JP5116330B2 - 電解加工ユニット装置及び電解加工洗浄乾燥方法 - Google Patents

電解加工ユニット装置及び電解加工洗浄乾燥方法 Download PDF

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Description

本発明は電解加工ユニット装置及び電解加工洗浄乾燥方法に関するものであり、特に、ウェハの電解加工、洗浄及び乾燥を行う際に用いられる電解加工ユニット装置及び電解加工洗浄乾燥方法に関するものである。
従来、例えば、ＣｕＣＭＰの電解研磨においては、ウェハの電解加工、洗浄及び乾燥の一連の工程はそれぞれ独立した複数のモジュールにて別々に行われていた。そのため、ウェハの電解加工、洗浄又は乾燥の各工程では、個々のモジュールにウェハを順次経由させなければならず、その分だけ各モジュール間におけるウェハ搬送工程も多くなる。
特に、ウェハの電解加工では、一般に該ウェハを裏返しにしてウェハの表裏両面を加工しているため、その分だけウェハの搬送系も複雑になる。
このように、ウェハの電解研磨において、工程ごとの各モジュールにウェハを順次搬送して加工した場合、何れかのモジュールで一旦トラブルが発生すると大きな問題が起こる。例えば、加工処理中に洗浄工程のモジュールにてトラブルが発生した際、該トラブルにオペレータが気付かずに対応が遅れた場合は、洗浄工程のモジュールにおいてウェハの搬送系が停滞し、その影響が他の工程の複数のモジュールにも及ぶ。その結果、他の複数のモジュールの搬送系が停滞するため、加工処理ラインを流れていた全てのウェハが停滞し、該停滞したウェハが外気や処理液と長時間接触して、酸化劣化やコロージョン等の不具合を起こすという問題があった。
そこで、電解加工時にトラブルを発生した際に、全ての工程のモジュールでウェハの搬送を即時停止させて、加工処理ラインからウェハを退避させるべく、生産管理用のプログラムを起動させる方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特開２００２−９３７６１号公報 米国特許第７０８４０６４号公報 特願２００２−１７８２３６号公報 特開２００６−１３５０４５号公報
しかし、上記従来技術のように、トラブル発生時に、複数のモジュールでウェハの搬送を即時停止させて、該ウェハを加工処理ラインから退避させる方式では、上記プログラムの作成が非常に複雑になるという問題がある。尚、従来タイプのＣＭＰ装置では、ウェハに対して主に機械加工を行うため、ウェハ研磨用パッドを回転するためのプラテンが必要であるが、電解加工装置では該プラテンを省略することができる。
また、装置内で加工、洗浄、乾燥といくつかの工程を経て、複数のモジュールで処理を行う場合、例えば、最終の乾燥工程でトラブルがあった場合、そのトラブルが解除されない限り、装置内で多数のウェハが停滞することになる。特に、加工工程や洗浄工程などでは、そのまま停滞により放置されている場合、ウェハ表面の酸化が進む場合や、洗浄液などでは表面がエッチングされたりして、ウェハ全体の品質が損なわれてしまう場合がある。こうした場合は、初期に起こったトラブルが非常に軽微であったとしても、それに気づくのが遅れて、ウェハを停滞させてしまうと、結果的に装置内の全てのウェハを台無しにするという重大な問題に発展することがあった。
このようなことからも、複数の工程を複数のモジュールで行うことに対して、その一つのトラブルが他のウェハに対して多大な影響を及ぼすという意味では、ウェハの量産処理といえども、非常に注意して装置を運転せねばならず、実質的に無人で運転することは不可能であった。
また、近年Cu-Low-kプロセスにおいては、特に電解加工中において、表面の酸化を防ぐ目的で、ウェハ電解加工中の雰囲気を大気とは異なる雰囲気に制御する必要があった。更に、洗浄後の乾燥工程においても、ウォーターマークの発生を軽減するために、同様に雰囲気を通常の大気の雰囲気とは異なる雰囲気にコントロールする必要があった。
こうした雰囲気制御を多数のモジュールで行うとなると、雰囲気改変手段が非常に大きくなるとともに、また、それぞれの工程において、それぞれのウェハの出し入れに対して、一回ずつ行うとなると、非常に多大な時間を要することになる。
このようなことからも、一度の雰囲気改変によって、加工、洗浄、乾燥まで全て行うことができれば、非常に効率的である。
また、複数の工程に対して複数のモジュールで処理を行うとなると、そのモジュール間をつなぐためのウェハを搬送する手段が必要になる。こうした搬送手段も非常にコストがかかるとともに、メンテナンスする際には、全てのウェハ処理を一旦停止して行うことになるから、装置の稼働率に多大な影響を与えてしまうことになる。
さらに、従来の電解加工のウェハにおいても、Cuの電解加工とTaの電解加工を同一の位置で行うことは困難であった。
これは、電解加工といえども、通常、化学機械研磨の装置に対して、それに通電する機構を付与して、電解研磨を行っていた。ここで、化学機械研磨で使用するパッドは、通常の研磨パッドが使用されるが、Cuを研磨した後にTaを研磨すると、Cuの研磨屑がTa研磨時に悪影響を及ぼして、例えば、Taの研磨レートが変化することや、Ta表面にCuの研磨屑が付着することなどが懸念される。また、Cuを研磨する電解液と、Taを研磨する電解液の種類とが互いに異なる場合、前記研磨パッドに二つの電解液が混ざることもある。よって、研磨パッドを介して電解研磨を行う場合、同一のモジュールでCuとTaの二つの研磨工程をかねることは難しい問題があった。
同様に、こうした研磨工程と洗浄工程をかねることは、同一モジュール内において、研磨パッドに電解液や砥粒が内在された状態でなると、洗浄を行う環境が損なわれる問題があった。
尚、特許文献２，３が示すように、従来技術において前記電解加工装置と洗浄装置を一つに組み合わせることは、物理的にもほとんど不可能であった。それは、電解加工装置がプラテンを有し、ウェハ表面全面を同時に加工するからである。通常ウェハは、その上側に配置されるウェハヘッドに保持され、また、プラテンはウェハの下側に配置され、ウェハは下向きに保持された状態で研磨される。
よって、洗浄する際もそのまま下向きで洗浄すればよいかもしれないが、この状態で現実的にウェハ表面に洗浄液を作用させることはできない。
また、特許文献１に示すような一部の電解加工装置では、電極部分をウェハ上にて掃引しながら加工していくが、ウェハが電解浴に浸漬されて加工されることから、洗浄工程や乾燥工程をこの中に組み込むことは難しい。
電解加工装置と洗浄装置および乾燥装置を結合させるためには、これら装置においてウェハのクランプ方法をできる限り同一に維持するように工夫を施し、また、ウェハをウェハチャックに搬送する際に搬送機構がそれぞれの電解加工ユニット、洗浄ユニットなどと物理的に干渉しない構成が必要となる。
しかし、従来このような、すべての機能を満たしつつ、すべてのモジュールを一つのモジュール構成とすることは不可能であり、電解液の供給や電解加工の制御並びにウェハ洗浄のすべてを行うモジュールを一つにまとめることは、物理的に困難であった。
また、電解加工において、研磨スラリーなどがユニット内に滞留する際は、研磨スラリーが乾燥することによって、外ユニットの壁面に固着し、これが粉塵となってモジュール内に巻き上がる。そのため、洗浄装置としてクリーンな環境を確保することが難しいという欠点を有する。
以上のことから、電解加工装置とウェハを半導体工場に戻すべく、十分正常な状態に洗浄・乾燥する洗浄装置およびその後の乾燥装置とを、同一モジュールで行うことは、クリーンな環境を確保する観点からも従来技術では不可能であった。
また、ウェハの電解加工、洗浄及び乾燥の各工程のモジュールを１つに集約し、何れかの工程でトラブルが生じても、他のモジュールを流れるウェハの搬送を停滞させず、且つ、その軽微なトラブルが、他のウェハが停滞することによってウェハの表面が改質され、結果的に全てを台無しにするトラブルに進展する問題が生じる。
本発明は、かかる問題を防止し、仮にトラブルがあった場合においても、装置内でシーケンシャルに行われるプロセスがすべて一時停止することで、稼働率を急速に低下させるようにするのではなく、それぞれのモジュールが独立して処理を行うことで、一つのトラブルがあっても、残りのモジュールが稼動することで、全体として稼働率を大きく落とすことなく安定した稼働率を確保し、且つ、複数の工程に対応した複数のモジュールを結ぶためのウェハ搬送手段が必要になり、その搬送手段によって、装置全体の大きさが大きくなることを回避することを目的とする。
また、本発明は、通常の方法で、電解加工と洗浄乾燥工程を組み合わせることによって容易に想像される問題として、電解加工を行う工程の雰囲気が、後の洗浄工程の雰囲気に悪影響を及ぼすような問題、即ち、パーティクルの飛散を防止し、且つ、電解液により溶出したCu材料が、再付着することによって生じるコンタミの悪影響を排除し、電解加工を行った電解液が、次の電解加工工程、洗浄工程の際に持ち込まれる量を無くすことを目的とする。
更に、本発明は、一枚のウェハが複数のモジュールを経て、複数工程を処理される場合に、一つのメンテナンス作業が、装置内を流れる全てのウェハを一旦停止させることに伴う装置稼働率の低下をなくすために、解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、導電性の膜を表面に有するウェハの電解加工と洗浄を行う電解加工洗浄装置において、ウェハ外周端部をチャックして、ウェハ表面を陽極として通電しながら回転するウェハ支持回転通電機構と、前記ウェハより小さい電極を陰極として、回転するウェハ上で中央から外周へスキャンし、電解液を供給しながら電解溶出加工を行う電解加工手段と、前記同ウェハ位置にて、ブラシないしは超音波ないしはリンス洗浄する、回転するウェハ上をスキャンする可動アームを有する洗浄手段と、前記ウェハを高速回転させて乾燥する乾燥機構とを有し、同一ウェハ位置でウェハの電解溶出加工、洗浄、乾燥の一連工程を実施する電解加工洗浄装置を提供する。
この構成によれば、回転するウェハ上で中央から外周へスキャンして電解液を供給しながら電解溶出加工を行う電解加工手段と、ブラシないしは超音波ないしはリンス洗浄する、回転するウェハ上をスキャンする可動アームを有する洗浄手段と、ウェハを高速回転させて乾燥する乾燥機構（乾燥部）とを同一の加工処理室に設けて１つのモジュールに統括したので、ウェハの電解加工、洗浄及び乾燥を１箇所で連続的に行える。又、１つのモジュールにトラブルが生じても、他のモジュールに何らの影響も与えないので、他のモジュールにおけるウェハ処理加工を停止する必要もない。
請求項２記載の発明は、上記電解加工手段の近傍には、電解加工後のウェハ外周部を面取り加工する加工部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電解加工洗浄装置を提供する。
この構成によれば、上記ウェハ表面の導電性膜をウェハの中心から外周部に向けて除去した場合、該ウェの外周部には前記導電性膜がリング状に残るが、該リング状の導電性膜は、電解加工部近傍の加工部においてエッチング又は機械加工により面取りされる。従って、電解加工後のウェハは電解加工部から移動させることなく面取り加工を実施できる。
請求項３記載の発明は、導電性の膜を表面に有するウェハの電解加工と洗浄を行う電解加工洗浄方法において、ウェハ外周端部をチャックして、ウェハ表面を陽極として通電しながら回転するウェハ支持回転通電機構と、前記ウェハより小さい電極を陰極として、回転するウェハ上で中央から外周へスキャンし、電解液を供給しながら電解溶出加工を行う電解加工手段と、前記同ウェハ位置にて、ブラシないしは超音波ないしはリンス洗浄する、回転するウェハ上をスキャンする可動アームを有する洗浄手段と、前記ウェハを高速回転させて乾燥する乾燥機構とを有し、同一ウェハ位置でウェハの電解溶出加工工程、洗浄工程、乾燥工程の一連工程を実施する電解加工洗浄方法を提供する。
この方法によれば、上記ウェハの電解溶出加工、洗浄及び乾燥の一連の工程が同一の位置で実施されるので、該工程ごとにウェハを移動させる必要がない。
請求項４記載の発明は、上記電解溶出加工工程の後及び洗浄工程の後に、純水でウェハ表面ならびに電極部をリンスすることを特徴とする請求項３記載の電解加工洗浄方法を提供する。
この方法によれば、上記ウェハ表面ならびに電極部は、電解溶出加工後及び洗浄後に純水によりリンスされるので、ウェハの電解溶出加工後及び洗浄において該ウェハ表面に付着した電解液及び薬液（洗浄液）が除去される。
請求項１記載の発明は、導電性の膜を表面に有するウェハの電解加工と洗浄を行う電解加工洗浄装置において、ウェハの電解溶出加工、洗浄及び乾燥を同一ウェハ位置１箇所で行うことができるので、広いスペースを要せず、従来のように複数のモジュール間でウェハを搬送させる必要がなく、ウェハ搬送系の機構の省略を図ることができる。
又、１つの工程でトラブルが発生しても、他の工程の搬送系の運転を停止してライン上のウェハを停滞させる必要もないので、該停滞に起因するウェハの酸化劣化やコロージョンを起すことがなく、且つ、複雑なプログラムの作成も不要になる。同様に、ウェハの電解溶出加工、洗浄、及び、乾燥を1つのユニットでできるため、別の部分でトラブルが起きても、搬送の停滞を生起することはないという特有の有用性を伴うという効果がある。
さらに、電解加工部、洗浄部及び乾燥部は、互いに独立して操作・運転・メンテナンスを行えるため、何れか１つの工程にて操作・運転・メンテナンスを行う場合に、他の工程の運転等を停止させる必要がなく稼動率を向上させることができる。
請求項２記載の発明は、電解加工後にウェハ外周部に残った導電性膜を面取りする加工は、電解加工部近傍に設けた加工部により、電解加工終了後に連続して行えるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記面取り加工に伴う生産性向上が期待できる。
請求項３記載の発明は、導電性の膜を表面に有するウェハの電解加工と洗浄を行う電解加工洗浄装置において、ウェハの電解溶出加工工程、洗浄工程及び乾燥工程を同一ウェハ位置１箇所で行うことができるので、広いスペースを要せず、従来のように複数のモジュール間でウェハを搬送させる必要がなく、ウェハ搬送系の機構の省略を図ることができる。
そして、１つの工程でトラブルが発生しても、他の工程の搬送系の運転を停止してライン上のウェハを停滞させる必要もないので、該停滞に起因するウェハの酸化劣化やコロージョンを起すことがなく、且つ、複雑なプログラムの作成も不要になる。同様に、ウェハの電解溶出加工工程、洗浄工程、及び、乾燥工程を1つの機構においてできるため、別の箇所でトラブルが起きても、搬送の停滞を生起することはないという特有の有用性を伴うという効用を期待することができるという効果がある。
請求項４記載の発明は、上記電解溶出加工工程の後及び洗浄工程の後に純水でウェハ表面ならびに電極部をリンスすることを特徴とする請求項３記載の電解加工洗浄乾燥方法であるので、上記ウェハ表面ならびに電極部は、電解加工後及び洗浄後に純水によりリンスされる。
ウェハの電解溶出加工後及び洗浄において該ウェハ表面に付着した電解液及び薬液（洗浄液）が除去されるからウェハ表面が清潔に保持され、表面の化学的劣化やコロージョンも回避することができる。
本発明は、ウェハの電解加工工程、洗浄工程及び乾燥工程を１つのモジュールに集約し、何れかの工程でトラブルが生じても、他のモジュールを流れるウェハを停滞させず、且つ、複雑なプログラムの作成を不要にするという目的を、導電性の膜を表面に有するウェハの電解加工と洗浄を行う電解加工洗浄装置において、ウェハ外周端部をチャックして、ウェハ表面を陽極として通電しながら回転するウェハ支持回転通電機構と、前記ウェハより小さい電極を陰極として、回転するウェハ上で中央から外周へスキャンし、電解液を供給しながら電解溶出加工を行う電解加工手段と、前記同ウェハ位置にて、ブラシないしは超音波ないしはリンス洗浄する、回転するウェハ上をスキャンする可動アームを有する洗浄手段と、前記ウェハを高速回転させて乾燥する乾燥機構とを有し、同一ウェハ位置でウェハの電解溶出加工、洗浄、乾燥の一連工程を実施することで、該電解加工部、洗浄部及び乾燥部を同一の処理室に設けて１つのモジュールで前記ウェハの電解溶出加工、洗浄及び乾燥を行なうことによって達成した。
以下、本発明の好適な実施例を図１乃至図７に従って説明する。本実施例は、導電性膜を形成して成るウェハの電解加工、洗浄及び乾燥を行う電解加工ユニット装置に適用したものである。図１は本に係る電解加工ユニット装置の構成例を示す平面図、図２は図１の電解加工ユニット装置の電解加工部を示す断面図、図３は前記電解加工装置による加工状態を説明する要部斜視図、図４は前記電解加工ユニット装置による加工処理工程例を示すフローチャート、図５〜図７はそれぞれ本発明の電解加工ユニット装置の配置例を示す平面図である。
図１に示すように、電解加工ユニット装置１は、ウェハＷの電解加工を行う電解加工部２と、加工後のウェハＷを洗浄する洗浄部３と、該加工後又は洗浄後のウェハＷを乾燥させる乾燥部４とを備えている。これら電解加工部２、洗浄部３及び乾燥部４は同一の加工処理室（クリーンルーム）５に設けられ、ウェハＷは移送用ロボット６により加工処理室５に移送される。従って、ウェハＷの電解加工、洗浄及び乾燥の一連の工程は、加工処理室５にて全て実施でき、従来方式において３つ以上必要であった加工処理工程のモジュールが１つに統括して一体化されている。
この電解加工ユニット装置１では、電解加工部２、洗浄部３及び乾燥部４にてウェハＷの電解加工、洗浄及び乾燥が所定の順序で行われる。
上記電解加工部２では、アームの先端部にカーボン電極が取り付けられている。このカーボン電極はブラシ状であっても良いし、フェルト状になっていても良い。また、細かいタイル状にて構成されていてもよい。カーボン電極はウェハに直接触れると傷を付けるが、薄い電解液のフィルムを介して半接触状態で加工する。主として電解溶出加工が進行する。また、前記電極はカーボン以外でも、金属材料の線材を使用してもよい。
いずれにしても重要なのは、高分子で作製された研磨パッドのように、電解液を保持する材料であってはいけない。化学機械研磨で使用される研磨パッドは、発泡ポリウレタンなどで構成されるが、これは研磨材を中に含有する。そのため、別の研磨材料を別の電解液で加工するとき、研磨パッド内部に含まれた前の電解液が染み出し、新しい別の電解液と反応するケースもある。
よって、使用した電解液が保持されない有機物ではない、無機物の材料であることが必要になる。このようにすることで、例えば砥粒を含んだ電解液を使用する場合においても、事前に電極部をリンスすることで、容易に電解液を洗い落とすことは可能となり、次の洗浄プロセスに洗浄雰囲気として悪影響を与えることはない。
また、電解加工終了後は、ウェハＷ表面に向けた純水ノズル(図示しない)からウェハＷ表面に純水を供給してウェハＷ全面をくまなくリンスする。これにより、ウェハＷ表面から電解液は完全に純水に置換される。また、ウェハＷ周囲のカップ(図示しない)の内側にも、洗浄するための純水を供給するシャワーノズルが存在し、ウェハＷから飛散してカップの内側に飛散した電解液をきれいに洗い流すように構成されている。
また、電解加工を行っていた前期アームの先端にある電極は、ウェハＷの加工位置から外れる。ウェハ加工位置から外れた待機位置には、純水で満たされたポットがあり、そこに電極材料を浸漬して電極に付着した電解液を洗浄する。ポットには純水が絶えず供給され、オーバーフローした状態としている。また、超音波がカーボンブラシのような電極材料であっても、ブラシ間に毛細管現象によりしみこんだ電解液もきれいに洗い流される。
以上の構成から、たとえ電解加工を行っても、その電解加工液を後の洗浄工程に引きずることが無いように、ウェハＷ表面および電極部材などをリンスする機構が備わっており、電解加工の環境状況をそのまま次の洗浄工程に引きずることなく、クリーンな環境で洗浄を行うことを可能としている。
上記電解加工部２は、ウェハＷ表面の導電性膜を除去する１次加工及び２次加工が実施される。又、電解加工部２にはベベリング加工部７が設けられ、該ベベリング加工部７により、前記除去加工後にウェハＷの外周部に残存したエッジ部の面取り加工が行われる。更に、電解加工部２には、２次加工終了後にウェハＷに酸化防止液を塗布するための塗布機構（図示せず）が設けられている。
電解加工部２の具体的な構成例を図２及び図３に示す。８はウェハＷが載置固定される回転駆動可能なウェハ保持台であり、ウェハ保持台８の上面部にはウェハＷを載置固定するため固定手段９、図示例ではバキュームチャック部が設けられている。
さらに、ウェハ保持台８の上方には加工ヘッド１０が配置され、該加工ヘッド１０の先端部には、図３に示すように、加工電極１１がウェハＷ上面と微小ギャップを有して対面するように設けられている。又、この加工ヘッド１０は、ウェハ保持台８の一側近傍に配設されたアーム又はスライダ等の可動部材１２、図示例ではダブルアーム型可動部材１２の先端部に取り付けられ、該可動部材１２の基端部は、高さ調整可能な鉛直軸１３の上部に水平旋回可能に連結されている。従って、加工ヘッド１０をウェハＷの中心から外周部に向けて水平旋回させることにより、加工電極５はウェハＷの半径方向外方へ移動する。
ウェハＷの外周部には、ウェハ保持台８と一体回転する６個のウェハチャック２１〜２６が着脱可能に取り付けられ、これらウェハチャック２１〜２６はウェハＷの外周方向にて等間隔を有して配置されている。又、ウェハチャック２１〜２６は、ウェハ保持台８上のウェハＷ外周部に対して進退動作可能かつ上下位置調整可能に設けられている。更に、各ウェハチャック２１〜２６の内側にはそれぞれ、ウェハＷに電気を供給するための給電電極Ａ〜Ｆが設けられ、各給電電極Ａ〜Ｆの周囲は液体などが浸入しないようにシール材にて封止保護されている。また、それぞれの給電電極Ａ〜Ｆ間には相互の電気抵抗を測定するためのテスタ（図示せず）が組み込まれている。または、一つのテスタに対して順次電極を切り替えて給電電極Ａ〜Ｆ間の抵抗をチェックできる機構としている。
前記給電電極Ａ〜Ｆと加工電極１１との間には直流の低電圧電源１５により電圧が印加され、また、ウェハＷ上面には供給ノズル１６により電解液（スラリー）１７が供給される。この電解液１７としては、リン酸、硝酸ナトリウム、塩化アンモニウム、硫酸や塩酸や、あるいはそれらの混合液が好適に使用される。
電極部は、カーボンなどで形成されている。ウェハＷに電極を近づけたとき、電解液１７による水膜によるハイドロプレーン状態になると、電極間ギャップを非常に小さくすることが可能となり、ウェハＷ上の凸部分が電解集中することになり、凸部だけを選択的に加工除去することが可能になる。
電極部の形状は、対向するウェハ表面に対して、フラットな形状をしていることが望ましい。しかし、電極形状がある程度大きくなると、平面と平面の関係になり、どこか電極の一部でウェハＷ表面と接触することがある。仮に接触すると、ショートすることになるほか、ウェハに硬質のカーボンが触れると傷がつくため、微小ギャップを形成しながらも、面内で接触する部分がない程度に、電極面積を小さくすると良い。効果的な電極面積としては、φ20mm程度が望ましい。
また、純粋に電解溶出加工に頼る場合、特にCuやTaなどでは、表面に不働体皮膜を形成されることがある。このような場合は、電流量が急激に減少し、あるところで加工が進行しないことがある。こうした場合には、電極構造としては、カーボンブラシの電極などが好適である。ブラシ形状にすることで、先端はウェハＷ表面に接触状態になるが、ウェハＷが回転しながら、電解液が供給される状態では、先端部分が完全に接触せず微小なギャップが形成される。
例えば、カーボンブラシを0.15mm程度の細い線を多数束ねたブラシを使用すると、一つ一つのブラシの先端がウェハＷ表面に及ぼす圧力は、個々のブラシが撓むことによって、極微量ではあるが、常時一定の圧力がかかる。この圧力でさらに微小なギャップがウェハＷとカーボンブラシ電極間で形成され、そのギャップによって、ウェハＷ上の凸部分が選択的に電解加工される。
電解加工時には、回転するウェハＷと加工電極１１の間に電解液１７を供給しつつ、電圧を印加して電解研磨することにより、ウェハＷ上面の導電性膜が均一に除去加工される。この場合、加工電極１１はウェハＷの中心から外周部に向けて徐々にスキャン移動させる。
ウェハＷ中心で加工を完了させ、加工が完了した領域を外周部まで広げていく要領で、ウェハＷ全面を一様に加工することが可能になる。加工電極１１を取り付けている可動部材（アーム）１２をスキャンする際は、ウェハＷの加工の状況に応じてスキャン速度を変化させればよい。
ウェハＷ表面の加工状況のモニタは、電解加工のスキャンアームに、ウェハＷ表面の色変化を識別できるセンサを取り付けて使用することで達成することができる。表面の膜の色変化は、CuウェハＷの場合は、Cu膜からTa膜へ膜種が切り替わる際に明瞭に、膜の色の変化が観察できる。
なお、表面の色変化を識別できるセンサとして、分光計などを使用すればよい。光をプリズムやグレーティングで分光し、その分光された光を、浜松ホトニクス製LinearImageSensorS3901/S3904シリーズなどを使用して各波長での強度分布を求めることで、膜の色変化を精度よく検出することが可能となる。
電解加工終了後は、電解加工後の電解液１７をウェハＷ表面から除去するため、リンス工程が設けられている。このリンス工程では、ウェハＷ表面をリンスするほか、ウェハチャック２１〜２６やその下の加工洗浄カップ内すべてに純水を吹き付けて、洗い流す工程を含んでいる。
又、上記洗浄部３では、電解加工後のウェハＷをペンブラシにより洗浄する。ペンブラシは、ポリビニルアルコール(PVA)で作られたスポンジなどが好適に使用される。まず、ウェハＷを回転させ、ウェハＷ表面中央部付近に洗浄薬液もしくは水を供給する。その後、ペンブラシをウェハＷ上でスキャンすることで、ウェハＷ表面をきれいに洗浄することが可能になる（１次洗浄）。
次に、ウェハＷ表面を洗浄しても、一部のパーティクルが残っている場合がある。そのようなときには、次に純水でリンスすると良い。特に、該ウェハＷを超音波により洗浄すると、該ウェハＷ表面のパーティクルを完全除去することが可能となる（２次洗浄）。
又、ペンブラシ及び超音波発生部は、鉛直軸１８を中心として水平旋回可能な洗浄部用可動アーム１９の先端部２０に取り付けられ、この洗浄部用可動アーム１９はウェハ保持台８の他方側近傍に配設されている。従って、前記可動アーム１９の先端部２０に設けたペンブラシ及び超音波発生部は、洗浄部用可動アーム１９を水平旋回させることにより、ウェハＷの半径方向に移動する。
また、材料によってはペンブラシによる物理洗浄においても汚れが取れない場合がある。このような場合に備えて、薬液ノズル(図示しない)が、ウェハＷに向けて配置されている。特に、電解液の添加剤成分や、溶出した金属材料成分などは、時としてウェハＷのコンタミ成分として、悪影響を及ぼす場合がある。
かかる場合は、ウェハＷのコンタミ成分を除去するために、フッ酸や塩酸などの酸の薬液を使用する場合、または、アンモニアなどのアルカリ性の薬液が使用される場合がある。こうした薬液をペンブラシ工程と併用してコンタミを除去するとともに、ウェハＷ表面のパーティクルを除去してよい。
さらに、前記使用した薬液も、すべてウェハＷのまわりのカップに当たって、ドレインされるような構成としている。また、飛散した薬液もカップ内の純水シャワーにより随時洗い流されるようにしているため、再度の電解加工時においても、洗浄時に使用した薬液が悪い影響を及ぼすことは無い。
また、続いて、使用した薬液をリンスする工程では、超音波をかけた純水洗浄としてもよい。超音波をかけることで、より効果的にウェハＷ表面の薬液をリンスすることができ、また、カップの内側に付着した薬液もきれいに洗い流すことができる。
次の最後の乾燥工程においても、ウェハＷ表面を純水でリンスした後、そのままスピン乾燥可能としている。ウェハチャック２１〜２６の最高回転数は2000rpmまで回転可能としている。
通常、電解研磨で使用される研磨ヘッドや研磨定盤などは、その大きさがあまりに大きく、また重量もあるため、高速で回転すると装置全体の振動を起こす。しかし、本発明による軽量化したウェハチャック２１〜２６においては、電解加工した後に洗浄し、その後、同じウェハチャック２１〜２６を使用して2000rpmまで高速スピンして乾燥させることが可能である。
また、Low-k材料を使用したプロセスでは、ウェハＷ表面が撥水性を有するため、ウォーターマークが発生することがある。この場合、普通のスピン乾燥は適さない。ウォーターマークの発生メカニズムとしては、ウェハＷ表面が撥水性で、水が一つになって除去されず、途中で小さな水に分断されることが一つの原因とされている。この水玉が、酸素を取り込み、その酸素を取り込んだ水がLow-k材料と反応して、組成が違うシリコン酸化物を形成すると言われている。
このような問題に対処するため、電解加工・洗浄乾燥モジュール全体がコンパクトかつ密封された容器に形成されており、また10気圧まで耐えうる圧力容器として設計されている。特に最終の乾燥工程においては、窒素雰囲気で8気圧程度まで増圧してスピン乾燥するとよいとされる。
窒素雰囲気により、純水に含まれる酸素によって、Low-k材料表面に不要なウォーターマークであるシリコン酸化物を形成しなくてすむ。また、増圧することにより水の接触角が増大し、見かけ上撥水性でない環境にすることができる。このような環境を形成することにより、スピン乾燥を行っても、ウォーターマークの形成を防止することが可能となる。
また、スピン乾燥によりウォーターマークを形成しない別の方法として、あらかじめスピン乾燥手前のリンス工程で、供給する純水に、IPAなどのアルコールを含有させることなどが考えられる。IPAを含有した水は、ウェハＷ表面上で濡れ性が向上し、接触角が非常に大きくなる。その結果、通常のスピン乾燥によっても、ウェハＷ表面にウォーターマークを発生させることなく乾燥表面を得ることができる。
次に、ウェハ乾燥部４では洗浄後のウェハＷをスピン乾燥する。この場合、電解加工時に装着したウェハチャック２１〜２６をウェハＷから取り外ししても、取り外さなくてもよい。この後、該ウェハＷをスピンすることにより、ウェハＷ表面に付着した電解液や水を振り切るように分離除去することができる。
また、純水の代わりに、アルコールを混合した水溶液を使用することにより、表面張力が低下し、スピン乾燥しやすくなる。特に、表面が撥水性のLow-k材料に対しては、こうしたプロセスは好適に使用される。
次に、本実施例によるウェハＷ加工処理の一例について図４を参照しながら説明する。まず、ロボット６によりウェハＷを加工処理室５に移送し、ウェハＷをウェハ保持台上に載せる。その後、ウェハＷをウェハチャック２１〜２６によって、チャックする。このチャックは、ウェハチャックと同時にウェハＷ表面に電気を供給する給電部と接触させる意味も含む。また、ウェハＷがウェハ保持台の中央部に保持されるようにセンタリングする機能も果たす。ウェハチャックにより、チャックされたウェハに対して、ウェハ保持台の真空チャックによって真空を引くことで、ウェハＷは強固にウェハ保持台８に吸引されて保持される。
次に、ウェハＷ表面に電解液を流しながら、スキャンアームの先端に取り付けられた加工電極１１をウェハＷ表面に作用させて、電解加工を行う。電解加工部２にてウェハＷ表面の導電性膜（Ｃu膜またはＴa膜）を電解研磨により除去加工する。即ち、回転するウェハＷと加工電極１１の間に電解液１７を供給しつつ電圧を印加し、加工電極１１をウェハＷの中心から外周部に向けてスキャン移動させることにより、ウェハＷ上面の導電性膜をウェハＷ中心から外周に亘って順次均一に除去加工する（ステップＳ１）。
而して、ウェハＷの中心から外周部まで導電性膜を均一に除去加工した後、防食溶液（ＢＴＡ）をウェハＷの中心から外周部まで塗布する。更に、電解加工で最終的にウェハＷの外周部に残存したリング状のＣｕ膜は、べべリング加工部９においてエッチング又は機械加工により除去する（ステップＳ２）。
次に、電界加工後のウェハＷは、ウェハＷは移動させずそのままの状態で、電解加工用のスキャンアームとは異なるもう一つのアームの洗浄部３にて洗浄される。具体的には、ペンブラシをウェハＷ表面に接触させて、洗浄液もしくは純水を流しながら洗浄したのちに、超音波を印加した純水でリンスすることにより洗浄する（ステップＳ３、４）。
然る後、洗浄後のウェハＷは乾燥部４にてスピン乾燥される。即ち、該ウェハＷをウェハ保持台８上にてスピンすることにより、ウェハＷ表面に付着した電解液１７や水は、遠心力によって振り切るように分離除去される（ステップＳ５）。
このように本実施例は、電解加工部２、洗浄部３及び乾燥部４を加工処理室５に設けて１つにモジュール化したので、装置全体のコンパクト化及び設置スペースの縮小化が図れるのみならず、ウェハＷの電解加工、洗浄及び乾燥の各加工処理を１箇所にて連続的に順次実施することができる。
また、ウェハＷの電解加工、洗浄、乾燥を一貫して行うモジュールは、クリーン度を保つために、上からヘパフィルタを介したダウンフローの気流が供給される。これにより、モジュール内で特にウェハＷ周りは、常時一様な清浄な気流の中に配置されるため、最終のウェハＷ乾燥まで行った後、パーティクルのない清浄な表面をもったウェハＷとして、搬送ロボットに渡すことができる。
また、特に電解加工や洗浄乾燥時のウォーターマークの問題を対処するためには、モジュール内の特にウェハＷ近傍付近にN2ブローを行っても良い。ウェハＷ上部に液体窒素から導入されたN2ノズルを配置し、冷却したN2をウェハＷの付近に供給することで、ウェハＷ周りを酸素のある雰囲気から部分的に隔離・遮断した状態を形成できる。
さらに、雰囲気内に酸素がないことで、電解加工中にCu表面が酸化することを防ぐとともに、ウェハ乾燥工程では、純水中に溶け込んだ酸素がLowk材料表面と作用して、ウォーターマークを形成することを防ぐことが可能になる。
したがって、１つのモジュールを構成する電解加工部２、洗浄部３又は乾燥部４の何れかにおいてトラブルが生じても、その影響が他のモジュールの加工処理工程に何らの影響も与えないので、他のモジュールの加工処理工程のライン運転を停止させる必要がなく、従来のように、ウェハＷの停滞による酸化劣化やコロージョンを招くこともなく、更に、複雑なプログラムを作成する必要もない。
図５又は図６は本発明に係る電解加工ユニット装置１の他の配置例であって、加工処理室５に電解加工部２、洗浄部３及び乾燥部４を円弧状又は直線状に配置したものである。該電解加工部２、洗浄部３及び乾燥部４へのウェハＷの移送は、任意方向に動作（直線動作及び旋回動作を含む）可能なダブルアーム型ロボット２７により行われる。尚、電解加工部２、洗浄部３及び乾燥部４は、図７に示すように、相互独立に動作可能に配置した２台のロボット２７,２７を挟む両側に夫々設けることも可能である。
このように構成しても、ウェハＷの電解加工部、洗浄及び乾燥を全て１つのモジュールで実施できるので、当該モジュールでトラブルが発生しても、他のモジュールのウェハＷの加工処理を停止させる必要がない。又、従来型のＣＭＰ装置で必要であった研磨パッド用の回転機構を省略して、機械的な加工部を低減できるので、その分だけ装置機構の簡素化及び軽量化が図れる。
更に、電解加工、洗浄及び乾燥を行う専用のモジュールを複数備えた従来方式とは異なり、本発明は、複数のモジュール間にウェハＷを搬送するための機構を設ける必要がないので、機構及び加工プログラムの更なる簡素化を図ることができる。
上記実施例では、電解加工ユニット装置を構成する電解加工部、洗浄部及び乾燥部の数を夫々１つとしたが、該電解加工部、洗浄部及び乾燥部の数は必要に応じて複数設けることもできる。
以上説明したように、本発明は、電解加工部、洗浄部及び乾燥部を構成する一つのモジュールが一つの搬送系で結ばれている。このため、電解加工部、洗浄部及び乾燥部にウェハＷを搬送するための手段は一台設置すれば良く、この場合、電解加工部、洗浄部及び乾燥部においてウェハＷを連続的に搬送できる。従って、ウェハ搬送系のコストダウンが可能になると共に、ウェハ搬送手段の稼働率が向上する。
さらに、電解加工部、洗浄部及び乾燥部は、互いに独立して操作・運転・メンテナンスを行える。その結果、電解加工部、洗浄部及び乾燥部の何れか１つの工程にて操作・運転・メンテナンスを行う場合に、他の工程の運転等を停止させる必要がない。従って、電解加工部、洗浄部又は乾燥部の稼動率を向上する。
更に又、電解加工ヘッドを保持する保持アームに対峙する位置に、ウェハ用洗浄ユニットを支持して成る洗浄アームが配設されることにより、ウェハＷの洗浄は電解加工とは離れた場所で行われる。従って、電解加工を行った電解液が洗浄部に持ち込まれることが防止される。
また、ウェハ用洗浄ユニットは、洗浄ブラシや超音波水供給手段、窒素ブロー手段を備えるので、ウェハＷ表面に付着した電解液はブラシ洗浄および超音波洗浄により除去されると共に、洗浄時にウェハＷ周囲が酸素雰囲気になることが遮断される。従って、ウェハＷに対する洗浄効果が向上し、酸素雰囲気によりウェハＷが悪影響を受けることがない。
さらに、電極部は無機質の材料から形成されていることにより、電極加工で使用した古い電解液が電極部に残存しない。よって、新しい電解液で電解加工するとき、新しい電解液が古い電解液と反応することを防止できる。
更に又、ウェハＷの電解加工、エッジ加工、洗浄及び乾燥の一連の工程が同一の位置で実施される。したがって、該工程ごとにウェハＷを移動させる必要がなく、前記一連の工程を連続的に実行することができる。
本実施例では、ウェハＷ表面ならびに電極部は、電解加工後及び洗浄後に純水によりリンスされる。したがって、ウェハＷの電解加工後及び洗浄において該ウェハＷ表面に付着した電解液及び薬液がきれいに除去される。斯くして、電解液及び薬液によるウェハＷの加工品質の低下を効果的に防止することができる。
本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
本発明の一実施例を示し、電解加工ユニット装置の構成例を示す平面図。 図１の電解加工ユニット装置の電解加工部を示す断面図。 一実施例に係る電解加工装置による加工状態を説明する要部斜視図。 一実施例に係る電解加工ユニット装置による加工処理工程例を示すフローチャート。 本発明の電解加工ユニット装置の配置例を示す平面図。 本発明の電解加工ユニット装置の他の配置例を示す平面図。 本発明の電解加工ユニット装置の更に他の配置例を示す平面図。
符号の説明
１ 電解加工ユニット装置
２ 電解加工部
３ 洗浄部
４ 乾燥部
５ 加工処理室
６ ロボット
７ ベベリング加工部
８ ウェハ保持台
９ 固定手段（バキュームチャック部）
１０ 加工ヘッド
１１ 加工電極
１２ 可動部材
１９ 洗浄部用可動アーム
２１〜２６ ウェハチャック
２７ ロボット
Ｗ ウェハ

Claims (4)

  1. 導電性の膜を表面に有するウェハの電解加工と洗浄を行う電解加工洗浄装置において、
    ウェハ外周端部をチャックして、ウェハ表面を陽極として通電しながら回転するウェハ支持回転通電機構と、
    前記ウェハより小さい電極を陰極として、回転するウェハ上で中央から外周へスキャンし、電解液を供給しながら電解溶出加工を行う電解加工手段と、
    前記同ウェハ位置にて、ブラシないしは超音波ないしはリンス洗浄する、回転するウェハ上をスキャンする可動アームを有する洗浄手段と、
    前記ウェハを高速回転させて乾燥する乾燥機構とを有し、
    同一ウェハ位置でウェハの電解溶出加工、洗浄、乾燥の一連工程を実施する電解加工洗浄装置。
  2. 上記電解加工手段の近傍には、電解加工後のウェハ外周部を面取り加工する加工部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電解加工洗浄装置。
  3. 導電性の膜を表面に有するウェハの電解加工と洗浄を行う電解加工洗浄方法において、
    ウェハ外周端部をチャックして、ウェハ表面を陽極として通電しながら回転するウェハ支持回転通電機構と、
    前記ウェハより小さい電極を陰極として、回転するウェハ上で中央から外周へスキャンし、電解液を供給しながら電解溶出加工を行う電解加工手段と、
    前記同ウェハ位置にて、ブラシないしは超音波ないしはリンス洗浄する、回転するウェハ上をスキャンする可動アームを有する洗浄手段と、
    前記ウェハを高速回転させて乾燥する乾燥機構とを有し、
    同一ウェハ位置でウェハの電解溶出加工工程、洗浄工程、乾燥工程の一連工程を実施する電解加工洗浄方法。
  4. 上記電解溶出加工工程の後及び洗浄工程の後に、純水でウェハ表面ならびに電極部をリンスすることを特徴とする請求項３記載の電解加工洗浄方法。
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