５６を駆動して電極部１５１をスクロール中心Ｏ（図１６参照）を中心としてスクロール運動させる。このように、ヘッド部４１に保持された基板Ｗと加工電極１６０とをスクロール領域Ｓ内で相対運動させて基板Ｗ（銅膜２０６）の全面の加工が行われる。この例の電解加工部３０の電極部１５１は、この相対運動中に、加工電極１６０の運動中心（この例ではスクロール運動の中心Ｏ）が常に基板Ｗの外径よりも内側に位置するように構成されている。このように、加工電極１６０の径を基板Ｗの径よりも大きくし、かつ加工電極１６０の運動中心を常に基板Ｗの外径よりも内側に位置させることで、基板Ｗの表面における加工電極１６０の存在頻度を可能な限り均一化することができる。又、このように構成することで、電極部１５１の大きさを最小限にすることができるので、装置全体を大幅に小型化及び軽量化することができる。なお、加工電極１６０の径は、基板Ｗと加工電極１６０との相対運動距離（この例ではスクロール半径ｅ）と、基板Ｗの径との合計よりも大きいことが好ましく、又、基板Ｗの径の２倍よりも小さいことが好ましい。
【００９７】
又、給電電極１６１が存在する領域では基板Ｗの加工を行うことができないため、給電電極１６１が配置された外周部の加工速度はそれ以外の領域と比較して低くなる。したがって、給電電極１６１が加工速度に与える影響を小さくするためには、給電電極１６１が占有する面積（領域）を小さくすることが好ましい。この観点から、この例では、小さな面積の給電電極１６１を加工電極１６０の外周部に複数配置し、このうちの少なくとも１つが相対運動中に基板Ｗに接触又は近接して給電を行うようにしている。このようにすれば、例えば、リング状の給電電極を加工電極１６０の外周部に配置した場合に比べて加工されない領域を小さくすることができ、基板Ｗの外周部が加工されないまま残ってしまうことを防止することができる。
【００９８】
次に、上記基板処理装置を用いた基板処理（電解加工）について説明する。電源７０４により加工電極１６０と給電電極１６１との間に所定の電圧を印加し、イオン交換体１６３，１６４により生成された水素イオン又は水酸化物イオンによって、加工電極（陰極）において基板Ｗの表面の導電体膜（銅膜２０６）の電解加工を行う。このとき、加工電極１６０と対面する部分において加工が進行するが、基板Ｗと加工電極１６０とを相対移動させることにより基板Ｗの全面の加工を行っている。上述したように、加工電極１６０が基板Ｗより大きな径を有しており、又、上記相対運動中に、加工電極１６０の運動中心Ｏが常に基板Ｗの外径よりも内側に位置するようになっているので、基板Ｗの表面における加工電極１６０の存在頻度を可能な限り均一化することができる。又、このような構成により、電極部１５１の大きさを最小限にすることができ、装置全体を大幅に小型化及び軽量化することができる。
【００９９】
次に、図１７を参照してめっき処理、洗浄及び電解加工を繰り返して行うことについて説明する。図４及び図１３に示すように、基板処理ユニット５においては、めっき処理部２０と電解加工部３０との間には、揺動可能な揺動アーム４０が設置されており、この揺動アーム４０の自由端側には基板を保持するヘッド部４１が垂設されている。従って、揺動アーム４０を揺動することにより、ヘッド部４１に保持された基板をめっき処理部２０においてめっき処理を行い、電解加工部３０において電解加工（電解研磨）を行うことができる。又、洗浄ノズル１７を備え、めっき処理後及び電解加工後の基板を洗浄できるようになっている。
【０１００】
図２を参照して説明したように、微細穴２０８と幅広トレンチ２０９とが混在する基板Ｗの表面に銅めっきを施して銅膜２０６を形成すると、微細穴２０８の上ではめっきの成長が促進されて銅膜２０６が盛り上がる傾向があり、凸部が形成される。一方、幅広トレンチ２０９の内部ではレベリング性を高めためっきの成長を行うことができないため、結果として基板Ｗ上に堆積した銅膜２０６には、微細穴２０８上の盛り上がりの高さと、幅広トレンチ上のくぼみの深さとの間に段差が形成されることになる。このような段差の発生を軽減するためには、めっき処理と電解加工（電解研磨）とを繰り返して行うことが好ましい。
【０１０１】
図１８は、めっき処理と電解研磨とを２回繰り返して行うようにした例を示す。まず、電解めっきを行って微細穴２０８の内部に銅を埋め込む。この時点で、微細穴２０８の上部には局部的な凸部が形成されるが、幅広トレンチ２０９の方はまだ銅が埋め込まれていない状態にある（図１８（ａ）参照）。これは、パターン密度が高い部分は表面積が広く、溝幅が狭い部分に促進剤となる添加剤が集中し、このため、微細穴２０８が存在する部分でのめっきの成長が促進されるためである。ここで純水による基板の洗浄を行い、めっき液を基板Ｗの表面から除去する。そして、電解加工部３０にて電解研磨を行い、微細穴２０８上に形成された局部的な凸部を除去する（図１８（ｂ）、（ｃ）参照）。これにより、第１回目のめっき処理、洗浄処理及び電解研磨処理の工程が終了する。
【０１０２】
次に、純水で基板を洗浄した後、再びめっき処理部２０で電解めっきを行う。そして、幅広トレンチ２０９が十分に埋め込まれた状態で電解めっきを停止する。この状態では、幅広トレンチ２０９内に銅が完全に埋め込まれ、微細穴２０８の上にも銅膜（めっき膜）２０６が形成される（図１８（ｄ）参照）。そして、純水で基板を洗浄した後、再び電解加工部３０で電解研磨を行う。この時の電解研磨により、銅膜２０６の表面が略平坦化され、所望の膜厚の銅膜２０６を微細穴２０８及び幅広トレンチ２０９に埋め込んだ状態で残すことができる（図１８（ｅ）、（ｆ）参照）。この状態で、例えば５０−１００ｎｍ程度の良好な平坦性を有する銅膜（めっき膜）２０６が残される。そして、電解研磨の後に純水による基板の洗浄を行い、乾燥することでめっき処理及び電解加工の工程を終了する。
【０１０３】
なお、上記実施例においては、めっき処理及び電解研磨をそれぞれ２回繰り返す例について説明したが、３回以上繰り返すようにしても勿論よい。さらに、電解加工で基板表面のデバイス配線形成に不要な銅膜を完全に除去し、パターン内部の銅膜のみを残留させることも可能である。このようにめっき処理と電解加工とを複数回繰り返して行うことで、大きな段差を１回で電解研磨により平坦化するのと比較して、より少ない加工時間でより平坦な面が得やすくなる。即ち、めっきと電気伝導度が低い液体を用いた電解加工のプロセスを繰り返すことにより、微細穴部分における過度の凸部の形成を防ぐことができ、微細穴にも幅広トレンチにも効率よく平坦に銅膜が埋め込まれた基板を得ることができる。
【０１０４】
図１９は、他の電解加工部の構成例を示す。この電解加工部においては、イオン交換体（カチオン交換体１７１ａ及び／又はアニオン交換体１７１ｂ）の再生を行う再生部１７０ａ，１７０ｂを備えている。
【０１０５】
ここに、再生部１７０ａ，１７０ｂは、イオン交換体（カチオン交換体１７１ａ及び／又はアニオン交換体１７１ｂ）と接触乃至近接した位置に配置された隔壁１７２と、加工電極１７３又は給電電極１７４と隔壁１７２との間に形成された排出部１７５と、この排出部１７５に汚染物排出用の排出用液体Ａを供給する排出液供給部１７６を有している。そして、イオン交換体（カチオン交換体１７１ａ及び／又はアニオン交換体１７１ｂ）に基板Ｗ等の被処理材を近接乃至接触させた状態で、排出部１７５に排出液供給部１７６から汚染物排出用の排出用液体Ａを、隔壁１７２とイオン交換体（カチオン交換体１７１ａ及び／又はアニオン交換体１７１ｂ）との間に電解加工液供給部１７７から電解加工用の加工用液体Ｂをそれぞれ供給し、同時に、加工電極１７３と給電電極１７４との間に、加工電極１７３を陰極、給電電極１７４を陽極とした電圧を加工用電源１７８から印加し、これによって、電解加工を行う。
【０１０６】
この時、カチオン交換体１７１ａにあっては、この内部に加工中に取り込まれた被加工物の溶解イオンＭ＋等のイオンが加工電極（陰極）１７３側に向かって移動して隔壁１７２を通過し、この隔壁１７２を通過したイオンＭ＋は、隔壁１７２と加工電極１７３との間に供給される排出用液体Ａの流れで系外に排出され、これによって、カチオン交換体１７１ａが再生される。この隔壁１７２として、カチオン交換体を使用することで、カチオン交換体１７１ａから出たイオンＭ＋のみを隔壁（カチオン交換体）１７２を透過させることができる。一方、アニオン交換体１７１ｂにあっては、この内部のイオンＸ−が、給電電極（陽極）１７４側に向かって移動して隔壁１７２を通過し、この隔壁１７２を通過したイオンＸ−は、隔壁１７２と給電電極１７４との間に供給される排出用液体Ａの流れで系外に排出され、これによって、アニオン交換体１７１ｂが再生される。この隔壁１７２として、アニオン交換体を使用することで、アニオン交換体１７１ｂから出たイオンＸ−のみを隔壁（アニオン交換体）１７２を透過させることができる。
【０１０７】
ここで、加工用液体としては、超純水又は純水等の電気伝導度の低い液体を用いることが好ましく、これにより電解加工の効率を上げることができる。又、隔壁１７２と加工電極１７３又は給電電極１７４との間を流れる排出液としては、電気伝導度が高い液体（電解液）を供給するようにすることが好ましい。ここで、電解液としては、例えば、ＮａＣｌやＮａ２ＳＯ４等の中性塩、ＨＣｌやＨ２ＳＯ４等の酸、更には、アンモニア等のアルカリが使用でき、被加工物の特性によって、適宜選択して使用すればよい。これにより、イオン交換体の再生の効率を高めることができる。
【０１０８】
なお、電解加工部には、図１６に示すように、基板表面の電解加工の対象物である金属膜（銅膜２０６）の膜厚を検知するセンサ１６８を備えることが好ましい。金属膜の膜厚を検知するセンサ１６８としては、例えば投光素子と受光素子とを具備した光学式センサを用いることができる。即ち、金属膜の表面に向けて投光素子から光を入射し、金属膜からの反射光を受光素子で受光するようにして、金属膜（銅膜２０６）の膜厚を検知することができる。この場合、投光素子から照射する光は、例えばレーザ光もしくはＬＥＤ光源によるものである。
【０１０９】
また、金属膜（銅膜２０６）の内部に渦電流を発生させ、この渦電流の大きさを検出する渦電流センサを近傍に配置することで、金属膜内部に発生する渦電流の大きさから膜厚を検知することができる。更に、電解加工の対象となる金属膜の近傍に温度センサを配置し、金属膜の電解研磨に伴う膜厚の変化により発熱量が変化することを利用して、この発熱量の変化から膜厚の変化を検知することも可能である。又、電解加工の対象となる金属膜の膜厚の変化により、ヘッド部又は電解加工部を回転駆動するモータに入力される電流が変化する。従って、この電流の変化から膜厚の変化を検知することも可能である。これらの金属膜の膜厚を検知する手段を備えることで、電解加工中における膜厚の状態を正確に把握することが可能となり、これにより精度の高い加工を行うことが可能となる。
【０１１０】
図２０は、基板処理ユニットの洗浄部の構成例を示す縦断面図である。図２０に示すように、この洗浄部２１７は、基板Ｗの周縁部に洗浄液を噴射して洗浄する複数の洗浄ノズル２１８と、洗浄後の基板Ｗを乾燥させるためのアーム状のエアブロア２１９とを備えている。これらの洗浄ノズル２１８は、図示しない洗浄液供給源に接続され、洗浄ノズル２１８から基板Ｗの下面に向けて洗浄液（例えば、純水）が噴射される。又、エアブロア２１９はエア供給路２２０を介して図示しない気体供給源に接続され、エアブロア２１９からは乾燥した気体（例えばＮ２ガス）が基板Ｗの下面に向けて噴射される。なお、エアブロア２１９は回転可能に構成されている。
【０１１１】
このような構成の洗浄部２１７においては、洗浄ノズル２１８から基板Ｗの下面に向けて洗浄液を噴射した後、基板保持部４８の回転速度を、例えば３００ｍｉｎ−１に上げ、水切りを行う。又、これと同時に、エアブロア２１９から基板Ｗにエアを吹き付けて乾燥させる。スピンドライの場合、通常２０００ｍｉｎ−１程度で基板を回転させる必要があるが、この例のように、エアブローをすることでそれほどの回転速度を必要としない。
【０１１２】
又、基板処理ユニット内の基板処理部の構成は、上述したものに限られるものではない。例えば、図２１に示すように、揺動アーム４０が固定される支柱４２を中心として複数の基板処理部を設けてもよい。図２１に示す例では、支柱４２を中心として、めっき処理部２０、洗浄部２１０及び電解加工部３０が配置されており、支柱４２が回転することによって、ヘッド部４１がめっき処理部２０、洗浄部２１０及び電解加工部３０の間を移動できるようになっている。これにより、基板に対してめっき処理を行い、めっき後の基板を洗浄し、洗浄後の基板に電解加工を行い、電解加工後の基板に対して再びめっき処理を行うという基板処理を容易に実行することができる。ここで電解加工は、めっき後の基板と電極に取付けられたイオン交換体との間に電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体を供給して行い、これにより良好な電解加工性が得られる。そして、めっき処理、洗浄、電解加工、洗浄、めっき処理、…というプロセスを繰り返すことで、特に微細穴近傍における過度の凸部の形成を電解研磨により除去して、微細穴及び幅広トレンチが混在した基板に対して平坦性を保持しつつ銅膜をめっきにより埋め込むことができる。
【０１１３】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【０１１４】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、基板に対してめっき処理を行った後に、例えば電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体をめっき後の基板と電極との間に供給して電解加工を行うことにより、めっき処理により形成された基板の凸部（hump）を効果的に除去することができ、基板の平坦性を向上することができる。すなわち、例えば電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体は、電離が十分にされていないため、電気抵抗値の相違によりイオン交換体に接触又は近接する基板の凸部のみでイオンが電離され、これらのイオンが基板上の膜（凸部）に作用する。したがって、イオン交換体に接触又は近接した凸部を効果的に除去して基板の平坦性を向上させることができ、また、表面の平坦性に優れ、かつ薄膜化することで経済性の優れた金属膜を形成、あるいは平坦性に優れた埋め込み配線形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 銅配線基板の一製造例を工程順に示す図である。
【図２】 従来の基板にめっき処理を施したときの問題点の説明に付する断面図である。
【図３】 本発明に使用される基板処理装置の全体構成を示す平面図である。
【図４】 図３の基板処理装置の内部に設置される基板処理ユニットを示す平面図である。
【図５】 図４の正断面図である。
【図６】 図４の側断面図である。
【図７】 図４の基板処理ユニットの揺動アーム及びヘッド部の要部を示す縦断面図である。
【図８】 図７の部分拡大図である。
【図９】 図７のヘッド部の基板保持部の平面図である。
【図１０】 図７のヘッド部の基板保持部の底面図である。
【図１１】 図４の基板処理ユニットのめっき処理部を示す縦断面図である。
【図１２】 図４の基板処理ユニットの電解加工部を示す縦断面図である。
【図１３】 他の基板処理ユニットを示す平面図である。
【図１４】 図１３の正断面図である。
【図１５】 図１３の基板処理ユニットのヘッド部及び電極部の要部を示す縦断面図である。
【図１６】 図１５のヘッド部と電解加工部の電極部との関係を示す平面図である。
【図１７】 本発明の基板処理方法における基板処理のプロセスフロー例を示す図である。
【図１８】 めっき処理と電解研磨とを繰り返し行った例を示す各工程の断面図である。
【図１９】 基板処理ユニットの変形例を示す図であり、イオン交換体の再生部を備え、電解加工部と再生部とに異なる種類の液体を流すようにした電解加工部を模式的に示す図である。
【図２０】 基板処理ユニットにおける洗浄部の構成例を示す縦断面図である。
【図２１】 基板処理ユニットの変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
１ ハウジング
２ ロード・アンロードユニット
３ ベベルエッチ・薬液洗浄ユニット
４ 基板ステージ
５ 基板処理ユニット
６ 第１搬送ロボット
７ 第２搬送ロボット
１７ 洗浄ノズル
２０ めっき処理部
３０ 電解加工部
４０ 揺動アーム
４１ ヘッド部
４２ 支柱
４８ 基板保持部
６０ フランジ部
６１ 吸着プレート
６２ ガイドリング
６５ シールリング
７０ チャック機構
７４ 給電爪部材
７８ 給電部材
７９ 通電プレート
１００ 駆動装置
１０１ レール
１０２ 摺動ベース
１０３ 昇降ベース
１０４ 回動モータ
１０５ 揺動モータ
１０９ スライダサポート
１１０ スライダ
１２０ めっき槽
１２３ アノード
１２４ めっき液噴出口（めっき液供給部）
１２８ イオン交換体
１３０，１５１ 電極部
１３１，１５６ 中空スクロールモータ
１３２ 電極部材
１３４ 電極
１３５，１６３，１６４ イオン交換体
１３７ 純水供給ノズル
１５２ 揺動用モータ
１５３ 揺動軸
１５４ ボールネジ
１５５ 上下動用モータ
１６０ 加工電極
１６１ 給電電極
１６５ 流体供給口
１６８ センサ
１７０ａ，１７０ｂ イオン交換体の再生部
１７１ イオン交換体
１７２ 隔壁
１７３ 加工電極
１７４ 給電電極
１７５ 排出部
１７６ 排出液供給部
１７７ 電解加工液供給部
１７８ 加工用電源
２０１ 半導体基材
２０１ａ 導電層
２０２ 絶縁膜
２０３ コンタクトホール
２０５ バリア膜
２０６ 銅膜
２０７ シード層
２０８ 微細穴
２０９ 幅広トレンチ
２１０ 洗浄部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention provides a substrate treatment.ReasonIn particular, a substrate process for forming a wiring by embedding a metal such as copper (Cu) in a recess for wiring formed on the surface of a semiconductor substrate.ReasonIt is about the law.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as a wiring material for forming a circuit on a substrate such as a semiconductor wafer, instead of aluminum or an aluminum alloy, a movement using copper (Cu) having low electrical resistivity and high electromigration resistance has become prominent. . This type of copper wiring is generally formed by embedding copper in a fine recess provided on the surface of the substrate. As a method of forming this copper wiring, there is a method such as chemical vapor deposition (CVD), sputtering and plating, but in any case, copper is formed on almost the entire surface of the substrate, Unnecessary copper is removed by chemical mechanical polishing (CMP).
[0003]
FIG. 1A to FIG. 1C show a manufacturing example of this type of copper wiring board W in the order of steps. As shown in FIG. 1A, SiO is formed on a conductive layer 201a on a semiconductor substrate 201 on which a semiconductor element is formed.2An insulating film 202 such as an oxide film or a low dielectric constant dielectric film is deposited, and a contact hole 203 and a wiring groove 204 are formed by a lithography / etching technique. A barrier film 205 made of TaN or the like is formed thereon, and a seed layer 207 is formed thereon as a power supply layer for electrolytic plating by sputtering, CVD, or the like.
[0004]
Then, by copper plating on the surface of the substrate W, as shown in FIG. 1B, the contact hole 203 and the groove 204 of the semiconductor substrate 201 are filled with copper, and a copper film is formed on the insulating film 202. 206 is deposited. Thereafter, the copper film 206, the seed layer 207, and the barrier film 205 on the insulating film 202 are removed by chemical mechanical polishing (CMP), and the surface of the copper film 206 filled in the contact hole 203 and the wiring groove 204 is obtained. And the surface of the insulating film 202 are substantially flush with each other. As a result, a wiring made of the copper film 206 is formed as shown in FIG.
[0005]
For example, as shown in FIG.1Is a fine hole 208 of about 0.2 μm and a line width d2When the copper film 206 is formed by performing copper plating on the surface of the substrate W in which a wide trench 209 of about 100 μm is mixed, even if the function of the plating solution and the additive contained in the plating solution is optimized The growth of the plating tends to be promoted above the hole 208, and the copper film 206 tends to rise. On the other hand, since the growth of the plating with improved leveling cannot be performed inside the wide trench 209, as a result In the deposited copper film 206, a step (hump) a + b, which is obtained by adding a raised height a on the fine hole 208 and a dent depth b on the wide trench 209, remains. For this reason, in order to flatten the surface of the substrate W in a state where copper is embedded in the fine hole 208 and the wide trench 209, the thickness of the copper film 206 is sufficiently increased, and the step a + b is obtained by CMP. It was necessary to polish an extra minute.
[0006]
However, when considering the CMP process of the plating film, the CMP processing time increases as the plating film thickness is increased and the polishing amount is increased, and if the CMP rate is increased to cover this, the CMP is increased. There is a problem that dishing in a wide trench occurs during processing. Further, in the CMP process, since polishing is performed using slurry, mutual contamination between the slurry and the plating solution becomes a problem. Further, in the CMP process, since the elastic polishing pad is brought into contact with a substrate such as a semiconductor wafer, it is difficult to selectively remove the convex portions on the substrate surface.
[0007]
In other words, in order to solve these problems, it is necessary to reduce the plating film thickness as much as possible, and even if fine holes and wide trenches are mixed on the substrate surface, it is necessary to eliminate the bulge and dent of the plating film and improve the flatness, For example, when an electrolytic plating process using a copper sulfate plating bath is performed, it has been impossible at the same time to reduce the bulge and reduce the dents only by the action of the plating solution and additives. In addition, it is possible to reduce the swell by using a temporary reverse electrolysis or a PR pulse power source as the plating power source during lamination, but this does not eliminate the recesses, but also deteriorates the film quality of the surface. It was.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-212786 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
  The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and even when fine holes and wide trenches are mixed on the surface of the substrate, the substrate processing capable of obtaining good flatness on the surface of the substrate.ReasonThe purpose is to provide the law.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention provides a substrate having a fine hole and a wide trench on the surface until the wide convex portion of the plated film is formed on the fine hole without completely filling the wide trench with the plated film. The first plating process is performed, the substrate surface after the first plating process is cleaned, and a voltage is applied to the cleaned substrate between the substrate and the processing electrode in the presence of a liquid to First electrolytic processing is performed to remove local protrusions of the plating film on the hole, the substrate surface after the first electrolytic processing is cleaned, and the wide trench is a plating film with respect to the cleaned substrate. The second plating process is performed until it is completely filled, the substrate surface after the second plating process is cleaned, and a voltage is applied to the cleaned substrate between the substrate and the processing electrode in the presence of a liquid. And performing a second electrolytic process for flattening the surface of the plating film The substrate processing method characterizedIt is.
[0011]
  In a preferred aspect of the present invention, an ion exchanger is interposed between the substrate and the processing electrode.
[0014]
  In a preferred aspect of the present invention, the liquid is pure water, ultrapure water, a liquid having an electric conductivity of 500 μS / cm or less, or an electrolytic solution. Here, pure water is water having an electric conductivity (1 atm, converted at 25 ° C., the same shall apply hereinafter) of 10 μS / cm or less, and ultrapure water is water having an electric conductivity of 0.1 μS / cm or less. In this way, by performing electrolytic processing using pure water or ultrapure water, it is possible to perform clean processing without leaving impurities on the processed surface.The
[0015]
  One preferred aspect of the present invention is:Detecting the thickness of the plating film during the electrolytic processingIt is characterized byThe
[0021]
  According to the present inventionAfter plating the substrate,For exampleBy supplying a liquid having an electric conductivity of 500 μS / cm or less between the plated substrate and the electrode and performing electrolytic processing, the bumps (hump) of the substrate formed by the plating process are effectively removed. And the flatness of the substrate can be improved. That is, since the liquid having an electric conductivity of 500 μS / cm or less is not sufficiently electrolyzed, the ionic current concentrates on the convex portion of the substrate in contact with or close to the processing electrode due to the difference in electric resistance value. Ions act on the metal film (convex portion) on the substrate. Therefore, the convex part which contacted or approached the process electrode can be removed effectively, and the flatness of the substrate can be improved. In particular, in the case of pure water, the electric conductivity is 10 μS / cm or less, and in the case of ultrapure water, the electric conductivity is 0.1 μS / cm or less, and good electrolytic workability is obtained.
[0022]
  In addition, by washing the substrate after plating, the plating solution, which is a highly conductive liquid, is completely removed from the substrate and replaced with pure water. Under pure water or ultrapure water with low electrical conductivity, Electrolytic processing (electrolytic polishing) can be performed with this. In particular, by performing electrolytic processing using pure water or ultrapure water, only the convex portions on the surface of the substrate can be removed with high selectivity. That is, by providing a cleaning step between the plating treatment and the electrolytic processing, for example, the effect of removing the convex portion by pure water electrolytic processing can be reliably obtained. Then, by performing the plating process again on the substrate after the electrolytic processing, the formation of an excessive hump due to the plating process is prevented, and the substrate surfaceMicro holeEven when a large hole (wide trench) is mixed, a metal film by plating having good flatness on the surface of the substrate can be obtained.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, the substrate processing according to the present inventionMethodThe embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 21, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0025]
  FIG.Is the baseIt is a top view which shows the whole structure of a plate processing apparatus. As shown in FIG. 3, the substrate processing apparatus is arranged in a rectangular housing 1, and plating processing and electrolytic processing of the substrate are continuously performed inside the housing 1. The substrate processing apparatus includes a pair of load / unload units 2 that accommodates a plurality of substrates therein, a pair of bevel etch / chemical solution cleaning units 3 that clean the substrates with a chemical solution, and a substrate that is placed and held. A pair of substrate stages 4 to be reversed and four substrate processing units 5 for performing substrate plating and electrolytic processing are provided. In the housing 1, a load / unload unit 2, a bevel etch / chemical solution cleaning unit 3, a first transfer robot 6 for transferring a substrate between the substrate stage 4, a substrate stage 4 and a substrate processing unit 5 And a second transfer robot 7 for transferring the substrate between them.
[0026]
The substrate is stored in the cassette with the surface (element formation surface, processing surface) facing upward, and is placed on the load / unload unit 2. Then, the first transfer robot 6 takes out the substrate from the cassette, transfers it to the substrate stage 4, and places the substrate on the substrate stage 4. The substrate is reversed by the reversing device of the substrate stage 4 so that the surface faces downward, and is transferred to the second transfer robot 7. The substrate W is placed and held on the outer peripheral edge of the substrate so that the surface thereof does not touch the hand of the second transfer robot 7. The second transfer robot 7 passes the substrate to a head unit 41 (to be described later) of the substrate processing unit 5, and the substrate is plated and electrolytically processed in the substrate processing unit 5.
[0027]
  next, GroupThe substrate processing unit 5 installed inside the plate processing apparatus will be described in detail. Figure4 is5 is a plan view of the substrate processing unit 5, FIG. 5 is a front sectional view of FIG. 4, and FIG. 6 is a side sectional view of FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, the substrate processing unit 5 includes two substrate processing units, that is, a plating processing unit 20 that performs plating processing on the substrate, and electrolytic processing that performs electrolytic processing on the substrate after plating. It is divided into a part 30. Further, the plating processing unit 20 and the electrolytic processing unit 30 are covered with a cover 11, and one sealable processing space 8 is defined. As shown in FIGS. 4 and 5, an opening 12 for loading and unloading the substrate is formed on the side surface of the cover 11 on the side of the electrolytic processing section 30, and a shutter 13 that can be opened and closed is provided in the opening 12. ing. The shutter 13 is connected to a shutter opening / closing air cylinder 14, and the shutter 13 moves up and down by opening the shutter opening / closing air cylinder 14 to open and close the opening 12. In this way, by sealing the processing space 8 of the substrate processing unit 5 in which the plating treatment unit 20 and the electrolytic processing unit 30 are housed with the cover 11 and the shutter 13, mist generated in the plating process is removed from the substrate processing unit 5. Are prevented from being scattered outside the processing space 8.
[0028]
Further, as shown in FIG. 5, an inert gas (purge gas) supply port 15 is provided on the upper portion of the cover 11, and the inert gas supply port 15 provides N2An inert gas (purge gas) such as a gas is supplied into the processing space 8. A cylindrical exhaust duct 16 is provided on the bottom surface of the cover 11, and the gas in the processing space 8 is exhausted to the outside through the exhaust duct 16.
[0029]
As shown in FIG. 4, between the plating processing unit 20 and the electrolytic processing unit 30, an arm-shaped cleaning is performed as a cleaning unit that is located in the processing space 8 and cleans the substrate plated in the plating processing unit 20. A nozzle 17 is disposed. The cleaning nozzle 17 is connected to a cleaning liquid supply source (not shown), and a cleaning liquid (for example, pure water) is sprayed from the cleaning nozzle 17 toward the lower surface of the substrate W. The cleaning nozzle 17 is configured to be rotatable, and cleans the substrate after the plating process and after the electrolytic processing as necessary.
[0030]
As shown in FIGS. 4 to 6, a swing arm 40 that can swing between the plating processing unit 20 and the electrolytic processing unit 30 is installed in the substrate processing unit 5. A head portion 41 for holding the substrate is suspended from the free end side. By swinging the swing arm 40, as shown in FIG. 4, a head portion 41 is disposed between a plating position P where plating is performed in the plating processing section 20 and an electrolytic processing position Q where electrolytic processing is performed in the electrolytic processing section 30. Can be swung. The movement of the head portion 41 between the plating position P and the electrolytic processing position Q can be performed not only by the rocking arm 40 but also by, for example, a parallel movement of the head portion 41.
[0031]
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the main parts of the swing arm 40 and the head part 41. As shown in FIG. 7, the swing arm 40 is fixed to the upper end of a rotatable hollow column 42 and swings in the horizontal direction as the column 42 rotates. A rotation shaft 44 supported by a bearing 43 is inserted into the support column 42, and the rotation shaft 44 is rotatable relative to the support column 42. A driving pulley 45 is attached to the upper end of the rotating shaft 44.
[0032]
The head portion 41 is fixedly attached to the swing arm 40, and as shown in FIG. 7, an outer cylinder 46 fixed to the swing arm 40, a rotary shaft 47 penetrating the outer cylinder 46 up and down, and a lower surface The substrate holding portion 48 for holding the substrate W and the movable member 49 capable of moving up and down relatively with respect to the outer cylinder 46 are mainly constituted. The substrate holding part 48 is connected to the lower end of the rotating shaft 47.
[0033]
The rotary shaft 47 is supported by a bearing 50 and is rotatable relative to the outer cylinder 46. A driven pulley 51 is attached to the upper portion of the rotating shaft 47, and a timing belt 52 is stretched between the driving pulley 45 and the driven pulley 51. As a result, the rotation shaft 47 rotates with the rotation of the rotation shaft 44 in the support column 42, and the substrate holder 48 rotates together with the rotation shaft 47.
[0034]
A sealed space 54 is formed between the movable member 49 and the outer cylinder 46 by a sealing material 53, and an air supply path 55 communicates with the sealed space 54. Thereby, the movable member 49 can be moved up and down relatively with respect to the outer cylinder 46 by supplying and exhausting air to and from the sealed space 54 via the air supply path 55. A pressing rod 56 extending downward is provided on the outer peripheral edge of the movable member 49.
[0035]
As shown in FIG. 7, the substrate holding portion 48 is arranged on the flange portion 60 connected to the lower end of the rotating shaft 47, the suction plate 61 that sucks the substrate W on the lower surface by vacuum suction, and the outer periphery of the substrate W. The guide ring 62 is provided. The suction plate 61 is made of, for example, ceramics or reinforced resin, and the suction plate 61 has a plurality of suction holes 61a.
[0036]
FIG. 8 is a partially enlarged view of FIG. As shown in FIG. 8, a space 63 communicating with the suction hole 61 a of the suction plate 61 is formed between the flange portion 60 and the suction plate 61. An O-ring 64 is disposed between the flange portion 60 and the suction plate 61, and the space 63 is sealed by the O-ring 64. Further, a soft seal ring 65 is disposed between the outer periphery of the suction plate 61, that is, between the suction plate 61 and the guide ring 62. The seal ring 65 comes into contact with the back surface of the outer peripheral portion of the substrate W sucked by the suction plate 61.
[0037]
FIG. 9 is a plan view of the substrate holder 48. As shown in FIGS. 8 and 9, the substrate holder 48 is provided with six chuck mechanisms 70 at equal intervals in the circumferential direction. As shown in FIG. 8, the chuck mechanism 70 includes a pedestal 71 attached to the upper surface of the flange portion 60 of the substrate holding portion 48, a vertically movable rod 72, and a feeding claw that can rotate around a support shaft 73. And a member 74. A nut 75 is attached to the upper end of the rod 72, and a compression coil spring 76 is interposed between the nut 75 and the base 71.
[0038]
As shown in FIG. 8, the power supply claw member 74 and the rod 72 are connected via a pin 77 that can move in the horizontal direction, and the power supply claw member 74 is connected to the support shaft 73 as the rod 72 moves upward. The feeding claw member 74 rotates around the support shaft 73 and opens outward as the rod 72 moves downward. With such a structure, when the movable member 49 (see FIG. 7) is moved downward, the pressing rod 56 is brought into contact with the nut 75 and the rod 72 is pressed downward, the urging force of the compression coil spring 76 is resisted. The rod 72 moves downward, whereby the power supply claw member 74 rotates about the support shaft 73 and opens outward. Then, when the movable member 49 is moved upward, the rod 72 is raised by the elastic force of the compression coil spring 76, whereby the power supply claw member 74 rotates about the support shaft 73 and closes inward. Yes. By the chuck mechanisms 70 provided at these six locations, the substrate W is sandwiched and held on the lower surface of the substrate holding portion 48 with the peripheral edge portion positioned.
[0039]
FIG. 10 is a bottom view of the substrate holder 48. As shown in FIG. 10, a groove 62 a extending in the radial direction is formed on the lower surface of the guide ring 62 at a position where the power supply claw member 74 is attached. When the power supply claw member 74 opens and closes, the power supply claw member 74 moves in the groove 62a of the guide ring 62.
[0040]
As shown in FIG. 8, a conductive power supply member 78 is attached to the radially inner surface of the power supply claw member 74. The power supply member 78 is in contact with a conductive current supply plate 79. The energization plate 79 is electrically connected to a power cable 81 via a bolt 80, and the power cable 81 is connected to a power source 702 (see FIG. 11). When the power supply claw member 74 closes inward and sandwiches the peripheral edge portion of the substrate W, the power supply member 78 of the power supply claw member 74 comes into contact with the peripheral edge portion of the substrate W to supply power to the substrate W. . Here, the power feeding member 78 is preferably formed of a noble metal with respect to the metal to be processed on the substrate W.
[0041]
As shown in FIG. 7, a rotary joint 82 is provided at the upper end of the rotating shaft 47, a tube 84 extending from a connector 83 provided in the substrate holding portion 48, a power source 702 in the apparatus, and a vacuum pump (see FIG. 7). A tube 85 extending from (not shown) is connected via a rotary joint 82. In these tubes 84 and 85, the power cable 81 described above is accommodated, and the power supply member 78 of the power supply claw member 74 and the power supply 702 in the apparatus are electrically connected. The tubes 84 and 85 also contain a pipe communicating with the suction space 63 so that the substrate W can be sucked to the lower surface of the suction plate 61 by driving a vacuum pump.
[0042]
Next, a driving device that moves, swings, and rotates the head portion 41 in the vertical and horizontal directions will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 5 and 6, the driving device 100 is disposed outside the processing space 8 of the substrate processing unit 5 partitioned by the cover 11. Therefore, it is possible to prevent particles and the like from the drive device 100 from being mixed into the plating processing unit 20 and the like, and to reduce the influence of mist generated in the plating process and improve the durability of the drive device 100. It is like that.
[0043]
The driving device 100 includes a rail 101 provided on a frame of the substrate processing unit 5, a sliding base 102 provided on the rail 101, and a lifting base attached to the sliding base 102 so as to be movable up and down. 103. The above-described support column 42 is rotatably supported on the lift base 103. Therefore, when the elevating base 103 slides on the rail 101, the head portion 41 moves in the horizontal direction (A direction in FIG. 4). The elevating base 103 is provided with a rotation motor 104 and a swing motor 105, and the sliding base 102 is provided with an elevating motor (not shown).
[0044]
A driven pulley 106 that rotates integrally with the column 42 is attached to the lower end of the column 42 supported by the elevating base 103. A timing belt 107 is stretched between the driven pulley 106 and a driving pulley 108 attached to the shaft of the swing motor 105. As a result, the support 42 rotates as the swing motor 105 is driven, and the swing arm 40 fixed to the support 42 swings.
[0045]
The elevating base 103 is provided with a slider 110 that is guided in the vertical direction by a slider support 109 provided on the sliding base 102. The elevating mechanism (not shown) causes the slider 110 of the elevating base 103 to move to the sliding base 102. The elevating base 103 moves up and down while being guided by the slider support 109.
[0046]
A driven pulley 111 that rotates integrally with the rotating shaft 44 is attached to the lower end of the rotating shaft 44 that is inserted into the column 42, and a driving pulley that is attached to the shaft of the driven pulley 111 and the rotating motor 104. A timing belt 112 is stretched between 113 and 113. As a result, the rotation shaft 44 rotates in accordance with the driving of the rotation motor 104, and the timing passed between the drive pulley 45 attached to the rotation shaft 44 and the driven pulley 51 attached to the rotation shaft 47 of the head portion 41. The rotating shaft 47 rotates through the belt 52.
[0047]
Next, the plating processing unit 20 in the substrate processing unit 5 will be described. FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a main part of the plating processing unit 20. As shown in FIG. 11, the plating processing unit 20 is provided with a plating tank 120 having a substantially cylindrical shape and containing a plating solution therein, and a dam member 121 is provided inside the plating tank 120. . A plating chamber 122 that opens upward is formed in the plating tank 120 by a weir member 121, and the bottom of the plating chamber 122 is connected to the anode of the power source 702 in the apparatus via a power source switch 700. An anode 123 is disposed. In addition, it is preferable that this anode 123 is comprised with copper (phosphorus copper containing) whose content is 0.03-0.05%, for example. This is because a black film called a black film is formed on the surface of the anode 123 as the plating proceeds, and the formation of slime is suppressed by this black film.
[0048]
On the inner peripheral wall of the weir member 121, a plurality of plating solution outlets (plating solution supply units) 124 that eject the plating solution toward the center of the plating chamber 122 are arranged at equal intervals along the circumferential direction. The plating solution spout 124 communicates with a plating solution supply path 125 that extends vertically inside the weir member 121. The plating solution supply path 125 is connected to a plating solution supply pump 126 (see FIG. 6), and a predetermined amount of plating solution is supplied from the plating solution outlet 124 into the plating chamber 122 by driving the pump 126. It has become. A plating solution discharge path 127 for discharging the plating solution overflowing the weir member 121 is provided outside the weir member 121, and the plating solution overflowing the weir member 121 passes through the plating solution discharge path 127. Into a reservoir (not shown).
[0049]
  This exampleThen, an ion exchanger (ion exchange membrane) 128 is disposed so as to cover the surface of the anode 123. This ion exchanger 128 is for preventing the jet flow from the plating solution outlet 124 from directly hitting the surface of the anode 123, and the black film formed on the surface of the anode 123 by the ion exchanger 128 is plated. It is prevented from being rolled up by the liquid and flowing out.The
[0050]
Next, the electrolytic processing unit 30 in the substrate processing unit 5 will be described. FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a main part of the electrolytic processing part 30. As shown in FIG. 12, the electrolytic processing unit 30 includes a rectangular electrode unit 130 and a hollow scroll motor 131 connected to the electrode unit 130. By driving the hollow scroll motor 131, the electrode portion 130 performs a circular motion that does not rotate, that is, a so-called scroll motion (translation rotation motion).
[0051]
The electrode unit 130 includes a plurality of electrode members 132 extending in the B direction (see FIG. 4) and a container 133 that opens upward, and the plurality of electrode members 132 are arranged in parallel in the container 133 at an equal pitch. ing. Each electrode member 132 includes a plurality of electrodes 134 connected to a power source 702 in the apparatus via a power source changeover switch 700, and an ion exchanger (ion exchange membrane) 135 that integrally covers the surface of each electrode 134. ing. The ion exchanger 135 is attached to the electrode 134 by holding plates 136 disposed on both sides of the electrode 134.
[0052]
The ion exchanger 135 is made of, for example, a nonwoven fabric provided with an anion exchange group or a cation exchange group. The cation exchanger is preferably one that bears a strongly acidic cation exchange group (sulfonic acid group), but may be one that bears a weak acid cation exchange group (carboxyl group). The anion exchanger is preferably one carrying a strongly basic anion exchange group (quaternary ammonium group), but may be one carrying a weak basic anion exchange group (tertiary or lower amino group).
[0053]
Here, for example, a nonwoven fabric provided with a strongly basic anion exchange group is a so-called radiation graft polymerization method in which a polyolefin nonwoven fabric having a fiber diameter of 20 to 50 μm and a porosity of about 90% is subjected to graft polymerization after γ-ray irradiation. Thus, a graft chain is introduced, and then the introduced graft chain is aminated to introduce a quaternary ammonium group. The capacity of the ion exchange group to be introduced is determined by the amount of graft chains to be introduced. In order to perform the graft polymerization, for example, using monomers such as acrylic acid, styrene, glycidyl methacrylate, sodium styrenesulfonate, chloromethylstyrene, and the like, by controlling the monomer concentration, reaction temperature, and reaction time, The amount of grafting to be polymerized can be controlled. Therefore, the ratio of the weight after graft polymerization to the weight of the material before graft polymerization is called the graft ratio. This graft ratio can be up to 500%, and the ion exchange groups introduced after the graft polymerization are A maximum of 5 meq / g is possible.
[0054]
The nonwoven fabric provided with the strongly acidic cation exchange group was irradiated with γ-rays on a polyolefin nonwoven fabric having a fiber diameter of 20 to 50 μm and a porosity of about 90%, in the same manner as the method of providing the strongly basic anion exchange group. The graft chain is introduced by a so-called radiation graft polymerization method in which post-graft polymerization is performed, and then the introduced graft chain is treated with, for example, heated sulfuric acid to introduce a sulfonic acid group. Moreover, a phosphoric acid group can be introduce | transduced if it processes with the heated phosphoric acid. Here, the graft ratio can be 500% at the maximum, and the ion exchange group introduced after the graft polymerization can be 5 meq / g at the maximum.
[0055]
Examples of the material of the ion exchanger 135 include polyolefin polymers such as polyethylene and polypropylene, and other organic polymers. Moreover, as a material form, a woven fabric, a sheet | seat, a porous material, a short fiber, etc. other than a nonwoven fabric are mentioned.
[0056]
Here, polyethylene and polypropylene can be subjected to graft polymerization by generating radicals in the material by first irradiating the material with radiation (γ rays and electron beams) (pre-irradiation) and then reacting with the monomer. . Thereby, a graft chain having high uniformity and few impurities can be formed. On the other hand, other organic polymers can be radically polymerized by impregnating the monomer and irradiating (simultaneously irradiating) radiation (γ rays, electron beams, ultraviolet rays). In this case, it is not uniform, but can be applied to most materials.
[0057]
In this way, by forming the ion exchanger 135 with a nonwoven fabric imparted with anion exchange capacity or cation exchange capacity, liquid such as pure water or ultrapure water or an electrolyte solution can freely move inside the nonwoven fabric, It becomes possible to easily reach an active site having an internal water decomposition catalytic action, and many water molecules are dissociated into hydrogen ions and hydroxide ions. Furthermore, since the hydroxide ions generated by the dissociation are efficiently transported to the surface of the processing electrode as the liquid such as pure water, ultrapure water, or electrolytic solution moves, a high current can be obtained even at a low applied voltage.
[0058]
Here, when the ion exchanger 135 is composed only of an anion exchange group or a cation exchange group, not only the work material that can be electrolytically processed but also the impurities are likely to be generated depending on the polarity. Therefore, an anion exchanger having an anion exchange group and a cation exchanger having a cation exchange group are overlapped, or both anion exchange groups and cation exchange groups are added to the ion exchanger 135 itself. In this case, the range of the material to be processed can be expanded, and impurities can be hardly generated.
[0059]
  This exampleThen, the cathode and the anode of the power source 702 are alternately connected to the electrode 134 of the adjacent electrode member 132. For example, as shown in FIG. 12, the machining electrode 134 a is connected to the cathode of the power supply 702 and the power supply electrode 134 b is connected to the anode of the power supply 702 via the power supply changeover switch 700. For example, in the case of processing copper, an electrolytic processing action occurs on the cathode side, so that the electrode 134 connected to the cathode becomes the processing electrode 134a, and the electrode 134 connected to the anode becomes the feeding electrode 134b. in this way,This exampleThen, the processing electrodes 134a and the feeding electrodes 134b are alternately arranged in parallel.
[0060]
Depending on the processing material, the electrode connected to the cathode of the power source may be used as the feeding electrode, and the electrode connected to the anode may be used as the processing electrode. That is, when the material to be processed is, for example, copper, molybdenum, or iron, an electrolytic processing action occurs on the cathode side. Therefore, the electrode 134 connected to the cathode of the power source 702 becomes the processing electrode 134a, and the electrode 134 connected to the anode The power supply electrode 134b is formed. On the other hand, when the material to be processed is, for example, aluminum or silicon, an electrolytic processing action occurs on the anode side. Therefore, the electrode connected to the anode of the power source becomes the processing electrode, and the electrode connected to the cathode becomes the feeding electrode.
[0061]
As described above, it is necessary to provide a power feeding section that feeds power to the conductive film (workpiece) of the substrate W by alternately providing the processing electrodes 134 a and the power feeding electrodes 134 b in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the electrode member 132. Thus, the entire surface of the substrate W can be processed. During processing, uniform processing can be obtained by scanning the substrate held by the substrate holder 48 by an integral multiple of the pitch at which the processing electrodes 134a are arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction. Further, by changing the polarity of the voltage applied between the electrodes 134 in a pulse shape, the electrolytic product can be dissolved, and the flatness can be improved by the multiplicity of repeated processing.
[0062]
Here, oxidation or elution of the electrode 134 of the electrode member 132 generally causes a problem due to an electrolytic reaction. For this reason, it is preferable to use carbon, a comparatively inactive noble metal, a conductive oxide, or a conductive ceramic rather than the metal and metal compound currently widely used for the electrode as a raw material of an electrode. As an electrode made of this noble metal, for example, titanium is used as the base electrode material, platinum or iridium is attached to the surface by plating or coating, and sintering is performed at a high temperature to maintain stability and strength. Can be mentioned. Ceramic products are generally obtained by heat treatment using inorganic materials as raw materials, and products having various characteristics are made using various nonmetals, metal oxides, carbides and nitrides as raw materials. Some of these are conductive ceramics. When the electrode is oxidized, the electrical resistance value of the electrode increases, leading to an increase in applied voltage. Thus, by protecting the electrode surface with a material that is difficult to oxidize such as platinum or a conductive oxide such as iridium, the electrode is protected. A decrease in conductivity due to oxidation of the material can be prevented.
[0063]
As shown in FIG. 12, pure water supply nozzles 137 for supplying pure water or ultrapure water between the substrate W and the ion exchanger 135 of the electrode member 132 are installed on both sides of each electrode member 132. ing. The pure water supply nozzle 137 is connected to a pure water supply pump 138 (see FIG. 5), and a predetermined amount of pure water or ultrapure water is ion-exchanged with the substrate W from the pure water supply nozzle 137 by driving the pump 138. It is supplied between the body 135.
[0064]
  This exampleThen, the inside of the container 133 is filled with the liquid supplied from the pure water supply nozzle 137, and the electrolytic processing is performed while the substrate W is immersed in the liquid. A liquid discharge path 139 for discharging the liquid overflowing the outer peripheral wall 133a of the container 133 is provided outside the container 133, and the liquid overflowing the outer peripheral wall 133a passes through the liquid discharge path 139. (Not shown).
[0065]
In this example, when the power supply 702 is switched via the power supply changeover switch 700 and the plating processing unit 20 performs the plating process, the power supply member 78 of the power supply claw member 74 has the cathode of the power supply 702 and the anode 123 has the power supply 702. When the electrolytic processing is performed in the electrolytic processing section 30, the cathode and the anode of the power source 702 are alternately connected to the electrode 34 of the adjacent electrode member 32.
[0066]
Note that the power supply to the substrate may be performed by the power supply member 78 of the power supply claw member 74, and all the electrodes 134 shown in FIG. 12 may be processed electrodes. With such a configuration, power is directly supplied to the substrate from the substrate chuck mechanism 70, so that a portion where the substrate and the power supply electrode are in contact with each other can be reduced, and the number of bubbles generated from the power supply electrode is reduced. Further, since the number of machining electrodes can be doubled, the number of machining electrodes passing through the substrate is increased, and the uniformity within the machining surface and the machining speed on the substrate surface are improved. In this example, the power supply 702 is switched between the plating processing unit 20 and the electrolytic processing unit 30 via the power supply changeover switch 700. However, the plating processing unit 20 and the electrolytic processing unit 30 are individually provided with power supplies. It may be.
[0067]
  next,the aboveA process of processing a substrate such as a semiconductor substrate using the substrate processing apparatus will be described. First, the substrate is stored in advance in a cassette with the surface (element formation surface, processing surface) facing upward, and this cassette is placed on the load / unload unit 2. The first transfer robot 6 takes out the substrates one by one from the cassette placed on the load / unload unit 2, moves them onto the substrate stage 4, and places them on the substrate stage 4. The substrate on the substrate stage 4 is reversed by a reversing machine and transferred to the second transfer robot 7. Then, the shutter opening / closing air cylinder 14 of the substrate processing unit 5 is driven to open the shutter 13, and the substrate W is inserted into the substrate processing unit 5 through the opening 12 formed in the cover 11 by the second transfer robot 7.
[0068]
When the substrate is delivered to the substrate processing unit 5, the swing motor 105 of the driving device 100 is driven to rotate the support column 42 by a predetermined angle, whereby the head portion 41 is moved to the electrolytic processing position Q on the electrolytic processing portion 30. (See FIG. 4). At this time, by lowering the movable member 49, the pressing rod 56 is brought into contact with the nut 75 of the chuck mechanism 70, and the rod 72 is pressed downward against the urging force of the compression coil spring 76. Open outward.
[0069]
Then, the hand of the second transfer robot 7 inserted into the substrate processing unit 5 is raised to bring the upper surface (back surface) of the substrate W into contact with the lower surface of the suction plate 61 of the substrate holder 48. In this state, the power supply claw member 74 of the chuck mechanism 70 is closed inward by raising the movable member 49. As a result, the substrate W is held in a state of being positioned by the power supply claw member 74. At this time, the power supply member 78 of the power supply claw member 74 comes into contact with the peripheral edge of the substrate W, and power can be supplied from the power source to the substrate W. Then, the vacuum pump is driven to evacuate the space 63 and suck the substrate W onto the lower surface of the suction plate 61. Thereafter, the hand of the second transfer robot 7 is pulled out from the substrate processing unit 5 and the shutter 13 is closed.
[0070]
Next, the head unit 41 holding the substrate W is moved to the plating position P on the plating processing unit 20 by driving the swing motor 105 of the driving device 100 and rotating the support column 42 by a predetermined angle. Then, the elevating motor of the driving device 100 is driven to lower the support column 42 by a predetermined distance, so that the substrate W held on the lower surface of the substrate holding portion 48 is immersed in the plating solution in the plating tank 120. After the substrate W is immersed in the plating solution, the rotation motor 104 of the driving device 100 is driven, the rotation shaft 47 of the head portion 41 is rotated via the rotation shaft 44 in the support column 42, and the substrate W is moved at a medium speed ( Dozens of min-1). Then, a current is passed between the anode 123 and the substrate W to form a copper film (plating film) 206 (see FIG. 1B) on the surface of the substrate W. At this time, a pulse voltage may be periodically applied between the anode 123 and the substrate W such that the potential becomes 0 or a reverse potential.
[0071]
After the plating process is completed, the rotation of the substrate W is stopped, the lifting motor of the driving device 100 is driven, and the support column 42 and the head unit 41 are raised by a predetermined distance. Next, the head 41 holding the substrate W is positioned above the cleaning nozzle 17 (shower) by driving the swing motor 105 of the driving device 100 and rotating the support column 42 by a predetermined angle. Then, the elevating motor of the driving device 100 is driven to lower the support column 42 by a predetermined distance. Next, the rotation motor 104 of the driving device 100 is driven, and the substrate holding portion 48 is moved, for example, for 100 min.-1, The cleaning liquid (pure water) is sprayed from the cleaning nozzle 17 toward the lower surface of the substrate W to clean the substrate W and the power supply claw member 74 after plating, and the plating solution is replaced with pure water. .
[0072]
After the cleaning process is completed, the swing motor 105 of the driving device 100 is driven to rotate the support column 42 by a predetermined angle, thereby moving the head unit 41 to the electrolytic processing position Q on the electrolytic processing unit 30. Then, the elevating motor of the driving apparatus 100 is driven to lower the support column 42 by a predetermined distance, and the substrate W held on the lower surface of the substrate holding unit 48 is brought into contact with or close to the surface of the ion exchanger 135 of the electrode unit 130. In this state, the hollow scroll motor 131 is driven to cause the electrode unit 130 to scroll. Further, the slide motor is driven to scan the substrate by an integral multiple of the pitch at which the processing electrodes 134a are arranged. At this time, pure water or ultrapure water is supplied from the pure water supply nozzle 137 between the substrate W and the electrode member 132, and the substrate W is immersed in the liquid in the container 133.
[0073]
Then, the power source changeover switch 700 is switched, the cathode and anode of the power source 702 are alternately connected to the electrode 134 of the adjacent electrode member 132, and the electrode 134 connected to the cathode of the power source 702 is connected to the machining electrode 134a and the anode. A voltage is applied using the electrode 134 as the power supply electrode 134b. When power is supplied to the substrate by the power supply member 78 of the power supply claw member 74 and all the electrodes 134 shown in FIG. 12 are processed electrodes, the anode of the power supply 702 is supplied to the power supply member 78 of the power supply claw member 74. The cathodes are connected to the electrodes 134, respectively.
[0074]
Thus, electrolytic processing of the conductor film (copper film 206) on the surface of the substrate W is performed at the processing electrode (cathode) 134a by hydrogen ions or hydroxide ions generated by the ion exchanger 135. At this time, a pulse voltage may be periodically applied between the machining electrode 134a and the power feeding electrode 134b so that the potential becomes zero or a reverse potential.
[0075]
  Here, when using a liquid having a large resistance value such as ultrapure water, the electric resistance can be reduced by bringing the ion exchanger 135 into contact with the substrate W, and the applied voltage is also small. Power consumption can be reduced. This “contact” does not mean “pressing” in order to apply physical energy (stress) to the workpiece as in CMP, for example. Therefore,This exampleThe electrolytic processing unit 30 in FIG. 1 does not include a pressing mechanism that positively presses the substrate and the polishing member in a CMP apparatus, for example. That is, in CMP, the substrate is generally pressed against the polishing surface with a pressing force of about 20 to 50 kPa.This exampleIn this electrolytic processing apparatus, for example, the ion exchanger 135 may be brought into contact with the substrate W at a pressure of 20 kPa or less, and a sufficient removal processing effect can be obtained even at a pressure of 10 kPa or less.
[0076]
Here, the pure water is, for example, water having an electric conductivity of 10 μS / cm or less, and the ultrapure water is, for example, water having an electric conductivity of 0.1 μS / cm or less. In this way, by performing electrolytic processing using pure water or ultrapure water that does not contain an electrolyte, it is possible to prevent the impurities such as the electrolyte from adhering to or remaining on the surface of the substrate W. . Furthermore, since copper ions and the like dissolved by electrolysis are immediately captured by the ion exchanger 135 through an ion exchange reaction, the dissolved copper ions and the like are deposited again on other parts of the substrate W or oxidized to form fine particles. The surface of the substrate W is not contaminated.
[0077]
Instead of pure water or ultrapure water, an arbitrary electrolytic solution, for example, an electrolytic solution obtained by adding an electrolyte to pure water or ultrapure water may be used. By using the electrolytic solution, electric resistance can be reduced and power consumption can be reduced. Examples of the electrolytic solution include NaCl and Na2SO4Neutral salt such as HCl and H2SO4A solution such as an acid such as ammonia or an alkali such as ammonia can be used, and can be selected and used as appropriate depending on the properties of the workpiece.
[0078]
As described above, when an electrolytic solution is used as the processing solution, the conductive film is polished in contact with the surface of the conductive film (copper film 206) on the surface of the substrate W instead of the ion exchanger 135. It is preferable to provide a contact member to be removed. This contact member has liquid permeability in the material itself or by providing a large number of pores so as to have liquid permeability, maintain adhesion to the substrate, and prevent damage to the substrate. Furthermore, it is preferable that it has elasticity. It is further preferable that the contact member has conductivity or can exchange ions. Specific examples of this contact member include porous polymers such as polyurethane foam, fibrous materials such as nonwoven fabric, various polishing pads, and scrub cleaning members.
[0079]
In this case, the surface of the copper film 206 (see FIG. 1B) as the wiring material is anodized using an electrolytic solution containing an electrolyte such as copper sulfate or ammonium sulfate as the processing liquid, and scrubbing is removed with the contact member. It may be. Further, by adding a chelating agent to the electrolytic solution, the surface of the copper film 206 (see FIG. 1B) as a wiring material may be chelated and weakened to facilitate scrub removal. .
In addition, the processing liquid composed of electrolytic solution or pure water is made to contain abrasive grains, or the processing liquid and the slurry are supplied at the same time, so that composite processing combining electrolytic processing and mechanical polishing with abrasive grains is performed. Also good.
[0080]
In addition, a surfactant or the like is added to pure water or ultrapure water instead of pure water or ultrapure water, and the electric conductivity is 500 μS / cm or less, preferably 50 μS / cm or less, more preferably 0. A liquid having a specific resistance of 10 MΩ · cm or less may be used. Thus, by adding a surfactant to pure water or ultrapure water, a layer having a uniform suppressing action to prevent the movement of ions is formed at the interface between the substrate W and the ion exchanger 135, thereby The flatness of the work surface can be improved by reducing the concentration of ion exchange (dissolution of metal). Here, the surfactant concentration is preferably 100 ppm or less. If the value of electrical conductivity is too high, the current efficiency is lowered and the processing speed is slowed down, but the electrical conductivity is 500 μS / cm or less, preferably 50 μS / cm or less, more preferably 0.1 μS / cm or less. A desired processing speed can be obtained by using a liquid having
When it is desired to selectively remove only the plating film convex portion of the substrate more strictly, it is preferable to adjust the electric conductivity to 50 μS / cm or less, more preferably 2.5 μS / cm or less.
[0081]
After the completion of the electrolytic processing, the power source 702 is disconnected, the scroll movement of the electrode unit 130 is stopped, and then the elevating motor of the driving device 100 is driven to raise the column 42 and the head unit 41 by a predetermined distance. Thereafter, the shutter 13 provided in the substrate processing unit 5 is opened, and the hand of the second transfer robot 7 is inserted into the substrate processing unit 5 through the opening 12 formed in the cover 11. Then, the hand of the second transfer robot 7 is raised to a position where the substrate W can be received. In this state, the movable member 49 is lowered to bring the pressing rod 56 into contact with the nut 75 of the chuck mechanism 70, and the rod 72 is pressed downward against the urging force of the compression coil spring 76, thereby supplying the power supply claw member. Open 74 outward. As a result, the substrate W is released and placed on the hand of the second transfer robot 7. Thereafter, the hand of the second transfer robot 7 on which the substrate W is placed is pulled out from the substrate processing unit 5 and the shutter 13 is closed.
[0082]
The second transfer robot 7 that has received the substrate W after the plating and electrolytic processing moves the substrate W onto the substrate stage 4 and places it on the substrate stage 4. The first transfer robot 6 that has received the substrate on the substrate stage 4 transfers the substrate W to the bevel etch / chemical solution cleaning unit 3. In this bevel etch / chemical solution cleaning unit 3, the substrate W after the plating process is cleaned with the chemical solution, and a thin copper film or the like formed thinly on the bevel portion of the substrate W is removed by etching. In addition, the substrate W Washing with water and drying are performed. After these processes are performed in the bevel etch / chemical solution cleaning unit 3, the substrate W is returned to the cassette of the load / unload unit 2 by the first transfer robot 6, and a series of processes is completed.
[0083]
Using the substrate processing apparatus having such a configuration, the substrate was actually processed by setting the electric conductivity of the liquid used in the electrolytic processing section 30 to 2.5 μS / cm, 50 μS / cm, and 500 μS / cm, respectively. From the viewpoint of selective protrusion removal, flatness was obtained by reducing the electric conductivity, and good flatness was obtained particularly at a general pure water level of 2.5 μS / cm.
[0084]
  next,otherSubstrate processing equipmentIn placeThis will be described in detail with reference to FIGS. Note that the above-mentionedExampleThe members or elements having the same actions or functions as the members or elements in are attached with the same reference numerals, and parts not specifically describedExample aboveIt is the same.
[0085]
  FIG.Is the baseFIG. 14 is a front sectional view of the plate processing unit 5, and FIG. As shown in the figure, the substrate processing unit 5 is divided into two substrate processing units, that is, a plating processing unit 20 that performs plating processing of the substrate and an electrolytic processing unit 30 that performs electrolytic processing on the substrate after plating, by the partition wall 10. Has been. Further, the plating processing unit 20 and the electrolytic processing unit 30 are covered with a cover 11, and one sealable processing space 8 is defined. Further, a cleaning nozzle 17 configured to be rotatable about a shaft 17a is provided, and the substrate after the completion of plating and electrolytic processing can be cleaned with pure water or the like supplied from the cleaning nozzle 17. . An opening 12 for loading and unloading the substrate is formed on the side surface of the cover 11 on the side of the electrolytic processing section 30, and a shutter 13 that can be opened and closed is provided in the opening 12. The shutter 13 is connected to a shutter opening / closing air cylinder 14, and the shutter 13 moves up and down by opening the shutter opening / closing air cylinder 14 to open and close the opening 12. Thus, by sealing the inside of the substrate processing unit 5, mist generated in the plating process is prevented from being scattered outside the substrate processing unit 5.
[0086]
As shown in FIG. 14, an inert gas (purge gas) supply port 15 is provided in the upper part of the cover 11.2An inert gas (purge gas) such as a gas is supplied into the substrate processing unit 5. A cylindrical exhaust duct 16 is provided on the bottom surface of the cover 11, and the gas in the substrate processing unit 5 is exhausted to the outside through the exhaust duct 16.
[0087]
As shown in FIG. 13, an arm-shaped cleaning nozzle 17 is disposed as a cleaning unit that cleans the plated substrate in the plating processing unit 20 and as a cleaning unit that cleans the electrolytically processed substrate in the electrolytic processing unit 30. ing. The cleaning nozzle 17 is connected to a cleaning liquid supply source (not shown), and a cleaning liquid (for example, pure water) is sprayed from the cleaning nozzle 17 toward the lower surface of the substrate W. The cleaning nozzle 17 is configured to be rotatable about a shaft 17a and is retracted from the illustrated position during electrolytic processing.
[0088]
A swing arm 40 that can swing between the plating processing unit 20 and the electrolytic processing unit 30 is installed in the substrate processing unit 5, and the substrate is held on the free end side of the swing arm 40. A head portion 41 is suspended. By swinging the swing arm 40, as shown in FIG. 13, a head portion 41 is disposed between a plating position P where plating is performed in the plating processing section 20 and an electrolytic processing position Q where electrolytic processing is performed in the electrolytic processing section 30. Can be swung. In this example, the head unit 41 is configured to suck and hold the substrate W with the surface facing downward (face down).
[0089]
The electrolytic processing unit 30 includes a disk-shaped electrode unit 151 disposed below the head unit 41 and a power source 704 connected to the electrode unit 151.
[0090]
The arm 40 is attached to the upper end of the swing shaft 153 connected to the swing motor 152 and swings in the horizontal direction as the swing motor 152 is driven. The swing shaft 153 is connected to a ball screw 154 extending in the vertical direction, and moves up and down together with the arm 40 as the vertical movement motor 155 connected to the ball screw 154 is driven.
[0091]
The head unit 41 is connected to a rotation motor as a first drive unit that moves the substrate W held by the head unit 41 and the electrode unit 151 relative to each other, and rotates (rotates) as the rotation motor is driven. ). Further, as described above, the arm 40 can move up and down and swing in the horizontal direction, and the head unit 41 can move up and down and swing in the horizontal direction integrally with the arm 40.
[0092]
A hollow motor 156 as a second drive unit that moves the substrate W and the electrode unit 151 relative to each other is installed below the electrode unit 151. The main shaft of the hollow motor 156 is eccentric from the center of the main shaft. A driving end is provided at the position, and the electrode portion 151 is scrolled (translated and rotated).
[0093]
FIG. 15 is a longitudinal sectional view schematically showing the head part 41 and the electrolytic processing part 30, and FIG. 16 is a plan view showing the relationship between the substrate W and the electrode part 151 of the electrolytic processing part 30. In FIG. 16, the substrate W is indicated by a dotted line. As shown in FIGS. 15 and 16, the electrode portion 151 includes a substantially disc-shaped processing electrode 160 having a diameter larger than the diameter of the substrate W, and a plurality of feeding electrodes arranged on the outer peripheral portion of the processing electrode 160. 161, and an insulator 162 that separates the processing electrode 160 and the power feeding electrode 161. As shown in FIG. 15, the upper surface of the processing electrode 160 is covered with an ion exchanger 163, and the upper surface of the feeding electrode 161 is covered with an ion exchanger 164. These ion exchangers 163 and 164 may be integrally formed. These ion exchangers 163 and 164 are not shown in FIG.
[0094]
  This exampleThen, due to the size of the electrode part 151 and the head part 41, fluid cannot be supplied from above the electrode part 151 to the upper surface of the electrode part 151 during electrolytic processing. Therefore,This exampleThen, as shown in FIGS. 15 and 16, a plurality of fluid supply ports 165 as fluid supply portions for supplying pure water, more preferably ultrapure water, are formed in the processing electrode 160.This example, A plurality of fluid supply ports 165 are arranged radially with respect to the center of the processing electrode 160. These fluid supply ports 165 are connected to a pure water supply pipe extending inside the hollow portion of the hollow motor 156 so that pure water or ultrapure water is supplied from the fluid supply port 165 to the upper surface of the electrode portion 151. It has become.
[0095]
  This exampleThen, the machining electrode 160 is connected to the cathode of the power supply 704 and the power supply electrode 161 is connected to the anode of the power supply 704. However, depending on the processing material, the electrode connected to the cathode of the power supply 704 is used as the power supply electrode. The electrode to be connected may be a machining electrode. That is, when the material to be processed is, for example, copper, molybdenum, or iron, an electrolytic processing action occurs on the cathode side. Therefore, the electrode connected to the cathode of the power source becomes the processing electrode, and the electrode connected to the anode becomes the feeding electrode. . On the other hand, when the material to be processed is, for example, aluminum or silicon, an electrolytic processing action occurs on the anode side. Therefore, the electrode connected to the anode of the power source becomes the processing electrode, and the electrode connected to the cathode becomes the feeding electrode.
[0096]
  During the electrolytic processing, the rotation motor is driven to rotate the substrate W, and at the same time, the hollow motor 156 is driven to cause the electrode portion 151 to scroll around the scroll center O (see FIG. 16). In this way, the entire surface of the substrate W (copper film 206) is processed by relatively moving the substrate W held by the head portion 41 and the processing electrode 160 within the scroll region S.This exampleDuring the relative movement, the electrode portion 151 of the electrolytic processing portion 30 of the machining center 160 moves the center of motion (This exampleIn this case, the center O) of the scroll motion is always located inside the outer diameter of the substrate W. In this way, the diameter of the processing electrode 160 is made larger than the diameter of the substrate W, and the center of motion of the processing electrode 160 is always positioned inside the outer diameter of the substrate W, whereby the processing electrode 160 on the surface of the substrate W is obtained. Can be made as uniform as possible. Moreover, since the size of the electrode part 151 can be minimized by configuring in this way, the entire apparatus can be greatly reduced in size and weight. The diameter of the processing electrode 160 is the relative movement distance between the substrate W and the processing electrode 160 (This exampleThen, it is preferably larger than the sum of the scroll radius e) and the diameter of the substrate W, and preferably smaller than twice the diameter of the substrate W.
[0097]
  Further, since the substrate W cannot be processed in the region where the power supply electrode 161 exists, the processing speed of the outer peripheral portion where the power supply electrode 161 is disposed is lower than the other regions. Therefore, in order to reduce the influence of the power supply electrode 161 on the processing speed, it is preferable to reduce the area (region) occupied by the power supply electrode 161. From this point of viewThis exampleThen, a plurality of power supply electrodes 161 having a small area are arranged on the outer peripheral portion of the machining electrode 160, and at least one of them supplies power to the substrate W in contact with or close to it during relative motion. In this way, for example, the region that is not processed can be reduced as compared with the case where the ring-shaped feeding electrode is arranged on the outer peripheral portion of the processing electrode 160, and the outer peripheral portion of the substrate W remains unprocessed. Can be prevented.
[0098]
  next,the aboveSubstrate processing (electrolytic processing) using the substrate processing apparatus will be described. A predetermined voltage is applied between the processing electrode 160 and the feeding electrode 161 by the power source 704, and the surface of the substrate W is formed on the processing electrode (cathode) by the hydrogen ions or hydroxide ions generated by the ion exchangers 163 and 164. The conductor film (copper film 206) is subjected to electrolytic processing. At this time, the processing proceeds at the portion facing the processing electrode 160, but the entire surface of the substrate W is processed by moving the substrate W and the processing electrode 160 relative to each other. As described above, the machining electrode 160 has a larger diameter than the substrate W, and the movement center O of the machining electrode 160 is always located inside the outer diameter of the substrate W during the relative movement. Therefore, the existence frequency of the processing electrode 160 on the surface of the substrate W can be made as uniform as possible. In addition, with such a configuration, the size of the electrode portion 151 can be minimized, and the entire apparatus can be greatly reduced in size and weight.
[0099]
Next, with reference to FIG. 17, it will be described that the plating process, cleaning, and electrolytic processing are repeated. As shown in FIGS. 4 and 13, in the substrate processing unit 5, a swingable swing arm 40 is installed between the plating processing unit 20 and the electrolytic processing unit 30. On the free end side of 40, a head portion 41 for holding the substrate is suspended. Therefore, by swinging the swing arm 40, the substrate held by the head portion 41 can be subjected to plating processing in the plating processing portion 20, and electrolytic processing (electrolytic polishing) can be performed in the electrolytic processing portion 30. Further, a cleaning nozzle 17 is provided so that the substrate after the plating process and after the electrolytic processing can be cleaned.
[0100]
  As described with reference to FIG.Micro holeWhen the copper film 206 is formed by performing copper plating on the surface of the substrate W in which 208 and the wide trench 209 are mixed,Micro holeAbove 208, the growth of the plating is promoted and the copper film 206 tends to rise, and a convex portion is formed. On the other hand, since it is not possible to perform plating growth with improved leveling inside the wide trench 209, the copper film 206 deposited on the substrate W as a result has a raised height on the fine hole 208 and a width above the wide trench. A step is formed between the depth of the recess. In order to reduce the occurrence of such a step, it is preferable to repeat the plating process and the electrolytic processing (electropolishing).
[0101]
  FIG. 18 shows an example in which the plating process and the electropolishing are repeated twice. First, perform electrolytic platingMicro holeCopper is embedded inside 208. at this point,Micro holeA local convex portion is formed on the upper portion 208, but the wide trench 209 is not yet filled with copper (see FIG. 18A). This is because the portion where the pattern density is high has a large surface area, and the additive serving as an accelerator concentrates on the portion where the groove width is narrow,Micro holeThis is because the growth of plating in the portion where 208 exists is promoted. Here, the substrate is washed with pure water, and the plating solution is removed from the surface of the substrate W. Then, electrolytic polishing is performed in the electrolytic processing section 30 to remove local convex portions formed on the fine holes 208 (see FIGS. 18B and 18C). Thereby, the process of the 1st plating process, washing | cleaning process, and electropolishing process is complete | finished.
[0102]
  Next, after the substrate is washed with pure water, electrolytic plating is performed again in the plating unit 20. Then, the electrolytic plating is stopped in a state where the wide trench 209 is sufficiently embedded. In this state, copper is completely embedded in the wide trench 209,Micro holeA copper film (plating film) 206 is also formed on 208 (see FIG. 18D). Then, after cleaning the substrate with pure water, electrolytic polishing is performed again in the electrolytic processing section 30. By electrolytic polishing at this time, the surface of the copper film 206 is substantially flattened, and a copper film 206 having a desired film thickness is formed.Micro hole208 and the wide trench 209 can be left embedded (see FIGS. 18E and 18F). In this state, a copper film (plating film) 206 having good flatness of, for example, about 50-100 nm is left. Then, after the electrolytic polishing, the substrate is washed with pure water and dried to finish the plating process and the electrolytic processing process.
[0103]
  In the above-described embodiment, the example in which the plating process and the electropolishing are repeated twice has been described, but it may be repeated three or more times. Furthermore, it is possible to completely remove the copper film unnecessary for forming the device wiring on the substrate surface by electrolytic processing, and leave only the copper film inside the pattern. By repeatedly performing plating treatment and electrolytic processing a plurality of times in this way, it becomes easier to obtain a flat surface with less processing time compared to flattening a large step by electrolytic polishing once. That is, by repeating the process of electrolytic processing using plating and a liquid with low electrical conductivity,Micro holeCan prevent the formation of excessive protrusions in the part,Micro holeIn addition, it is possible to obtain a substrate in which the copper film is efficiently and evenly embedded in the wide trench.
[0104]
  FIG., Other electricThe structural example of a solution processing part is shown. The electrolytic processing unit includes regeneration units 170a and 170b that regenerate the ion exchanger (cation exchanger 171a and / or anion exchanger 171b).
[0105]
Here, the regenerating units 170a and 170b are provided with a partition wall 172 disposed in contact with or close to the ion exchanger (cation exchanger 171a and / or anion exchanger 171b), a processing electrode 173 or a feeding electrode 174, and a partition wall 172. And a discharge liquid supply section 176 for supplying the discharge liquid A for discharging the contaminants to the discharge section 175. Then, in a state in which a material to be processed such as the substrate W is brought close to or in contact with the ion exchanger (cation exchanger 171a and / or anion exchanger 171b), the discharge portion 175 is used to discharge contaminants from the discharge liquid supply portion 176. The discharging liquid A is supplied from the electrolytic processing liquid supply unit 177 between the partition wall 172 and the ion exchanger (cation exchanger 171a and / or anion exchanger 171b). A voltage using the machining electrode 173 as a cathode and the feeding electrode 174 as an anode is applied between the machining electrode 173 and the feeding electrode 174 from the machining power supply 178, thereby performing electrolytic machining.
[0106]
At this time, in the cation exchanger 171a, the dissolved ions M of the workpiece taken into the inside of the cation exchanger 171a are processed.+Ions move toward the machining electrode (cathode) 173 side, pass through the partition wall 172, and ions M that have passed through the partition wall 172.+Is discharged out of the system by the flow of the discharge liquid A supplied between the partition wall 172 and the processing electrode 173, whereby the cation exchanger 171a is regenerated. By using a cation exchanger as the partition wall 172, ions M emitted from the cation exchanger 171a can be obtained.+Only the partition wall (cation exchanger) 172 can pass through. On the other hand, in the anion exchanger 171b, the internal ion X−Moves toward the feeding electrode (anode) 174 side, passes through the partition 172, and passes through the partition 172.−Is discharged out of the system by the flow of the discharge liquid A supplied between the partition wall 172 and the power supply electrode 174, thereby regenerating the anion exchanger 171 b. By using an anion exchanger as the partition wall 172, the ions X emitted from the anion exchanger 171b−Only the partition wall (anion exchanger) 172 can pass through.
[0107]
Here, as the processing liquid, it is preferable to use a liquid having a low electrical conductivity such as ultrapure water or pure water, whereby the efficiency of electrolytic processing can be increased. In addition, it is preferable to supply a liquid (electrolytic solution) having high electrical conductivity as the discharged liquid flowing between the partition wall 172 and the processing electrode 173 or the power supply electrode 174. Here, as the electrolyte, for example, NaCl or Na2SO4Neutral salt such as HCl and H2SO4Further, an acid such as ammonia or an alkali such as ammonia can be used, and it may be appropriately selected depending on the characteristics of the workpiece. Thereby, the efficiency of regeneration of the ion exchanger can be increased.
[0108]
As shown in FIG. 16, the electrolytic processing section preferably includes a sensor 168 that detects the film thickness of a metal film (copper film 206) that is an object of electrolytic processing on the substrate surface. As the sensor 168 for detecting the thickness of the metal film, for example, an optical sensor including a light projecting element and a light receiving element can be used. That is, the film thickness of the metal film (copper film 206) can be detected by making light incident from the light projecting element toward the surface of the metal film and receiving the reflected light from the metal film by the light receiving element. . In this case, the light emitted from the light projecting element is, for example, from a laser beam or an LED light source.
[0109]
In addition, an eddy current is generated inside the metal film (copper film 206), and an eddy current sensor for detecting the magnitude of the eddy current is disposed in the vicinity so that the magnitude of the eddy current generated inside the metal film can be reduced. The film thickness can be detected. Furthermore, a temperature sensor is arranged in the vicinity of the metal film to be subjected to electrolytic processing, and the change in the amount of heat generated by the change in the film thickness accompanying the electrolytic polishing of the metal film makes it possible to determine the film thickness from the change in the amount of generated heat. It is also possible to detect changes in In addition, the current input to the motor that rotationally drives the head portion or the electrolytic processing portion changes depending on the change in the thickness of the metal film to be subjected to the electrolytic processing. Therefore, it is possible to detect a change in film thickness from the change in current. By providing means for detecting the thickness of these metal films, it is possible to accurately grasp the state of the film thickness during electrolytic processing, thereby enabling highly accurate processing.
[0110]
FIG. 20 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of the cleaning unit of the substrate processing unit. As shown in FIG. 20, the cleaning unit 217 includes a plurality of cleaning nozzles 218 for spraying and cleaning the peripheral edge of the substrate W, and an arm-shaped air blower 219 for drying the cleaned substrate W. I have. These cleaning nozzles 218 are connected to a cleaning liquid supply source (not shown), and a cleaning liquid (for example, pure water) is sprayed from the cleaning nozzle 218 toward the lower surface of the substrate W. The air blower 219 is connected to a gas supply source (not shown) via the air supply path 220, and a dry gas (for example, N2Gas) is injected toward the lower surface of the substrate W. The air blower 219 is configured to be rotatable.
[0111]
  In the cleaning unit 217 having such a configuration, after the cleaning liquid is sprayed from the cleaning nozzle 218 toward the lower surface of the substrate W, the rotation speed of the substrate holding unit 48 is set to, for example, 300 min.-1And drain. At the same time, air is blown from the air blower 219 to the substrate W to be dried. In the case of spin dry, usually 2000 min-1It is necessary to rotate the board by about,This exampleAs in the case of air blow, it does not require much rotation speed.
[0112]
  Further, the configuration of the substrate processing unit in the substrate processing unit is not limited to the above-described one. For example, as shown in FIG. 21, a plurality of substrate processing units may be provided around a support column 42 to which the swing arm 40 is fixed. In the example illustrated in FIG. 21, the plating processing unit 20, the cleaning unit 210, and the electrolytic processing unit 30 are arranged around the support column 42, and the head unit 41 is cleaned with the plating processing unit 20 by cleaning the support column 42. It can move between the portion 210 and the electrolytic processing portion 30. This makes it easy to carry out substrate processing by plating the substrate, cleaning the substrate after plating, performing electrolytic processing on the cleaned substrate, and performing plating again on the substrate after electrolytic processing. can do. Here, the electrolytic processing is performed by supplying a liquid having an electric conductivity of 500 μS / cm or less between the plated substrate and the ion exchanger attached to the electrode, and thereby good electrolytic workability is obtained. And by repeating the process of plating treatment, washing, electrolytic processing, washing, plating treatment, ...Micro holeThe formation of excessive protrusions in the vicinity is removed by electropolishing,Micro holeIn addition, a copper film can be embedded by plating while maintaining flatness with respect to a substrate in which wide trenches are mixed.
[0113]
Although one embodiment of the present invention has been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.
[0114]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, after the plating process is performed on the substrate, for example, a liquid having an electric conductivity of 500 μS / cm or less is supplied between the plated substrate and the electrode to perform electrolytic processing. By performing, the convex part (hump) of the board | substrate formed by the plating process can be removed effectively, and the flatness of a board | substrate can be improved. That is, for example, a liquid having an electric conductivity of 500 μS / cm or less is not sufficiently ionized, so that ions are ionized only at the convex portion of the substrate in contact with or close to the ion exchanger due to the difference in electric resistance value. Ions act on the film (convex portion) on the substrate. Therefore, it is possible to effectively remove the convex portion in contact with or close to the ion exchanger to improve the flatness of the substrate, and it is excellent in flatness of the surface and is economical because it is made thin. It is possible to form a metal film or form an embedded wiring with excellent flatness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of manufacturing a copper wiring board in the order of steps.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a problem when a conventional substrate is plated.
FIG. 3Used forIt is a top view which shows the whole structure of a substrate processing apparatus.
4 is a plan view showing a substrate processing unit installed in the substrate processing apparatus of FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a front sectional view of FIG. 4;
6 is a side sectional view of FIG. 4. FIG.
7 is a longitudinal sectional view showing the main parts of a swing arm and a head part of the substrate processing unit of FIG. 4;
FIG. 8 is a partially enlarged view of FIG. 7;
9 is a plan view of a substrate holding part of the head part of FIG.
10 is a bottom view of a substrate holding part of the head part of FIG. 7;
11 is a longitudinal sectional view showing a plating processing section of the substrate processing unit of FIG. 4;
12 is a longitudinal sectional view showing an electrolytic processing part of the substrate processing unit of FIG. 4;
FIG. 13otherIt is a top view which shows a substrate processing unit.
14 is a front sectional view of FIG. 13. FIG.
15 is a longitudinal sectional view showing the main part of the head part and electrode part of the substrate processing unit of FIG. 13;
16 is a plan view showing the relationship between the head part of FIG. 15 and the electrode part of the electrolytic processing part.
FIG. 17 is a diagram showing an example of a process flow of substrate processing in the substrate processing method of the present invention.
FIG. 18 is a cross-sectional view of each step showing an example in which plating and electrolytic polishing are repeatedly performed.
FIG. 19 is a diagram showing a modified example of the substrate processing unit, schematically showing an electrolytic processing unit that includes an ion exchanger regeneration unit and allows different types of liquid to flow through the electrolytic processing unit and the regeneration unit. FIG.
FIG. 20 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a cleaning unit in the substrate processing unit.
FIG. 21BaseIt is a top view which shows the modification of a plate processing unit.
[Explanation of symbols]
    1 HowjinG
    2 Load / Unload unit
    3 Bevel Etch / Chemical WashingJouyuknit
    4 Substrate stage
    5 Substrate processing unit
    6 First transfer robot
    7 Second transfer robot
  17 Cleaning nozzle
  20 Plating treatment part
  30 Electrolytic processing part
  40 Swing arm
  41 Head
  42 props
  48 Substrate holder
  60 Flange
  61 Suction plate
  62 Guide ring
  65 Seal ring
  70 Chuck mechanism
  74 Feeding claw member
  78 Feeding member
  79 Energizing plate
100 Drive unit
101 rail
102 Sliding base
103 Lifting base
104 Rotating motor
105 Swing motor
109 Slider support
110 Slider
120 plating tank
123 anode
124 Plating solution outlet (Plating solution supply part)
128 ion exchanger
130,151 electrode part
131,156 Hollow scroll motor
132 Electrode member
134 electrodes
135, 163, 164 ion exchanger
137 Pure water supply nozzle
152 oscillating motor
153 Oscillating shaft
154 Ball screw
155 Vertical motor
160 Processing electrode
161 Feed electrode
165 Fluid supply port
168 sensor
170a, 170b Ion exchanger regenerator
171 ion exchanger
172 Bulkhead
173 Processing electrode
174 Feed electrode
175 Discharge part
176 Drain supply part
177 Electrolytic machining fluid supply unit
178 Power supply for processing
201 Semiconductor substrate
201a conductive layer
202 Insulating film
203 Contact hole
205 Barrier film
206 Copper film
207 Seed layer
208Micro hole
209 Wide trench
210 Cleaning section

Claims (4)

表面に微細穴と幅広トレンチを有する基板に対して、前記幅広トレンチがめっき膜で完全に埋まることなく、前記微細穴の上部にめっき膜の局所的な凸部が形成されるまで第１めっき処理を行い、A first plating process is performed on a substrate having fine holes and wide trenches on the surface until the wide trenches are not completely filled with a plating film, and local protrusions of the plating film are formed above the fine holes. And
前記第１めっき処理後の基板表面を洗浄し、Cleaning the substrate surface after the first plating treatment;
前記洗浄後の基板に対して、基板と加工電極との間に液体の存在下で電圧を印加して、前記微細穴上のめっき膜の局所的な凸部を除去する第１電解加工を行い、A first electrolytic process is performed on the cleaned substrate by applying a voltage in the presence of a liquid between the substrate and the processing electrode to remove local protrusions of the plating film on the fine hole. ,
前記第１電解加工後の基板表面を洗浄し、Cleaning the substrate surface after the first electrolytic processing;
前記洗浄後の基板に対して、前記幅広トレンチがめっき膜で完全に埋まるまで第２めっき処理を行い、A second plating process is performed on the cleaned substrate until the wide trench is completely filled with a plating film,
前記第２めっき処理後の基板表面を洗浄し、Cleaning the substrate surface after the second plating treatment;
前記洗浄後の基板に対して、基板と加工電極との間に液体の存在下で電圧を印加して、めっき膜の表面を平坦化する第２電解加工を行うことを特徴とする基板処理方法。A substrate processing method characterized in that a second electrolytic processing is performed on the cleaned substrate by applying a voltage in the presence of a liquid between the substrate and the processing electrode to flatten the surface of the plating film. . 前記基板と前記加工電極との間にイオン交換体を介在させることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。The substrate processing method according to claim 1, wherein the interposing an ion exchanger between the processing electrode and the substrate. 前記液体は、純水、超純水、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体または電解液であることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理方法。The liquid, pure water, ultrapure water, the substrate processing method according to claim 1 or 2 electrical conductivity, characterized in that less liquid or electrolyte 500 .mu.S / cm. 前記電解加工時に前記めっき膜の膜厚を検知することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理方法。 The substrate processing method according to claim 1, wherein the thickness of the plating film is detected during the electrolytic processing .
JP2003118686A 2002-12-27 2003-04-23 Substrate processing method Expired - Fee Related JP4233376B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003118686A JP4233376B2 (en) 2002-12-27 2003-04-23 Substrate processing method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002382128 2002-12-27
JP2003118686A JP4233376B2 (en) 2002-12-27 2003-04-23 Substrate processing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004250776A JP2004250776A (en) 2004-09-09
JP4233376B2 true JP4233376B2 (en) 2009-03-04

Family

ID=33031878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003118686A Expired - Fee Related JP4233376B2 (en) 2002-12-27 2003-04-23 Substrate processing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4233376B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007073797A (en) * 2005-09-08 2007-03-22 Renesas Technology Corp Method, system and program for supporting device design
JP5116330B2 (en) * 2007-03-26 2013-01-09 株式会社東京精密 Electrolytic processing unit device and electrolytic processing cleaning and drying method
WO2009048099A1 (en) * 2007-10-09 2009-04-16 Roki Techno Co., Ltd. Polishing tool structure, polishing surface layer and polishing method
CN104924189B (en) * 2015-06-13 2017-01-25 河南科技学院 Polishing machine for chemically-mechanically polishing ultrathin flexible display substrate
JP7138035B2 (en) * 2018-12-14 2022-09-15 京セラ株式会社 Conductive member for electropolishing and sliding ring
CN115648054B (en) * 2022-11-09 2024-06-18 大连理工大学 Photoelectric chemical mechanical polishing device and method for multi-station wide-forbidden-band semiconductor wafer

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004250776A (en) 2004-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4043234B2 (en) Electrolytic processing apparatus and substrate processing apparatus
US20060234508A1 (en) Substrate processing apparatus and substrate processing method
US7655118B2 (en) Electrolytic processing apparatus and method
US20070020918A1 (en) Substrate processing method and substrate processing apparatus
US20070187259A1 (en) Substrate processing apparatus and method
JP4540981B2 (en) Plating method
JPWO2003080898A1 (en) Electrolytic processing apparatus and electrolytic processing method
JP4233376B2 (en) Substrate processing method
US7527723B2 (en) Electrolytic processing apparatus and electrolytic processing method
JP2008160134A (en) Method for substrate treatment
JP3933520B2 (en) Substrate processing apparatus and substrate processing method
JP2008524434A (en) Flattening method and flattening apparatus
US20040256237A1 (en) Electrolytic processing apparatus and method
US20070095659A1 (en) Electrolytic processing apparatus and electrolytic processing method
US7476303B2 (en) Electrolytic processing apparatus and electrolytic processing method
JP4172945B2 (en) Method and apparatus for regenerating ion exchanger for electrolytic processing
JP4274714B2 (en) Processing apparatus and processing method
JP2005153142A (en) Electrochemical machining apparatus
JP2007284795A (en) Electrode structure and electrolytic processing device
JP2003297804A (en) Substrate processing device and method
JP4245453B2 (en) Electrolytic processing apparatus and electrolytic processing method
JP2004255479A (en) Electrochemical machining method and electrochemical machining device
JP2005060732A (en) Electrolytic processing device and electrolytic processing method
JP2005054205A (en) Electrochemical machining apparatus and electrochemical machining method
JP2004322292A (en) Electrochemical machining device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060213

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060801

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080916

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081117

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20081209

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20081209

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121219

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121219

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131219

Year of fee payment: 5

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees