KR20010098930A - 회전유지장치 및 반도체기판처리장치 - Google Patents

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마에다 시게루
가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 반도체웨이퍼 등의 원판형상부재(피회전체)를 유지하여 회전시키기 위한 회전유지장치 및 반도체기판 위에 형성된 회로패턴홈 및/또는 구멍을 금속도금막으로 충전하고, 이 충전부분을 남기고 상기 금속도금막을 제거함으로써 회로배선을 형성하는 반도체기판처리장치에 관한 것으로서, 회전축선을 중심으로 회전하는 회전부재와, 상기 회전부재의 상기 회전축선을 중심으로 한 동일 원주방향을 따라 배치되어 상기 회전부재의 회전에 따라 공전하는 유지부재를 구비하는 것이다.

Description

회전유지장치 및 반도체기판처리장치{ROTATION MAINTAINING APPARATUS AND SEMICONDUCTOR SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 반도체웨이퍼 등의 원판형상부재(피회전체)를 유지하여 회전시키기 위한 회전유지장치 및 반도체기판 위에 형성된 회로패턴홈 및/또는 구멍을 금속도금막으로 충전하고, 이 충전부분을 남기고 상기 금속도금막을 제거함으로써 회로 배선을 형성하는 반도체기판처리장치에 관한 것이다.
예를 들면 반도체웨이퍼는 그 표면에 대한 구리도금처리나 CMP(화학적 기계적 연마)처리 후에 세정처리가 행하여진다. 이 세정장치는 통상 반도체웨이퍼를 회전유지장치에 의해 수평으로 유지하면서 회전시켜 그 상면의 중심 가까이에 세정액을 공급하고, 이 세정액을 원심력에 의해 반도체웨이퍼의 상면의 위를 반경방향으로 확산시킴으로써 행한다.
회전유지장치에 있어서의 반도체웨이퍼를 유지하는 수단으로서는, 반도체웨이퍼의 둘레 가장자리에 복수의 유지부재를 걸어맞추어 행하는 것이 일반적이다.
그러나 이와 같은 회전유지장치에 있어서는 반도체웨이퍼를 유지회전하는 동안 유지부재는 반도체웨이퍼의 둘레 가장자리의 일정 부분에만 걸어맞춰지기 때문에 그 걸어맞춤부분에는 상기 세정액이 충분히 골고루 미치지 않아 적정한 세정처리를 할 수 없을 우려가 있었다.
이에 대하여 예를 들면 3개의 유지부재로 이루어지는 유지부재의 세트를 2세트준비하여 회전유지장치의 회전에 따라 각각 다른 세트의 유지부재에 의해 유지하 도록 하고, 즉 반도체웨이퍼를 유지하는 유지부재의 교체를 행함으로써 상기한 바와 같은 문제를 해소하는 시도가 이루어지고 있다. 그러나 그와 같은 방법에서는반도체웨이퍼를 유지하는 유지부재의 수가 적기 때문에 유지력이 약해져 반도체웨이퍼의 슬립을 일으켜 유지부재가 마모되어 파티클이 생겨 반도체웨이퍼의 오염으로 이어질 우려가 있었다.
반도체기판 위에 배선회로를 형성하기 위한 재료로서는 알루미늄 또는 알루미늄합금이 일반적으로 사용되고 있으나, 반도체디바이스의 집적도의 향상에 따라 더욱 도전율이 높은 재료를 배선재료에 채용할 것이 요구되고 있다. 이 때문에 회로패턴홈 및/또는 구멍이 형성된 반도체기판면에 도금처리를 실시하여 상기 회로패턴홈 및/또는 구멍에 Cu(구리)또는 그 합금을 충전하고, 이 충전한 부분을 제외하고 상기 Cu 또는 그 합금을 제거하여 회로배선을 형성하는 방법이 제안되어 있다.
상기 회로배선을 형성하는 방법을 도 1a 내지 도 1c에 따라 설명한다. 반도체기판(W)에는 도 1a에 나타내는 바와 같이 반도체소자가 형성된 반도체기체(101) 위에 도전층(101a)이 형성되고, 이 도전층(101a)의 위에 SiO2로 이루어지는 절연막(102)이 퇴적되고, 리소그래피·에칭기술에 의해 컨택트홀(103)과 배선용 홈(104)이 형성되고, 그 위에 TiN 등으로 이루어지는 배리어층(105), 다시 그 위에 전해도금의 급전층으로서 시드층(107)이 형성되어 있다.
그리고 도 1b에 나타내는 바와 같이 반도체기판(W)의 표면에 Cu 도금을 실시함으로써 반도체기체(101)의 컨택트홀(103) 및 홈(104)내에 Cu를 충전시킴과 동시에 절연막(102) 위에 Cu 도금막(106)을 퇴적시킨다. 그 후 화학적 기계적 연마 (CMP)에 의하여 절연막(102) 위의 Cu 도금막(106) 및 배리어층(105)을 제거하고 컨택트홀(103) 및 배선용 홈(104)에 충전시킨 Cu 도금막(106)의 표면과 절연막(102)의 표면을 대략 동일평면으로 한다. 이에 의하여 도 1c에 나타내는 바와 같이 Cu 도금막(106)으로 이루어지는 배선이 형성된다.
여기서 배리어층(105)은 절연막(102)의 대략 전면을 덮도록 형성되고, 시드층(107)은 배리어층(105)의 대략 전면을 덮도록 형성되기 때문에 도 2에 나타내는 바와 같이 반도체기판(W)의 베벨(바깥 둘레부)에 시드층(107)인 구리막이 존재하거나 또 도시 생략하였으나 반도체기판(W)의 베벨의 안쪽의 에지(바깥 둘레부)에 구리가 성막되어 연마되지 않고 남는 경우가 있다.
구리는 예를 들면 어닐링 등의 반도체제조공정에 있어서 절연막(102)중으로 용이하게 확산하여 그 절연성을 열화시키거나 다음에 성막하는 막과의 접착성이 손상되어 그곳으로부터 박리되는 원인으로도 될 수 있으므로 적어도 성막전에 기판으로부터 완전히 제거하는 것이 요구되고 있다. 또한 회로를 형성한 부분 이외의 기판의 바깥 둘레부에 성막 또는 부착한 구리는 불필요할 뿐만 아니라, 그 후의 반도체기판(W)의 반송, 보관·처리의 공정에 있어서 크로스콘터미네이션의 원인으로도 될 수 있으므로 구리의 성막공정이나 CMP 공정 직후에 완전하게 제거할 필요가 있다. 여기서 바깥 둘레부란, 반도체기판(W)의 에지 및 베벨을 합친 영역, 또는 에지 및 베벨 중 어느 한 부분을 말한다. 또 에지란, 기판의 바깥 둘레끝으로부터 5 mm 정도의 반도체기판(W)의 표리면의 부분을 말하며, 베벨이란, 반도체기판(W)의 측면부 및 바깥 둘레끝으로부터 0.5 mm 이내의 단면이 곡선을 가지는 부분을 말한다.
최근 구리배선용 Cu 도금을 행하는 도금장치 및 화학적 기계적 연마를 행하는 폴리싱장치에 있어서, 각각 기판을 건조상태로 넣어 건조상태로 꺼내는 소위 드라이인·드라이아웃의 구성이 채용되고 있다. 장치의 구성으로서는 각각의 가공공정, 예를 들면 도금이나 연마를 행한 후에 세정유닛 및 스핀건조유닛에 의해 파티클을 제거하고, 건조한 상태로 반도체기판을 각각의 장치로부터 인출하도록 하고 있다. 이와 같이 도금장치 및 폴리싱장치에는 공통된 공정이 많고 원래 연속된 공정이기 때문에 장치의 초기비용, 운전비용이 높아져 양 장치를 설치하기 위한 설치 스페이스를 넓게 필요로 하고, 긴 처리시간을 필요로 한다는 문제가 있었다.
현재 반도체디바이스의 견인역은 워크스테이션이나 퍼스널컴퓨터 등으로부터 디지털정보 가전기기(게임기, 휴대전화기, 디지털스틸카메라, DVD, 카네비게이션기기, 디지털비디오카메라 등)로 변화되어 가고 있다. 따라서 LSI 제조에 있어서도 퍼스널컴퓨터 등에서 사용되고 있는 범용 LSI로부터 디지털정보 가전기기가 요구되는 시스템 LSI로의 변화에 대응하여 갈 필요가 있다.
이들 시스템 LSI는 범용 LSI에 비하여 다품종, 소량생산, 생산대수의 변동이 크고, 제품수명이 짧다는 특징이 있다. 또 디지털정보 가전기기의 기기비용을 억제하기 위해서는 LSI의 제조비용의 삭감은 필수적이다. 반도체제조공장에 있어서도 대규모 라인의 발상으로부터 소규모 라인를 다종류 가지는 것 및 생산량보다 생산공기를 최소로 하는 것이 요구된다. 이에 대응하여 이후의 반도체디바이스의 제조에는 기기제조회사의 요구에 재빠르게 대응하여 되도록 빨리 생산라인에 탑재하는 것이 요구되고, 또 수요의 변화도 심하기 때문에 유연하게 기능변경을 할 수 있고, 또는 장치를 갱신할 수 있는 것이 요구된다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 예를 들면 반도체웨이퍼 등의 피회전체를 세정처리할 때에 이 세정처리에 사용되는 세정액 등을 피회전체의 둘레 가장자리의 모든 부분에 골고루 미치게 할 수 있고, 또한 피회전체를 확실하게 유지하여 파티클의 발생을 방지할 수 있도록 한 회전유지장치를 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또 본 발명은 장치의 초기비용, 운전비용을 낮게 할 수 있어 넓은 설치공간을 필요로 하지 않고, 짧은 처리시간으로 구리 또는 구리합금에 의한 회로배선을 형성할 수 있고, 또한 크로스콘터미네이션의 원인이 되는 에지·베벨부에 구리막이 남는 일이 없는 반도체기판처리장치를 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.
또한 본 발명은 디지털정보 가전기기에 사용되는 시스템 LS1과 같이 다품종, 소량생산, 생산대수의 변동이 크고, 제품수명이 짧은 것을 제조하는 소규모이고 또한 유연하게 기능의 변경 또는 장치의 갱신이 될 수 있는 제조라인에 적합한 반도체기판처리장치를 제공하는 것도 목적으로 한다.
상기 제 1 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 1 형태는 회전축선을 중심으로 회전하는 회전부재와, 상기 회전부재의 상기 회전축선을 중심으로 한 동일원주방향을 따라 배치되고 이 회전부재의 회전에 따라 공전하는 유지부재를 가지고, 상기 유지부재는 이 유지부재의 축심을 중심으로 회동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 회전유지장치에 의해 반도체웨이퍼 등의 피회전체를 유지회전하면서 세정 등의 소요의 처리를 행하는 경우는, 그 처리가 한창중에 유지부재를 적절히 회동시켜 각도위치를 변경함으로써 이 유지부재가 걸어맞춰지는 피회전체의 둘레 가장자리의 개소를 바꿀 수 있다.
바람직하게는 상기 유지부재의 자유단부에는 피회전체의 둘레 가장자리부와 걸어맞춰지는 원호형상의 오목부가 설치되고, 또 상기 유지부재는 이 유지부재의 축심을 중심으로 회동하는 각도가 규제되어 있다.
유지부재의 중심은 예를 들면 유지부재에 이 유지부재의 축심으로부터 떨어진 위치에 중심(重心)을 가지는 웨이트를 설치함으로써 유지부재의 축심과 편심된 위치에 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써 회전부재의 회전속도에 따라 유지부재가 그 축심을 중심으로 회동하도록 할 수 있다.
또 유지부재는 피회전체의 둘레 가장자리에 걸어 맞추는 걸어맞춤유지위치와, 상기 회전부재의 반경방향을 따른 바깥쪽의 상기 회전체의 둘레 가장자리로부터 떨어지는 이탈위치와의 사이를 이동 가능하게 구성되어 있을 것이 바람직하다. 피회전체를 회전유지장치에 장착하거나 떼어내는 경우에는 피회전체를 상기 이탈위치로 이동시켜 행한다.
또한 걸어맞춤유지위치에 있는 유지부재를 피회전체의 둘레 가장자리에 탄성적으로 걸어맞추게 하는 탄성체를 가지는 것이 바람직하다. 이 탄성체는 예를 들면 스프링으로 구성된다.
상기 제 2 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 2 형태는 표면에 회로가 형성된 반도체기판을 건조상태로 반출입하는 반출입부와, 반입된 반도체기판 위에 금속도금막을 형성하는 금속도금막 성막유닛과, 상기 반도체기판 위의 금속도금막의 적어도 일부를 연마하는 연마유닛과, 회전축선을 중심으로 회전하는 회전부재와, 상기 회전부재의 상기 회전축선을 중심으로 한 동일 원주방향을 따라 배치되어 이 회전부재의 회전에 따라 공전하는 유지부재를 가지고, 상기 유지부재는 이 유지부재의 축심을 중심으로 회동하도록 구성된 회전유지장치로 유지한 반도체기판을 세정하는 세정유닛과, 상기 반도체기판을 상기 유닛사이에서 반송하는 반송기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.
반도체기판처리장치를 상기와 같이 구성함으로써 표면에 배선패턴용 홈 및/ 또는 구멍이 형성되고, 그 위에 배리어층, 급전시드층이 형성된 반도체기판에 금속도금막을 실시하고, 이 금속도금막을 연마제거하고 세정건조하여 회로배선을 형성하는 처리를 하나의 장치에서 연속하여 할 수 있기 때문에 각각의 처리공정을 각각의 장치로 행하는 경우와 비교하여 전체가 콤팩트하게 되고, 넓은 설치공간을 필요로 하지 않고, 장치의 초기비용, 운전비용를 낮게 할 수 있고, 또한 짧은 처리시간으로 회로배선을 형성할 수 있다.
본 발명은 표면에 회로가 형성된 반도체기판을 건조상태로 반출입하는 반출입부와, 반입된 반도체기판 위에 금속도금막을 형성하는 금속도금막 성막유닛과, 상기 반도체기판을 어닐링하기 위한 어닐링유닛과, 상기 반도체기판 위의 금속도금막의 적어도 일부를 연마하는 연마유닛과, 회전축선을 중심으로 회전하는 회전부재와, 상기 회전부재의 상기 회전축선을 중심으로 한 동일 원주방향을 따라 배치되어상기 회전부재의 회전에 따라 공전하는 유지부재를 가지고, 상기 유지부재는 이 유지부재의 축심을 중심으로 회동하도록 구성된 회전유지장치로 유지한 반도체기판을 세정하는 세정유닛과, 상기 반도체기판을 상기 유닛 사이에서 반송하는 반송기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 어닐링유닛을 구비하기 때문에 금속도금막의 접착력이 안정되어 연마시에 박리된다고 하는 염려가 없어지고 또한 전기특성이 좋아진다.
본 발명은 상기 반도체기판 위에 보강시드막층을 형성하기 위한 보강시드층성막유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 반도체기판 위에 시드막층을 형성하기 위한 시드막층 성막유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 반도체기판 위에 배리어막층를 형성하기 위한 배리어막층 성막유닛를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 반도체기판 위에 덮개도금막층을 형성하기 위한 덮개도금유닛를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 덮개도금유닛을 구비함으로써 금속도금막의 상면에 그 산화나 변질을 방지하기 위한 덮개도금을 실시할 수 있고, 금속도금막의 상면에 그 산화나 변질을 방지할 수 있다.
본 발명은 상기 반도체기판의 둘레 가장자리부에 형성된 금속도금막층, 시드막층 및 배리어막층의 적어도 한 층을 에칭제거하는 베벨에칭유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 금속도금막을 형성한 후에 에지부 및 베벨부분의 금속도금막을 제거하고, 또한 반도체기판 위의 금속도금막을 연마하는 공정을 하나의 장치에서 연속하여 행할 수 있다.
본 발명은 상기 반도체기판 위에 형성된 막의 막두께를 측정하는 막두께 측정기 및 막의 표면상태를 검출하는 검출센서 중 어느 하나 또는 양쪽을 가지는 막두께 측정유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 막두께를 측정함으로써 소망의 도금막 두께를 얻기 위한 도금시간, 연마시간이나 어닐링시간을 조정할 수 있다. 또 판 표면상태 검출용 센서를 설치함으로써 기판처리공정을 정지·중단시키는 일 없이 기판의 금속막두께 등의 기판 표면상태를 검출할 수 있고, 높은 스루풋을 실현하면서 기판 표면상태도 검출할 수 있다.
본 발명은 상기 각 유닛의 교체가 자유로운 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 각 유닛의 교체를 자유롭게 함으로써 반도체기판처리장치 전체의 기능갱신을 단시간에 저비용으로 실현할 수 있다.
본 발명은 상기 금속도금막 성막유닛은 상기 반도체기판을 기판유지부로 유지한 상태로 도금처리와 세정처리를 행하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 반도체기판을 기판유지부로 유지한 상태로 도금처리와 세정처리를 행함으로써 반도체기판을 이동시키는 일 없이, 도금처리와 세정처리를 행할 수 있어 다음공정에 오염물질을 가지고 들어 가지 않도록 할 수 있다.
본 발명은 표면에 회로가 형성된 반도체기판을 건조상태로 반출입하는 반출입부와, 반입된 반도체기판 위에 금속도금막을 형성하는 금속도금막 성막유닛과, 상기 반도체기판을 어닐링하기 위한 어닐링유닛과, 회전축선을 중심으로 회전하는 회전부재와, 상기 회전부재의 상기 회전축선을 중심으로 한 동일 원주방향을 따라 배치되어 상기 회전부재의 회전에 따라 공전하는 유지부재를 가지고, 상기 유지부재는 이 유지부재의 축심을 중심으로 회동하도록 구성된 회전유지장치로 유지한 반도체기판의 둘레 가장자리부에 형성된 금속도금막층, 시드막층 및 배리어막층의 적어도 한 층을 에칭제거하는 베벨에칭유닛과, 상기 반도체기판을 상기 각 유닛사이에서 반송하는 반송기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 실내를 로드 언로드영역과 처리유닛영역으로 구분하고, 상기 로드 언로드영역내에 카세트를 수납한 로드 언로드부와 상기 처리유닛영역내에 배치한 임시 탑재부와의 사이에서 기판의 반송을 행하는 제 1 로봇을, 상기 처리유닛영역내에 상기 임시 탑재부와 상기 처리유닛영역내에 배치한 각종 처리유닛과의 사이에서 기판의 반송을 행하는 제 2 로봇을 배치한 것을 특징으로 한다.
도 1a 내지 도 1 c는 반도체기판 위에 회로배선을 형성하는 모식도,
도 2는 반도체기판의 베벨에칭처리를 하지 않고 CMP를 행하여 베벨부에 시드층이나 배리어층이 남은 상태를 나타내는 도,
도 3은 본 발명에 관한 회전유지장치의 개요를 나타내는 측면도,
도 4는 도 3의 평면도,
도 5는 상기 회전유지장치에 있어서의 원판형상부재를 지지하기 위한 유지부재의 상세를 나타내는 부분측면도,
도 6은 도 5의 VI-VI선을 따라 본 도,
도 7은 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 평면구성예를 나타내는 도,
도 8은 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 연마테이블 및 톱링부분의 개략 구성예를 나타내는 도,
도 9는 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 세정유닛의 개략 구성예를 나타내는 도,
도 10은 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 연마테이블세정기의 개략 구성예를 나타내는 도,
도 11a 내지 도 11c는 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 로봇을 나타내는 도면으로서, 도 11a는 외관을 나타내는 도, 도 11b는 로봇핸드의 평면도, 도 11c는 로봇핸드의 단면도,
도 12는 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 Cu 도금막 성막유닛의 평면구성을 나타내는 도,
도 13은 도 12의 A-A 단면도,
도 14는 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 Cu 도금막 성막유닛의 기판유지부 및 캐소드부의 단면구성을 나타내는 도,
도 15는 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 Cu 도금막 성막유닛의 전극 아암부의 단면구성을 나타내는 도,
도 16은 도 15에 나타내는 전극아암의 전극부의 하우징을 제외한 상태의 평면도,
도 17은 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 애노드와 도금액함침재를 나타내는 개략도,
도 18은 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 애노드와 도금액함침재를 나타내는 개략도,
도 19는 도 17 및 도 18에 나타내는 장치의 전기적 등가회로도,
도 20은 도 15에 나타내는 Cu 도금막 성막유닛을 사용하여 도금을 행하였을 때에 도금액이 기판의 피도금면의 전면으로 퍼져 가는 상태를 모식적으로 나타내는 평면도,
도 21a 및 도 21b는 각각 다른 도 20의 변형예를 나타내는 도금액이 기판의 피도금면의 전면으로 퍼져 가는 형상을 모식적으로 나타내는 도,
도 22는 본 발명에 관한 전해도금장치의 개략 구성도,
도 23은 본 발명에 관한 전해도금장치의 개략 구성도,
도 24는 본 발명에 관한 전해도금장치의 개략 구성도,
도 25는 본 발명의 일 실시형태를 적용한 전해도금장치의 개략 구성도,
도 26은 전해도금장치의 도금액함침재의 바깥 둘레부 근방부분을 나타내는 요부 개략도,
도 27a 및 도 27b는 본 발명의 다른 실시형태를 나타내는 도,
도 28은 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 평면구성예를 나타내는 도,
도 29는 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 평면구성예를 나타내는 도,
도 30은 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 평면구성예를 나타내는 도,
도 31은 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 평면구성예를 나타내는 도,
도 32는 도 31에 나타내는 반도체기판처리장치내에서의 각 공정의 흐름을 나타내는 도,
도 33은 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 얼라이너겸 막두께 측정기의 개략 평면구성예를 나타내는 도,
도 34는 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 얼라이너겸 막두께 측정기의 측면구성예를 나타내는 도,
도 35는 도 33 및 도 34에 나타내는 얼라이너겸 막두께 측정기에 있어서의반도체기판의 움직임을 나타내는 도,
도 36은 본 발명의 일 실시형태를 사용하여 구성되는 무전해도금장치의 개략구성도,
도 37은 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 베벨·이면세정유닛의 개략 구성예를 나타내는 도,
도 38a 내지 도 38d는 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 각 탑재유닛을 얹어 놓는 대판(臺板) 구성예를 나타내는 도,
도 39a 및 도 39b는 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 각 탑재유닛의 개략 정면구성예를 나타내는 도,
도 40a 및 도 40b는 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 각 탑재유닛의 개략 정면구성예를 나타내는 도,
도 41은 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 평면구성예를 나타내는 도,
도 42는 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 평면구성예를 나타내는 도,
도 43은 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 평면구성예를 나타내는 도,
도 44a 내지 도 44c는 도금공정의 일례를 나타내는 모식도,
도 45는 본 발명의 다른 실시형태를 사용하여 구성되는 무전해도금장치의 개 략 구성도,
도 46a 및 도 46b는 본원 발명과 종래예의 각 방법에 의해 무전해도금한 반도체기판의 막두께 측정결과를 나타내는 도,
도 47은 본 발명을 적용하는 도금장치의 일례를 나타내는 평면도,
도 48은 본 발명을 적용하는 CMP장치의 일례를 나타내는 평면도,
도 49는 본 발명을 적용하는 도금 및 CMP장치의 일례를 나타내는 도,
도 50은 반송로봇을 나타내는 사시도,
도 51a 및 도 51b는 반송로봇에 설치되는 로봇핸드를 나타내는 도면으로서, 도 51a는 평면도, 도 51b는 측단면도,
도 52a 및 도 53b는 본 발명을 적용한 반송로봇를 나타내는 도면으로서, 도 52a는 개략 평면도, 도 52b는 개략 측면도,
도 53a 및 도 53b는 본 발명을 적용한 예를 나타내는 도면으로서, 도 53a는 개략 평면도, 도 53b는 개략 측면도,
도 54는 본 발명을 적용한 반전기 부근의 개략 정면도,
도 55는 반전 아암부분의 평면도,
도 56은 본 발명을 적용한 도금모듈의 요부 단면도,
도 57은 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 평면구성예를 나타내는 도,
도 58은 도 57에 나타내는 도금장치내의 기류의 흐름을 나타내는 설명도,
도 59는 도금처리유닛의 요부를 나타내는 요부 확대단면도,
도 60은 도 59의 일부를 확대하여 나타내는 확대도,
도 61은 도금장치의 도금처리유닛의 개략을 나타내는 단면도,
도 62는 도금장치의 도금처리유닛의 개략을 나타내는 단면도,
도 63은 도금장치의 도금처리유닛의 개략을 나타내는 단면도,
도 64는 도금장치의 도금처리유닛의 개략을 나타내는 단면도,
도 65는 도금장치의 도금처리유닛의 개략을 나타내는 단면도,
도 66은 도금장치의 도금처리유닛의 도금처리시에 있어서의 전체를 나타내는 단면도,
도 67은 도 66에 나타내는 도금처리유닛을 복수개 구비한 도금장치에 있어서의 도금액의 흐름의 상태를 나타내는 도금액 플로우도,
도 68은 비도금시(기판수수시)에 있어서의 전체를 나타내는 단면도,
도 69는 메인티넌스시에 있어서의 전체를 나타내는 단면도,
도 70은 기판의 수수시에 있어서의 하우징, 가압링 및 기판의 관계 설명을 위한 단면도,
도 71은 도 66의 일부 확대도,
도 72a 내지 도 72d는 도금처리시 및 비도금시에 있어서의 도금액의 흐름의 설명을 위한 도,
도 73은 중심내기기구의 확대 단면도,
도 74는 급전접점(프로브)을 나타내는 단면도,
도 75는 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 평면구성예를 나타내는 도,
도 76은 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 평면구성예를 나타내는 도,
도 77은 어닐링유닛을 나타내는 종단 정면도,
도 78은 어닐링유닛을 나타내는 수평단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 따라 설명한다. 도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시형태의 회전유지장치를 나타내는 것으로, 이 회전유지장치(40)는 반도체웨이퍼 등의 기판(피회전체)(W)을 유지하기 위한 것으로, 수평으로 설정되어 회전구동축(42)에 의해 회전되는 원판형상의 회전부재(44)와, 기판(W)을 회전부재 (44) 위에 유지하기 위한 복수의 유지부재(46)를 가지고 있다. 이 유지부재(46)는 회전구동축(42)을 중심으로 하는 원을 따라 소정간격(도시한 예에서는 60°)을 두고 회전부재(44)의 바깥 둘레 가장자리부분에 설치되어 기판(W)의 둘레 가장자리 (W')에 걸어 맞춰짐으로써 상기 기판(W)을 수평으로 유지한다. 도 3에 있어서 참조번호 47은 회전구동축(42)과 모터(M)를 구동연결하기 위한 벨트구동장치이고, H는 상기 회전유지장치(40)를 수납하는 하우징이고, 노즐(N)에 의해 기판(W) 상에 공급되는 세정액 등이 주위로 비산하는 것을 방지하고 모아 배출관(D)으로부터 배출하도록 되어 있다.
도 5에는 유지부재(46)의 상세가 나타나 있다. 즉 유지부재(46)는 원주형상의 부재로 되어 있고, 그 상부 선단 가까이에 고리형상홈과 같이 형성된 걸어맞춤둘레면(48)을 가지고 있고, 이 걸어맞춤둘레면(48)이 기판(W)의 둘레 가장자리(W')와 마찰걸어맞추도록 되어 있다. 유지부재(46)는 또 회전부재(44)의 바깥 둘레부분에 반경방향으로 연장되도록 형성된 슬롯(50)을 수직으로 관통하도록 되어 있고, 그 하단은 회전부재(44)의 밑에 상기 회전부재(44)와 함께 회전되도록 설정된 유지판(52)에 의해 상기 유지부재(46)의 축심을 중심으로 회동 가능하게 유지되어 있다. 즉 유지판(52)은 수직방향 위쪽으로 연장되는 작은 지름축(54)을 가지고 있고, 한편 유지부재(46)에는 그 하단으로부터 위쪽을 향하여 연장되는 구멍(56)이 형성되어 있고, 이 구멍(56)이 작은 지름축(54)에 끼워 맞춰져 상기 유지부재(46)가 작은 지름축(54)을 중심으로 회동가능하게 되어 있다.
또 유지부재(46)의 하단에는 웨이트(58)가 고정되어 수평방향으로 연장되어 있고, 회전부재(44)가 회전되어 유지부재(46)가 상기 회전부재(44)의 회전축선[즉, 회전구동축(42)]을 중심으로 회전(공전)되면 상기 웨이트(58)에 원심력이 작용하고, 그것에 의하여 상기 유지부재(46)가 그 축심의 둘레에서 회동(자전)하도록 이루어져 있다. 도 6에 실선으로 나타내는 웨이트(58)의 위치는 홈포지션이고, 도시생략한 탄성수단에 의해 상기 위치에 가압되어 있고, 소정의 원심력이 가해지면 웨이트(58)는 일점쇄선으로 나타내는 위치를 향하여 화살표(A)의 방향으로 움직여 이에 따라 기판(W)이 화살표(B) 방향으로 회동된다.
유지판(52)은 도시 생략한 링크기구 등에 의해 상기 슬롯(50)에 따라 회전부재(44)의 반경방향(C)을 향하여 수평으로 이동 가능하게 되도록 지지되어 있고, 상기 유지부재(52)가 기판(W)의 둘레 가장자리(W')에 걸어 맞추는 걸어맞춤유지위치(도 5의 위치)와, 이 걸어맞춤유지위치보다도 반경방향 바깥쪽에 위치하고, 기판(W)의 둘레 가장자리(W')로부터 떨어지는 이탈위치와의 사이를 이동 가능하게 하고 있다. 또 유지판(52)은 스프링(60)으로 회전부재(44)의 반경방향 안쪽을 향하여 가세되어 있고, 걸어맞춤유지위치에 있는 유지부재(46)의 걸어맞춤둘레면(48)이 스프링(60)을 거쳐 탄성적으로 기판(W)의 둘레 가장자리(W')에 걸어맞춰지도록 되어 있다.
이 회전유지장치(40)에 의해 기판(W)을 유지회전시키기 위해서는 먼저, 유지부재(46)를 용수철(60)의 가세력에 저항하여 회전부재(44)의 반경방향 바깥쪽의 이탈위치까지 이동시킨다. 이 상태로 기판(W)을 회전부재(44)의 위쪽위치에 수평으로 설정하고, 상기 유지부재(46)를 걸어맞춤위치까지 되돌려 그 걸어맞춤둘레면 (48)을 기판(W)의 둘레 가장자리(W')에 걸어맞추어 상기 기판(W)을 탄성적으로 유지한다.
회전부재(44)가 회전구동되어 유지부재(46)가 공전운동을 행하면 웨이트 (58)에는 원심력이 작용한다. 회전부재(44)의 회전속도가 저속인 경우에는 웨이트 (58)에 작용하는 원심력은 작고, 유지부재(46)를 상기 홈포지션에 가압하고 있는 스프링압에 의해 웨이트(58)는 요동되지 않은 상태로 유지되나, 회전부재(44)의 회전속도가 소정 이상이 되면 웨이트(58)에 작용하는 원심력이 상기 스프링압에 저항하여 웨이트(58)가 요동하고, 이에 의해 유지부재(46)는 그 축심을 중심으로 하여 회동(자전)한다. 상기한 바와 같이 유지부재(46)는 기판(W)의 둘레 가장자리 (W')와 마찰걸어맞춰져 있기 때문에 유지부재(46)가 회동함으로써 기판(W)이 도 6의 화살표(B) 방향으로 회동되고, 따라서 기판(W)의 둘레 가장자리(W')의 유지부재 (46)와의 걸어맞춤위치는 변한다.
도시한 실시형태에 있어서는 유지부재(46)에 이 유지부재(46)의 축심과 편심된 위치에 중심을 가지는 웨이트(58)를 설치하고, 이에 의하여 회전부재(44)의 회전에 따라 상기 유지부재(46)가 그 축심을 중심으로 회동(자전)하도록 한 예를 나타내고 있으나, 유지부재(46)의 회전(자전)은 반드시 이것에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 유지부재(46)에 무엇인가의 링크기구를 접속하여 두고 이 링크기구를 작동시킴으로써 유지부재(46)를 회동(자전)시키도록 하여도 좋다.
본 발명에 관한 회전유지장치는 상기와 같은 구성 및 작용을 가지는 것으로, 예를 들면 반도체웨이퍼 등의 기판(피회전체)을 세정처리할 때에 이 회전유지장치에 의해 피회전체를 유지회전하도록 하면 상기 세정처리 중에 피회전체의 유지부재와의 걸어맞춤위치를 변화시킬 수 있기 때문에 상기 세정처리에 사용되는 세정액등을 피회전체의 둘레 가장자리의 모든 부분에 골고루 미치게 할 수 있고, 따라서 적정한 처리가 가능하게 된다.
이 유지장치는 모든 세정장치에 적용할 수 있으나, 특히 반도체웨이퍼의 베벨에치(에지 및 베벨부의 에칭)를 행하는 베벨에치장치에 적합하다. 즉 반도체웨이퍼의 베벨에치장치에 적용하면 반도체웨이퍼를 확실하게 유지함과 동시에 반도체웨이퍼의 에지[둘레 가장자리(W')]와 유지부재와의 걸어맞춤위치를 변경함으로써 반도체웨이퍼의 에지나 베벨부를 남기는 일 없이 에칭할 수 있다.
또 상기 회전유지장치로 설정된 모든 유지부재에 의해 반도체웨이퍼 등의 피회전체를 유지하도록 하였기 때문에 상기 피회전체를 확실하게 유지할 수 있고, 따라서 상기한 파티클의 발생도 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 1 형태에 관한 반도체기판처리장치의 평면구성을 나타내는 도면이다. 본 발명의 반도체기판처리장치는 로드 언로드부(1), Cu 도금막 성막유닛(2), 제 1 로봇(3), 제 3 세정유닛(4), 반전기(5), 반전기(6), 제 2 세정유닛(7), 제 2 로봇(8), 제 1 세정유닛(9), 제 1 폴리싱장치(10) 및 제 2 폴리싱장치 (11)를 배치한 구성이다. 제 1 로봇(3)의 근방에는 도금 전후의 막두께를 측정하는 도금 전후 막두께측정기(12), 연마 후에 건조상태의 반도체기판(W)의 막두께를 측정하는 건조상태 막두께측정기(13)가 배치되어 있다.
또한 이 도금 전후 막두께측정기(12) 및 건조상태 막두께측정기(13), 특히 건조상태 막두께측정기(13)는 뒤에서 상세하게 설명하는 바와 같이 제 1 로봇(3)의핸드에 설치하여도 좋다. 또 도금 전후 막두께측정기(12)는 도시는 생략하나, Cu도금막 성막유닛(2)의 반도체기판 반출입구에 설치하고, 반입되는 반도체기판(W)의 막두께와 반출되는 반도체기판(W)의 막두께를 측정하도록 하여도 좋다.
제 1 폴리싱장치(연마유닛)(10)는 연마테이블(10-1), 톱링(10-2), 톱링헤드 (10-3), 막두께측정기(10-4), 푸셔(10-5)를 구비하고 있다. 제 2 폴리싱장치(연마유닛)(11)은 연마테이블(11-1), 톱링(11-2), 톱링헤드(11-3), 막두께측정기(11-4), 푸셔(11-5)를 구비하고 있다.
도 1a에 나타내는 바와 같이 컨택트홀(103)과 배선용 홈(104)이 형성되고, 그 위에 시드층(107)이 형성된 반도체기판(W)을 수용한 카세트(1-1)를 로드 언로드부(1)의 로드포트에 얹어 놓는다. 제 1 로봇(3)은 반도체기판(W)을 카세트(1-1)로부터 인출하여 Cu 도금막 성막유닛(2)에 반입하여 Cu 도금막(106)을 형성한다. 그 때 도금 전후 막두께측정기(12)로 시드층(107)의 막두께를 측정한다. Cu 도금막(106)의 성막은 먼저 반도체기판(W)의 표면의 친수(親水)처리를 행하고, 그 후 Cu 도금을 행하여 형성한다. Cu 도금막(106)의 형성 후, Cu 도금막 성막유닛(2)으로 린스 또는 세정을 행한다. 시간에 여유가 있으면 건조하여도 좋다. 또한 Cu 도금막 성막유닛(2)의 구성예와 그 동작은 뒤에서 상세하게 설명한다.
제 1 로봇(3)으로 Cu 도금막 성막유닛(2)으로부터 반도체기판(W)을 인출하였을 때, 도금 전후 막두께측정기(12)로 Cu 도금막(106)의 막두께를 측정한다. 측정방법은 상기 시드층(107)의 측정과 동일하나, 그 측정결과는 기록장치(도시 생략)에 반도체기판의 기록데이터로서 기록되고, 또한 Cu 도금막 성막유닛(2)의 이상의판정에도 사용된다. 막두께측정 후, 제 1 로봇(3)이 반전기(5)에 반도체기판(W)을 건네주고, 상기 반전기(5)로 반전시킨다[Cu 도금막(106)이 형성된 면이 밑이 된다]. 제 1 폴리싱장치(10), 제 2 폴리싱장치(11)에 의한 연마에는 직렬모드와 병렬모드가 있다. 이하, 직렬모드 및 병렬모드의 연마에 대하여 설명한다.
[직렬모드연마]
직렬모드연마는 1차 연마를 폴리싱장치(10)로 행하고, 2차 연마를 폴리싱장치(11)로 행하는 연마이다. 제 2 로봇(8)으로 반전기(5) 위의 반도체기판(W)을 들어 올려 폴리싱장치(10)의 푸셔(10-5) 위에 반도체기판(W)을 싣는다. 톱링(10-2)은 푸셔(10-5) 위의 상기 반도체기판(W)를 흡착하여 도 8에 나타내는 바와 같이 연마테이블(10-1)의 연마면(10-1a)에 반도체기판(W)의 Cu 도금막(106)형성면을 접촉가압하여 1차 연마를 행한다. 이 1차 연마에서는 기본적으로 Cu 도금막(106)이 연마된다. 연마테이블(10-1)의 연마면(10-1a)은 IC 1000과 같은 발포폴리우레탄, 또는 숫돌입자를 고정, 또는 함침시킨 것으로 구성되어 있다. 상기 연마면 (10-1a)과 반도체기판(W)의 상대연동으로 Cu 도금막(106)이 연마된다.
상기 Cu 도금막(106)의 연마를 행하기 위한 숫돌입자, 또는 슬러리노즐(10-6)로부터 분출되는 슬러리에는 실리카, 알루미나, 산화세륨 등이 사용되고, 산화제로서는 과산화수소 등의 주로 산성의 재료로 Cu를 산화시키는 재료를 사용한다. 연마테이블(10-1)내에는 온도를 소정의 값으로 유지하기 위해 소정의 온도로 온도조절된 액체를 통과시키기 위한 온도조절 유체배관(28)이 접속되어 있다. 슬러리의 온도도 소정의 값으로 유지하기 위해 슬러리노즐(10-6)에는 온도조정기(10-7)가설치되어 있다. 또 도시는 생략하나 드레싱시의 물 등은 온도조절되어 있다. 이와 같이 연마테이블(10-1)의 온도，슬러리의 온도, 드레싱시의 물 등의 온도를 소정의 값으로 유지함으로써, 화학반응속도를 일정하게 유지하고 있다. 특히 연마테이블(10-1)에는 열전도성이 좋은 알루미나나 SiC 등의 세라믹이 사용된다.
1차 연마의 종점의 검지에는 연마테이블(10-1)에 설치한 와전류식의 막두께측정기(10-8) 또는 광학식의 막두께측정기(10-9)를 사용하고, cu 도금막(106)의 막두께측정, 또는 배리어층(105)의 표면검지를 행하여 Cu 도금막(106)의 막두께가 0또는 배리어층(105)의 표면을 검지하면 연마의 종점으로 한다.
Cu 도금막(106)의 연마종료후, 톱링(10-2)으로 반도체기판(W)을 푸셔(10-5) 위에 되돌린다. 제 2 로봇(8)은 상기 반도체기판(W)을 들어 올려 제 1 세정유닛 (9)에 넣는다. 이 때 푸셔(110-5) 위에 있는 반도체기판(W)의 표면 및 이면에 약액을 분사하여 파티클을 제거하거나 부착하기 어렵게 하는 경우도 있다.
도 9는 제 1 세정유닛(9)을 나타내는 개략도이고, 제 1 세정유닛(9)에서는 반도체기판(W)의 표면 및 이면을 PVA 스펀지롤(9-2, 9-2)로 스크랩세정한다. 노즐(9-4)로부터 분출하는 세정수로서는 순수가 주이나, 계면활성제나 킬레이트제 또는 양자를 혼합한 후에 pH 조정을 행하여 산화구리의 제타전위에 맞춘 것을 사용하여도 좋다. 또 노즐(9-4)에는 초음파진동소자(9-3)를 설치하여 분출하는 세정수에 초음파진동을 가하여도 좋다. 또한 부호(9-1)는 반도체기판(W)를 수평면내에서 회전시키기 위한 회전용 회전자이다.
제 1 세정유닛(9)에 있어서 세정종료 후, 제 2 로봇(8)으로 반도체기판(W)을들어 올려 제 2 폴리싱장치(11)의 푸셔(11-5) 위에 반도체기판(W)을 얻는다. 톱링 (11-2)으로 푸셔(11-5) 위의 반도체기판(W)을 흡착하고, 이 반도체기판(W)의 배리어층(105)을 형성한 면을 연마테이블(11-1)의 연마면에 접촉가압하여 2차연마를 행한다. 또한 연마테이블(11-1) 및 톱링(11-2) 등의 구성은 도 8에 나타내는 구성과 동일하다. 이 2차연마에서는 배리어층(105)이 연마된다. 단, 상기 1차 연마에서 남은 Cu 막이나 산화막도 연마되는 케이스도 있다.
연마테이블(11-1)의 연마면(11-18)은 IC 1000과 같은 발포폴리우레탄, 또는 숫돌입자를 고정, 또는 함침시킨 것으로 구성되고, 상기 연마면(11-1a)과 반도체기판(W)의 상대운동으로 연마된다. 이 때 숫돌입자 또는 슬러리에는 실리카, 알루미나, 산화세륨 등이 사용된다. 약액은 연마하고 싶은 막종류에 의해 조정된다.
2차연마의 종점의 검지는 주로 도 8에 나타내는 광학식의 막두께측정기(10-9)를 사용하여 배리어층(105)의 막두께를 측정하여 막두께가 0이 된 것 또는 SiO2로 이루어지는 절연막(102)의 표면검지로 행한다. 또 연마테이블(11-1)의 근방에 설치한 막두께측정기(11-4)에 화상처리기능부착의 막두께측정기를 사용하여 산화막의 측정을 행하고, 반도체기판(W)의 가공기록으로서 남기거나, 2차연마가 종료한 반도체기판(W)을 다음 공정으로 이송할 수 있는지의 여부의 판정을 행한다. 또 2차연마종점에 도달하고 있지 않은 경우는 재연마를 행하거나 무엇인가의 이상으로 규정치를 넘어 연마된 경우는 불량품을 늘리지 않도록 다음 연마를 행하지 않도록 반도체기판처리장치를 정지시킨다.
2차 연마종료후, 톱링(11-2)으로 반도체기판(W)을 푸셔(11-5)까지 이동시킨다. 푸셔(11-5) 위의 반도체기판(W)은 제 2 로봇(8)으로 들어 올린다. 이 때 푸셔(11-5) 위에서 약액을 반도체기판(W)의 표면 및 이면에 분사하여 파티클를 제거하거나 부착하기 어렵게 하는 경우가 있다.
제 2 로봇(8)은 반도체기판(W)을 제 2 세정유닛(7)에 반입하여 세정을 행한다. 제 2 세정유닛(7)의 구성도 도 9에 나타내는 제 1 세정유닛(9)과 동일한 구성이다. 반도체기판(W)의 표면은 주로 파티클제거를 위해 순수, 계면활성제, 킬레이트제, 또한 pH 조정제를 가한 세정액을 사용하여 PVA 스펀지롤(9-2)에 의해 스크랩세정된다. 반도체기판(W)의 이면에는 노즐(9-5)로부터 DHF 등의 강한 약액을 분출 하여 확산하고 있는 Cu를 에칭하거나 또는 확산의 문제가 없으면 표면과 동일한 약액을 사용하여 PVA 스펀지롤(9-2)에 의한 스크랩세정을 한다.
상기 세정의 종료후, 반도체기판(W)을 제 2 로봇(8)으로 들어 올려 반전기 (6)로 옮기고, 이 반전기(6)로 반전시킨다. 이 반전시킨 반도체기판(W)을 제 1 로봇(3)으로 들어 올려 제 3 세정유닛(4)에 넣는다. 제 3 세정유닛(4)에서는 반도체기판(W)의 표면에 초음파진동에 의해 여기된 메가소닉수를 분사하여 세정한다. 그때 순수에 계면활성제, 킬레이트제, 또한 pH 조정제를 가한 세정액을 사용하여 공지의 펜실형 스펀지로 반도체기판(W)의 표면을 세정하여도 좋다. 그 후 스핀건조에 의해 반도체기판(W)을 건조시킨다. 이 제 3 세정유닛(4)은 상기 도 3 내지 도 6에 나타내는 회전유지장치를 구비한 것이다.
상기한 바와 같이 연마테이블(11-1)의 근방에 설치한 막두께측정기(11-4)로막두께를 측정한 경우는 그대로 로드 언로드부(1)의 언로드포트에 얹어 놓는 카세트에 수용한다.
다층막측정을 행하는 경우는 건조상태에서의 측정을 행할 필요가 있으므로 한번 막두께측정기(13)에 넣어 각 막두께의 측정을 행한다. 그곳에서 반도체기판 (W)의 가공기록으로서 남기거나, 다음공정으로 가지고 갈 수 있는지의 여부의 판정을 행한다. 또 연마종점에 도달하고 있지 않은 경우는 이 다음에 가공할 반도체기판(W)에 피드백을 행하거나 무엇인가의 이상으로 규정치를 넘어 연마된 경우는 불량품을 늘리지 않게 다음 연마를 행하지 않도록 장치를 정지한다.
[병렬모드연마]
병렬모드연마는 Cu 도금막 성막유닛(2)으로 Cu 도금막(106)을 형성한 반도체기판(W)을 폴리싱장치(10, 11)의 각각에서 병행하여 연마하는 경우이다. 제 2 로봇 (8)으로 상기와 같이 반전기(5)로 반전시킨 반도체기판(W)을 들어 올려 푸셔(10-5 또는 11-5) 위에 상기 반도체기판(W)을 싣는다.
톱링(10-2 또는 11-2)은 반도체기판(W)을 흡착하여 연마테이블(10-1 또는 11-1)의 연마면에 반도체기판(W)의 Cu 도금막(106) 형성면을 접촉가압하여 1차 연마를 행한다. 연마테이블(10-1, 11-1)의 연마면(10-1a, 11-a)은 상기와 같이 IC 1000과 같은 발포폴리우레탄 또는 숫돌입자를 고정 또는 함침시킨 것으로 구성되고, 상기 연마면과 반도체기판(W)의 상대운동으로 연마된다.
숫돌입자 또는 슬러리에는 실리카, 알루미나, 산화세륨 등이 사용되고, 산화제로서는 과산화수소 등의 주로 산성의 재료로 Cu를 산화시키는 재료를 사용한다.연마테이블(10-1 및 11-1)이나 슬러리 또는 드레싱시의 물 등은 상기와 같이 온도조절되어 화학반응속도를 일정하게 유지하고 있다. 특히 연마테이블(10-1 및 11-11)은 열전도성이 좋은 알루미나나 SiC 등의 세라믹이 사용된다.
연마테이블(10-1 또는 11-1)에서의 연마는 복수의 단계를 거쳐 행하여진다. 제 1 단계에서는 Cu 도금막(106)을 연마한다. 이 때의 주목적은 Cu 도금막(106)의 표면의 단차의 제거로서, 단차특성이 우수한 슬러리를 사용한다. 예를 들면 100㎛라인의 당초의 단차 700 nm를 20 nm 이하로 할 수 있는 것을 사용한다. 이 때 제 2 단계로서 반도체기판(W)을 가압하는 가압하중을 상기 제 1 단계의 절반 이하로 하고, 단차특성을 좋게 하는 연마조건을 부가한다. 제 2 단계에 있어서의 종점검지에는 Cu 도금막(106)을 500 nm 남기는 경우는 도 8에 나타내는 와전류식 측정기 (10-8)가 사용되고, 그 이하의 경우나 배리어층(105)의 표면까지 연마하는 경우는 광학식 막두께측정기(10-9)가 사용된다.
Cu 도금막(106) 및 시드층(107)의 Cu 층의 연마가 종료한 후에 배리어층 (105)의 연마를 행하나, 통상 최초로 사용한 슬러리로는 배리어층(105)을 연마할 수 없는 경우, 조성을 변경시킬 필요가 있다. 따라서 제 2 단계가 종료된 시점에서 연마테이블(10-1 또는 11-1)의 연마면 위에 남은 제 1 및 제 2 단계에서 사용한 슬러리를 물폴리시, 워터제트, 순수와 기체를 혼합시킨 아토마이저, 드레서에 의해 제거하고 다음 단계로 옮긴다.
도 10은 상기 연마테이블(10-1)의 연마면(10-1a)을 세정하는 세정기구의 구성을 나타내는 도면이다. 도시하는 바와 같이 연마테이블(10-1)의 위쪽에는 순수와 질소가스를 혼합하여 분사하는 혼합분사노즐(10-11a 내지 10-11d)이 복수개(도면에서는 4개)배치되어 있다. 각 혼합분사노즐(10-11a 내지 10-11d)에는 질소가스공급원(14)으로부터 레귤레이터(16)로 압력조정된 질소가스가 에어오퍼레이터 밸브(18)를 통하여 공급됨과 동시에, 순수공급원(15)으로부터 레귤레이터(17)로 압력을 조정한 순수가 에어오퍼레이터밸브(19)를 통하여 공급된다.
혼합된 기체와 액체는 분사노즐에 의해 각각 액체 및/또는 기체의 압력, 온도, 노즐형상 등의 파라미터를 변경함으로써, 공급하는 액체는 노즐분사에 의해 각각 ① 액체미립자화, ② 액체가 응고한 미립자고체화, ③ 액체가 증발하여 기체화(이들 ①, ②, ③을 여기에서는 안개형상화 또는 아토마이저라 부름)되어 액체유래성분과 기체성분의 혼합체가 연마테이블(10-1)의 연마면을 향하여 소정의 방향성을 가지고 분사된다.
연마면(10-1a)과 드레서(10-10)의 상대운동에 의하여 연마면(10-1a)을 재생(드레싱)할 때 혼합분사노즐(10-11a 내지 11-l1d)로부터 순수와 질소가스의 혼합유체를 연마면(10-1a)에 분사하여 세정한다. 질소가스의 압력과 순수의 압력은 독립적으로 교정할 수 있도록 되어 있다. 본 실시예에서는 순수라인, 질소라인 모두 매뉴얼구동의 레귤레이터를 사용하고 있으나, 외부신호에 의거하여 설정압력을 변경할 수 있는 레귤레이터를 각각 사용하여도 좋다. 상기 세정기구를 사용하여 연마면 (10-1a)을 세정한 결과, 5 내지 20초의 세정을 행함으로써 상기 제 1 연마공정 및 제 2 연마공정에서 연마면 위에 남은 슬러리를 제거할 수 있었다. 또한 도시는 생략하나, 연마테이블(11-1)의 연마면(11-1a)을 세정하기 위하여 도 10에 나타내는 구성과 동일한 세정기구가 설치되어 있다.
제 3 단계의 배리어층(105)의 연마의 슬러리에 사용되는 숫돌입자는 상기 Cu 도금막(106)의 연마의 숫돌입자와 동일한 것을 사용하는 것이 바람직하고, 또 약액의 pH 값도 산성측 또는 알칼리측의 어느 한쪽에 의하고 있고, 연마면 위에서 혼합물을 만들지 않은 것이 조건이다. 여기서는 양쪽 모두 동일한 실리카의 입자를 사용하고 있고, 약액의 pH 값으로서 양쪽 모두 알칼리의 것과 산성의 것의 어느쪽도 좋은 결과가 얻어졌다.
제 3 단계에 있어서의 종점검지에는 도 8에 나타내는 광학식 막두께측정기 (10-9)를 사용하고, 주로 SiO2산화막의 막두께나 배리어층(105)의 나머지를 검지하여 신호를 보낸다. 또 연마테이블(10-1 및 11-1)의 근방에 설치한 화상처리기능 부착의 막두께측정기(10-4 또는 11-4)에 화상처리기능부착의 막두께측정기를 사용하여 산화막의 측정을 행하여 반도체기판(W)의 가공기록으로서 남기거나 다음 공정으로 이송할 수 있는지의 여부의 판정을 행한다. 제 3 단계의 연마에서 종점에 도달하고 있지 않은 경우는 재연마를 행하거나 무엇인가의 이상으로 규정치를 넘어 연마된 경우는 불량품을 증가시키지 않도록 다음 연마를 행하지 않도록 반도체기판처리장치를 정지시킨다.
제 3 단계의 종료 후, 톱링(10-2 또는 11-2)에 의해 반도체기판(W)을 푸셔(10-5 또는 11-5)까지 이동시켜 푸셔(10-5 또는 11-5)상에 싣는다. 푸셔(10-5또는 11-5) 위의 반도체기판(W)은 제 2 로봇(8)으로 들어 올린다. 이 때 푸셔(10-5 또는 11-5) 위에서 약액을 반도체기판(W)의 표면 및 이면으로 분출하여 파티클을 제거하거나 부착하기 어렵게 하는 경우도 있다.
제 2 로봇(8)은 반도체기판(W)을 제 2 세정유닛(7) 또는 제 1 세정유닛(9)에 넣어 세정을 행한다. 반도체기판(W)의 표면은 주로 파티클제거를 위해 순수, 계면활성제, 킬레이트제, 또한 pH 조정제를 가한 세정액을 사용하여 PVA 스펀지롤에 의해 스크랩세정된다. 반도체기판(W)의 이면에는 노즐(3-5)로부터 DHF 등의 강한 약액을 분출하여 확산되어 있는 Cu를 에칭하거나 또는 확산의 문제가 없으면 표면과 동일한 약액을 사용하여 PVA 스펀지롤에 의한 스크랩세정을 한다.
상기 세정의 종료 후, 반도체기판(W)을 제 2 로봇(8)으로 들어 올려 반전기(6)에 옮겨 반전시킨다. 이 반전시킨 반도체기판(W)을 제 1 로봇(3)으로 들어 올려 제 3 세정유닛(4)에 넣는다. 제 3 세정유닛(4)에서는 반도체기판(W)의 표면에 초음파진동에 의해 여기된 메가소닉수를 분사하여 세정한다. 그 때 순수, 계면활성제, 킬레이트제, 또한 pH 조정제를 가한 세정액을 사용하여 공지의 펜실형 스펀지로 표면을 세정하여도 좋다. 세정 후 스핀건조에 의해 건조시키고, 그 후 제 1 로봇(3)으로 반도체기판(W)을 들어 올린다.
상기한 바와 같이 연마테이블(10-1 또는 11-1)의 근방에 설치한 막두께측정기(10-4 또는 11-4)로 막두께를 측정한 경우는 그대로 로드 언로드부(1)의 언로드 포트에 얹어 놓는 카세트(1-1)에 수용한다.
다층막 측정을 행하는 경우는 건조형태에서의 측정을 행할 필요가 있기 때문에 한번 막두께측정기(13)에 넣어 각 막두께의 측정을 행한다. 그곳에서 반도체기판(W)의 가공기록으로서 남기거나, 다음 공정으로 이송할 수 있을지의 여부의 판정을 행한다. 또 종점에 도달하고 있지 않은 경우는 이 다음에 가공할 반도체기판 (W)에 피드백을 행하거나 무엇인가의 이상으로 규정치를 넘어 연마된 경우는 불량을 증가시키지 않도록 다음 연마를 행하지 않도록 장치를 정지한다.
도 11a 내지 도 11c는 제 1 로봇(3)과 이 로봇(3)의 핸드에 설치한 건조상태막두께측정기(13)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 11a는 제 1 로봇의 외관을 나타내는 도이고, 도 11b 및 도 11c는 각각 로봇핸드의 평면도 및 단면도이다. 도시하는 바와 같이 제 1 로봇(3)은 상하에 2개의 핸드(3-1, 3-1)를 가지고, 이 핸드 (3-1, 3-1)는 각각 아암(3-2, 3-2)의 선단에 설치되어 선회이동할 수 있게 되어 있다. 그리고 핸드(3-1, 3-1)로 반도체기판(W)을 들어 올려[반도체기판(W)을 오목부에 떨어뜨려 넣음] 소정의 장소로 이송할 수 있게 되어 있다.
핸드(3-1)의 반도체기판(W)의 떨어트려 넣음면에는 건조상태 막두께측정기 (13)를 구성하는 소용돌이전류센서(13a)가 복수개(도면에서는 4개) 설치되고, 얹어 놓여진 반도체기판(W)의 막두께를 측정할 수 있게 되어 있다.
도 12 내지 도 16은 Cu 도금막 성막유닛(2)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 12는 Cu 도금막 성막유닛의 평면구성을 나타내는 도, 도 13은 도 12의 A-A단면도, 도 14는 기판유지부 및 캐소드부의 확대단면도, 도 15는 전극아암부의 단면도, 도 16은 도 15에 나타내는 전극아암부의 하우징을 제외한 상태의 평면도이다. Cu 도금막 성막유닛(2)에는 도 12에 나타내는 바와 같이 도금처리 및 그 부대처리를 행하는 기판처리부(2-1)가 설치되고, 이 기판처리부(2-1)에 인접하여 도금액을 모으는 도금액트레이(2-2)가 배치되어 있다. 또 회전축(2-3)을 중심으로 요동하는 아암(2-4)의 선단에 유지되어 기판처리부(2-1)와 도금액트레이(2-2)와의 사이를 요동하는 전극부(2-5)를 가지는 전극아암부(2-6)가 구비되어 있다.
또한 기판처리부(2-1)의 옆쪽에 위치하여 프리코팅·회수아암(7)과 순수나 이온수 등의 약액, 또는 기체 등을 반도체기판을 향하여 분사하는 고정노즐(2-8)이 배치되어 있다. 여기서는 3개의 고정노즐(2-8)이 배치되고, 그 중 1개를 순수공급용으로 사용하고 있다. 기판처리부(2-1)는 도 13 및 도 14에 나타내는 바와 같이 도금면을 위로 하여 반도체기판(W)을 유지하는 기판유지부(2-9)와, 이 기판유지부 (2-9)의 위쪽에서 상기 기판유지부(2-9)의 둘레 가장자리부를 둘러싸도록 배치된 캐소드부(2-10)가 구비되어 있다. 또한 기판유지부(2-9)의 주위를 둘러싸고 처리중에 사용하는 각종 약액의 비산을 방지하는 바닥이 있는 대략 원통형상의 컵(2-11)이 에어실린더(2-12)를 거쳐 상하이동 자유롭게 배치되어 있다.
여기서 기판유지부(2-9)는 에어실린더(2-12)에 의해 아래쪽의 기판수수위치 (A)와 위쪽의 도금위치(B)와, 이들의 중간의 전처리·세정위치(C)와의 사이를 승강하도록 되어 있다. 또 기판유지부(2-9)는 회전모터(2-14) 및 벨트(2-15)를 거쳐 임의의 가속도 및 속도로 상기 캐소드부(2-10)와 일체로 회전하도록 구성되어 있다. 이 기판수수위치(A)에 대향하여 Cu 도금막 성막유닛(2)의 프레임측면의 제 1 로봇(3)측에는 기판반출입구(도시 생략)가 설치되고, 기판유지부(2-9)가 도금위치 (B)까지 상승하였을 때에 기판유지부(2-9)로 유지된 반도체기판(W)의 둘레 가장자리부에 하기 캐소드부(2-10)의 시일부재(2-16)와 캐소드전극(2-17)이 접촉하도록되어 있다. 한편 컵(2-11)은 그 상단이 상기 기판반출입구의 아래쪽에 위치하고, 도 14의 가상선으로 나타내는 바와 같이 상승하였을 때에 캐소드부(2-10)의 위쪽에 도달하도록 되어 있다.
기판유지부(2-9)가 도금위치(B)까지 상승하였을 때에 이 기판유지부(2-9)로 유지한 반도체기판(W)의 둘레 가장자리부에 캐소드전극(2-17)이 가압되어 반도체기판(W)에 통전된다. 이와 동시에 시일부재(2-16)의 안 둘레끝부가 반도체기판(W)의 둘레 가장자리 상면에 압접하고 여기를 수밀적으로 시일하여 반도체기판(W)의 상면에 공급되는 도금액이 반도체기판(W)의 끝부로부터 새어나오는 것을 방지함과 동시에 도금액이 캐소드전극(2-17)을 오염하는 것을 방지하고 있다.
전극아암부(2-6)의 전극부(2-5)는 도 15 및 도 16에 나타내는 바와 같이 요동아암(2-4)의 자유단에 하우징(2-18)과, 이 하우징(2-18)의 주위를 둘러싸는 중공의 지지플레임(2-19)과, 하우징(2-18)과 지지플레임(2-19)으로 둘레 가장자리부를 끼워 유지하여 고정한 애노드(2-20)를 가지고 있다. 애노드(2-20)는 하우징(2-18)의 개구부를 덮고 있고, 하우징(2-18)의 내부에는 흡인실(2-21)이 형성되어 있다. 그리고 이 흡인실(2-21)에는 도금액을 도입배출하는 도금액도입관(2-28) 및 도금액배출관(도시 생략)이 접속되어 있다. 또한 애노드(2-20)에는 그 전면에 걸쳐 상하로 연통하는 다수의 통기구멍(2-20b)이 설치되어 있다.
이 실시형태에 있어서는 애노드(2-20)의 하면에 이 애노드(2-20)의 전면을 덮는 보수성재료로 이루어지는 도금액함침재(2-22)를 설치하고, 이 도금액함침재 (2-22)에 도금액을 포함시켜 애노드(2-20)의 표면을 습윤시킴으로써 블랙필름의 기판의 도금면으로의 탈락을 방지하고, 동시에 기판의 도금면과 애노드(2-20) 사이에 도금액을 주입할 때에 공기를 외부로 뽑기 쉽게 하고 있다. 이 도금액함침재(2-22)는 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리염화비닐, 테프론, 폴리비닐알콜, 폴리우레탄 및 이들 유도체의 적어도 하나의 재료로 이루어지는 직포, 부직포 또는 스펀지형상의 구조체 또는 폴러세라믹스로 이루어진다.
도금액함침재(2-22)의 애노드(2-20)에 대한 설치는 다음과 같이 행하고 있다. 즉 하단에 머리부를 가지는 다수의 고정핀(2-25)을 이 머리부를 도금액함침재 (2-22)의 내부에 위쪽으로 탈출 불가능하게 수납하여 축부를 애노드(2-20)의 내부를 관통시켜 배치하고, 이 고정핀(2-25)을 U 자형상의 판스프링(2-26)을 거쳐 위쪽으로 가세시킴으로써 애노드(2-20)의 하면에 도금액함침재(2-22)를 판스프링(2-26)의 탄성력을 거쳐 밀착시켜 설치하고 있다. 이와 같이 구성함으로써 도금의 진행에 따라 애노드(2-20)의 두께가 서서히 얇아져도 애노드(2-20)의 하면에 도금액함침재 (2-22)를 확실하게 밀착시킬 수 있다. 따라서 애노드(2-20)의 하면과 도금액함침재(2-22)와의 사이에 공기가 혼입하여 도금불량의 원인이 되는 것이 방지된다.
또한 애노드의 상면측으로부터 예를 들면 지름이 2 mm 정도의 원주형상의 PVC (폴리염화비닐) 또는 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)제의 핀을 애노드를 관통시켜 배치하고, 애노드 하면에 나타난 상기 pin의 선단면에 접착제를 붙여 도금액함침재와 접착고정하도록 하여도 좋다 ．
애노드(2-20)와 도금액함침재(2-22)는 접촉시켜 사용할 수도 있으나, 애노드 (2-20)와 도금액함침재(2-22) 사이에 간극을 두고, 이 간극에 도금액을 유지시킨형상으로 도금처리할 수도 있다. 이 간극은 20 mm 이하의 범위에서 선택되나, 바람직하게는 0.1 내지 10 mm, 더욱 바람직하게는 1 내지 7 mm의 범위에서 선택된다. 특히 애노드(2-20)에 용해성 애노드를 사용한 경우에는 밑으로부터 애노드(2-20)가 용해되어 가기 때문에 애노드(2-20)와 도금액함침재(2-22)의 간극은 시간을 거침에 따라 커져 0 내지 20 mm 정도의 간극이 생긴다.
그리고 상기 전극부(2-5)는 기판유지부(2-9)가 도금위치(B)(도 14참조)에 있을 때에 기판유지부(2-9)로 유지된 기판(W)과 도금액함침재(2-22)와의 간극이 0.1 내지 10 mm정도, 바람직하게는 0.3 내지 3 mm, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 1 mm 정도가 될 때까지 하강하고, 이 상태에서 도금액공급관으로부터 도금액을 공급하여 도금액함침재(2-22)에 도금액을 포함시키면서 기판(W)의 상면(피도금면)과 애노드(2-20)와의 사이에 도금액을 채워 이에 의하여 기판(W)의 피도금면에 도금이 실시된다.
기판수수위치(A)에 있는 기판유지부(2-9)에 도금처리 전의 반도체기판(W)을 제 1 로봇(3)의 핸드(3-1)(도 11a 참조)에 반입하고 상기 기판유지부(2-9)상에 얹어 놓는다. 다음에 컵(2-11)을 상승시키고, 동시에 기판유지부(2-9)를 전처리·세정위치(C)로 상승시킨다. 이 상태에서 퇴피위치에 있던 프리코팅·회수아암(2-7)을 반도체기판(W)의 대치위치로 이동시켜 그 선단에 설치한 프리코팅노즐로부터 예를 들면 계면활성제로 이루어지는 프리코팅액을 반도체기판(W)의 피도금면에 간헐적으로 토출한다. 이 때 기판유지부(2-9)는 회전하고 있기 때문에 프리코팅액은 반도체기판(W)의 전면에 골고루 미친다. 다음으로 프리코팅·회수아암(2-7)을 퇴피위치로 되돌리고, 기판유지부(2-9)의 회전속도를 늘려 원심력에 의해 반도체기판 (W)의 피도금면의 프리코팅액을 뿌리쳐 건조시킨다.
계속해서 전극아암부(2-6)를 수평방향으로 선회시키고 전극부(2-5)가 도금액트레이(2-2) 위쪽으로부터 도금을 실시하는 위치의 위쪽에 위치시키고, 이 위치에서 전극(2-5)을 캐소드부(2-10)를 향하여 하강시킨다. 전극부(2-5)의 하강이 완료된 시점에서 애노드(2-20)와 캐소드부(2-l0)에 도금전압을 인가하여 도금액을 전극부(2-5)의 내부에 공급하여 애노드(2-20)를 관통한 도금액공급구로부터 도금액함침재(2-22)에 도금액을 공급한다. 이 때 도금액함침재(2-22)는 반도체기판(W)의 피도금면에 접촉하지 않고, 0.1 내지 10 mm정도, 바람직하게는 0.3 내지 3 mm, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 1 mm 정도로 접근한 상태로 되어 있다.
도금액의 공급이 계속되면 도금액함침재(2-22)로부터 새어나온 Cu 이온을 포함한 도금액이 도금액함침재(2-22)와 반도체기판(W)의 피도금면과의 사이의 간극에 채워지고, 반도체기판(W)의 피도금면에 Cu 도금이 실시된다. 이 때 기판유지부(2-9)를 저속으로 회전시켜도 좋다.
도금처리가 완료되면 전극아암부(2-6)를 상승시킨 후에 선회시켜 도금액트레이(2-2) 위쪽으로 되돌리려 통상 위치로 하강시킨다. 다음으로 프리코팅·회수 아암(2-7)을 퇴피위치로부터 반도체기판(W)에 대치하는 위치로 이동시켜 하강시키고, 도금액 회수노즐(도시 생략)로부터 반도체기판(W) 위의 도금액의 나머지부를 회수한다. 이 도금액의 나머지부의 회수가 종료된 후, 프리코팅·회수아암(2-7)을 대피위치로 되돌리고, 반도체기판(W)의 중앙부에 순수를 토출하고, 동시에 기판유지부(2-9)의 속도를 늘려 회전시켜 반도체기판(W)의 표면의 도금액을 순수로 치환한다.
상기 린스종료 후, 기판유지부(2-9)를 도금위치(B)로부터 처리·세정위치(C)로 하강시켜 순수용 고정노즐(2-8)로부터 순수를 공급하면서 기판유지부(2-9) 및 캐소드부(2-l0)를 회전시켜 수세를 실시한다. 이 때 캐소드부(2-10)에 직접 공급한 순수, 또는 반도체기판(W)의 면으로부터 비산한 순수에 의해 시일부재(2-16), 캐소드전극(2-17)도 반도체기판(W)과 동시에 세정할 수 있다.
수세완료 후에 고정노즐(2-8)로부터의 순수의 공급을 정지하고, 또한 기판유지부(2-9) 및 캐소드부(2-10)의 회전속도를 늘려 원심력에 의해 반도체기판(W)의 표면의 순수를 뿌리쳐 건조시킨다. 아울러 시일부재(2-l6) 및 캐소드전극(2-17)도 건조된다. 상기 건조가 종료되면 기판유지부(2-9) 및 캐소드부(2-10)의 회전을 정지시켜 기판유지부(2-9)를 기판수수위치(A)까지 하강시킨다.
도 17 및 도 18은 애노드(2-20)와 도금액함침재(2-22)의 다른예를 나타내는 것이다. 즉 이 예에 있어서 도금액함침재(2-2)는 알루미나, SiC, 뮬라이트, 지르코니아, 티타니아, 코디에라이트 등의 다공질 세라믹스 또는 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등의 소결체 등의 경질의 다공질체, 또는 이들의 복합재료로 구성되어 있다. 예를 들면 알루미나계 세라믹스에 있어서는 포어지름 30 내지 200 ㎛, 기공율 20 내지 95%, 두께 5 내지 20 mm, 바람직하게는 8 내지 15 mm 정도의 것이 사용된다.
그리고 이 도금액함침재(2-22)는 그 상부에 플랜지부(2-22a)가 설치되고, 이플랜지부(2-22a)를 하우징(2-18)과 지지플레임(2-19)(도 15참조)으로 끼워 유지함으로써 고정되어 있고, 이 도금액함침재(2-22)의 상면에 애노드(2-20)가 탑재유지되고 있다. 또한 이 예의 경우 다공질체 또는 메시형상 등, 각종 형상의 애노드 (2-20)를 얹어 놓는 것이 가능하다.
이와 같이 도금액함침재(2-22)를 다공질체로 구성함으로써 이 내부에 복잡하게 들어간 도금액을 거쳐 도금액함침재(2-22)의 내부의 전기저항을 증대시켜 도금막두께의 균일화를 도모함과 동시에, 파티클의 발생을 방지할 수 있다. 즉 도금액함침재(2-22)가 다공질 세라믹으로 이루어지는 고저항체의 일종이기 때문에 도금막두께의 균일화를 도모하는 점에 있어서 바람직하다. 또 도금액함침재(2-22)의 위에 애노드(2-20)를 탑재유지함으로써 도금의 진행에 따라 애노드(2-20)의 하면의 도금액함침재(2-22)와 접촉하고 있는 측이 용해하더라도 애노드(2-20)를 고정하기 위한 지그를 사용하는 일 없이 애노드(2-20) 자체의 자중으로 애노드(2-20)의 하면과 기판(W)과의 거리를 일정하게 유지하고, 또 여기에 공기가 혼입하여 공기고임이 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한 애노드(2-20)와 도금액함침재(2-22)와의 사이에 간극을 두어 이 간극에 도금액을 유지시킨 상태에서 도금처리를 할 수도 있어 이 간극은 20 mm이하, 바람직하게는 0.1 내지 10 mm, 더욱 바람직하게는 1 내지 7 mm의 범위에서 선택된다.
도 19는 도 17 및 도 18에 나타내는 장치의 전기적 등가회로도이다.
도금액중에 침지한 애노드(2-20)(양극전극)와 기판(W)의 도전층(1a)(음극전극) 사이에 도금전원(2-37)으로부터 소정의 전압을 인가하여 도전층(1a)의 표면에도금막을 형성하면 이 회로 중에는 이하와 같은 저항성분이 존재한다.
R1 : 전원 - 양극 사이의 전원선저항 및 각종 접촉저항
R2 : 양극에 있어서의 분극저항
R3 : 도금액저항
R4 : 음극(도금 표면)에 있어서의 분극저항
Rp : 고저항구조체의 저항치
R5 : 도전층의 저항
R6 : 음극전위도입접점 - 전원 사이의 전원선저항 및 각종 접촉저항
이 도금액함침재(2-22)인 고저항구조체의 저항치(Rp)는 예를 들면 200 mm 웨이퍼의 경우는 0.01Ω이상이고, 바람직하게는 0.01 내지 2Ω의 범위, 더욱 바람직하게는 0.03 내지 1Ω의 범위, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.5Ω의 범위이다. 이 고저항구조체의 저항치는 이하의 순서로 측정한다. 먼저 도금장치내에 있어서 소정거리만큼 이간된 애노드(2-20)와 기판(W)으로 이루어지는 양 극 사이에 소정치의 직류(I)를 흘려 도금을 행하고, 이 때의 직류전원의 전압(V1)을 측정한다. 다음으로 동일한 도금장치에 있어서 양 극 사이에 소정두께의 고저항구조체를 배치하여 동일한 값의 직류(I)를 흘려 도금을 행하고, 이 때의 직류전원의 전압(V2)을 측정한다. 이에 의하여 고저항구조체의 저항치 Rp = (V2 - V1)/I로부터 구할 수 있다.
이 경우, 애노드(2-20)를 구성하는 구리의 순도는 99.99% 이상인 것이 바람직하다. 또 애노드(2-20)와 반도체기판(W)과의 양 극판의 거리는 지름 200 mm의기판인 경우에는 5 내지 25 mm 이고, 직경 300 mm의 기판인 경우에는 15 내지 75 mm 인 것이 바람직하다. 또한 기판(W) 위의 도전층(1a)의 저항(R5)은 기판의 바깥 둘레와 중심과의 사이의 저항치를 테스터에 의해 측정하는 또는 도전층의 재료의 비저항과 두께로부터 계산에 의해 구할 수 있다.
도 17 및 도 18에 나타내는 예에서는 애노드(2-20)의 상면에 내부에 도금액도입로(2-28a)를 가짐과 동시에 직경방향으로 연장하는 한일자형상의 도금액도입관 (2-28)이 설치되어 있다. 애노드(2-20)에는 상기 도금액도입관(2-28)에 설치된 도금액도입구멍(2-28b)에 대향하는 위치에 도금액주입구멍(2-20a)이 설치되어 있다. 또 애노드(2-20)에는 다수의 통기구멍(2-20b)이 설치되어 있다.
애노드(2-20)의 도금액주입구멍(2-20a)에 대략 대응한는 위치에서 도금액함침재(2-22)의 하면으로부터 도금액이 기판(W)의 상면(피도금면)에 도달하고, 이에 의하여 도금액함침재(2-22)와 기판(W)의 도금면을 가교(假橋)하는 도금액기둥(2-30)이 형성된다. 그리고 도금액의 공급을 계속함으로써 이 도금액기둥(2-30)은 서서히 성장하거나 서로 연결된 후, 도 20에 나타내는 바와 같이 도금액도입관(2-28)과 직교하는 방향으로 진행하여 기판(W)의 피도금면의 전면으로 퍼지도록 도금액 (Q)의 흐름이 생긴다.
이에 의하여 이 도금액(Q)의 흐름을 타고 기포(B)가 바깥쪽으로 압출되고, 또한 이 도금액(Q)의 흐름의 전선(Q1)이 대략 직선형상으로 되어 도금액(Q)이 공기를 둘러 싸는 일이 없다. 이 때문에 도금액함침재(2-22)와 기판(W)의 피도금면과의 사이에 채워지는 도금액 중에 기포가 남는 것이 방지된다.
여기서 도 21a에 나타내는 바와 같이 도금액도입관(2-28)으로서 십자형상으로 서로 직교하는 방향으로 연장하는 날개부를 가지고, 이 각 날개부의 길이방향을 따른 소정의 위치에 도금액도입구멍(2-28b)을 가지는 것을 애노드(도시 생략)로 하여 이 도금액도입구멍(2-28b)에 대응하는 위치에 도금액주입구멍(2-20a)을 가지는 것을 각각 사용하여도 좋다. 이 경우, 상기한 바와 같이 애노드의 도금액주입구멍 (2-20a)에 대략 대응하는 위치에서 도금액함침재(2-22)와 기판(W)의 도금면을 가교하는 도금액기둥이 형성되고, 도금액의 공급의 계속에 따라 도금액기둥이 서서히 성장한 후, 도금액도입관(2-28)으로 구획된 각 상한(象限)내를 방사상으로 퍼지는 도금액(Q)의 흐름이 생겨 도금액(Q)이 기판(W)의 피도금면의 전면으로 퍼진다.
또 도 21b에 나타내는 바와 같이 도금액도입관(2-28)을 원주형상으로 배치하고, 소정의 위치에 도금액도입구멍(2-28b)을 설치한 경우도 동일한 도금액(Q)의 흐름이 생긴다. 도금액도입관(2-28)의 도금액도입구멍(2-28b)은 동일한 피치로 동일한 구멍을 설치하는 경우가 많으나, 피치와 구멍지름을 조정하여 액의 토출을 제어하는 것도 가능하다.
도 17 내지 도 20에 나타내는 예에 의하면 애노드(2-20)의 도금액주입구멍 (2-20a)에 대략 대응하는 위치에서 도금액함침재(2-22)의 하면으로부터 도금액이 기판(W)의 상면(피도금면)에 도달하여 도금액함침재(2-22)와 기판(W)의 피도금면을 가교하는 도금액기둥(2-30)이 형성된다. 이 때 도금액은 도금액함침재(2-22)의 내부를 흐를 때에 그 흐름방향을 따라 약간 확산되고, 이에 의하여 도금액이 기판(W)에 도달하였을 때의 시드층(107)(도 1a 참조)에 주는 손상(충격), 즉 국소적으로 분류를 닿게 하는 것에 의한 시드층(107)의 현상을 경감하여 나중의 도금공정의 막두께 균일성에 기여할 수 있다. 또 통기구멍(2-20b)의 면내에 있어서의 분포를 중앙을 치밀하게 주변부를 성기게 설치함으로써 균일하게 도금액이 퍼지는 효과가 있다.
또한 도 18에 가상선으로 나타내는 바와 같이 도금액함침재(2-22)의 하면으로부터 도금액이 기판(W)의 상면(피도금면)에 도달하는 도금액기둥(2-30)이 형성된 후, 예를 들면 기판(W)을 순간적으로 상승시켜 도금액함침재(2-22)와 기판(W)을 순간적으로 근접시키도록 하여도 좋다. 또 기판의 에지에 약간 압력을 가하여 오목형상으로 만곡시킨 상태에서 마찬가지로 도금액기둥(2-30)이 형성된 후, 압력을 개방하여 기판의 형상을 원래상태로 되돌리게 함으로써 도금액함침재(2-22)와 기판 (W)을 순간적으로 근접시키는 것도 가능하다.
예를 들면 도금액함침재(2-22)의 두께가 두꺼운 경우나 밀도가 높은(기공율이 낮음) 경우에는 도금액이 도금액함침재(2-22)의 내부를 흐를 때의 저항이 커진다. 이에 의하여 소정량의 도금액이 나오지 않아 도금액기둥(2-30)의 결합이 흐트러지고, 이 때에 공기를 말려 들게 하였다 하더라도 도금액함침재(2-22)와 기판(W)을 순간적으로 근접시킴으로써 도금액에 바깥쪽으로의 급격한 흐름을 생기게 하여 이 도금액과 함께 기포를 바깥쪽으로 몰아내고, 동시에 도금액함침재(2-22)와 기판(W)과의 사이로의 도금액의 공급을 단시간으로 행할 수 있다.
또한 무통전상태에서의 도금액과 시드층(107)(도 1a 참조)의 접촉은 시드층(107)의 감소를 초래하여 통전상태에서도 기판(W)의 표면에 도금액이 단시간으로 퍼지지 않으면 도금 초기의 막두께에 불균일이 생기고, 이들은 그 후의 도금막두께의 균일성을 손상하는 원인이 된다. 그러나 이와 같이 도금액함침재(2-22)와 기판(W)과의 사이로의 도금액의 공급을 단시간으로 행함으로써 이들의 폐해를 방지할 수 있다.
또 도 17에 나타내는 바와 같이 도금처리의 한창 중에 도금액주입구멍(2-20a)으로부터 도금액함침재(2-22)에 도금액을 공급하여 도금액함침재(2-22)와 기판(W)의 피도금면과의 사이에 도금액을 주입하고, 동시에 통기구멍(2-20b)을 경유하여 통기구멍(2-20b)에 접속된 도금액배출관(도시 생략)으로부터 이 주입된 도금액과 동일량의 도금액을 흡인배출할 수도 있다.
이와 같이 도금처리 중에 도금액을 교반함으로써 액코팅을 행할 때에 제거할 수 없었던 기포나, 액코팅 후의 도금처리 중에 발생한 기포도 제거하는 것이 가능해진다.
또 본 도금장치에서는 기판(W)의 피도금면과 애노드(2-20)와의 간격이 좁아 사용하는 도금액이 소량으로 되는 반면, 도금액 중의 첨가제나 이온이 한정된 양이 되기 때문에 단시간으로 효율적인 도금을 행하기 위해서는 그들 첨가제 등을 도금액 중에 균일하게 분포할 필요가 있다. 이 점 본 실시형태에 의하면 도금처치 중에 도금액이 교반되기 때문에 첨가제나 이온을 균일하게 분포시킨 상태에서의 도금이 가능하게 된다. 본 도금장치에 있어서는 반도체기판(W)를 음극에, 애노드를 양극에 접속함으로써 반도체기판(W) 위에 도금이 실시되나, 역전압을 인가함으로써반도체기판(W)에 설치된 도금막의 에칭도 할 수 있다. 구멍에 대한 매립도금이 거의 완료된 상태에서 (40 내지 400초) 약간의 시간(예를 들면 1 내지 60초) 역전압을 인가한 후, 다시 순전압을 인가하면(50초, 0.5μ), 역전압을 인가함으로써 첨가제의 작용을 억제하여 구멍의 위에만 불거져 나오는 것을 방지하여 도금막을 균일화할 수 있다.
또 도 19에는 다른예가 나타나고, 이 예에 있어서는 도금액도입관(2-28) 자체에 이것과 연통하는 관(2-32)을 설치하고, 이 관(2-32)을 애노드(2-20)의 도금액도통구멍(2-28b)내에 삽입하여 그 선단을 도금액함침재(2-22) 표면에 접촉하도록 하고 있다. 즉 이 실시형태에 있어서는 도금액을 애노드(2-20)에 전혀 닿는 일 없이 도금액함침재(2-22) 표면에 공급할 수 있다. 이 도금액도입관(2-28)과 관(2-32)은 도금액에 의해 아무런 영향을 받지 않는 재질의 합성수지에 의해 일체로 형성되어 있다. 또한 부호(2-31)는 기판(W)을 유지하는 유지부재이다.
그리고 도금액도입관(2-28)으로부터 관(2-32)을 통하여 직접 도금액함침재 (2-22)의 표면에 공급된 도금액은 도금액함침재(2-22)내를 약간 확산하면서 기판 (W) 표면에 도달하여 기판(W)과 도금액함침재(2-22)의 표면 사이에 원형의 도금액기둥(2-30)을 복수개 형성하고, 복수의 도금액기둥(2-30)이 기판(W) 위에서 서로 결합하여 기판(W) 위를 도금액으로 채워 간다.
이 도금공정을 반복하여도 경시적으로 관(2-32)의 선단의 내경이 넓어지는 일은 없기 때문에 이상적인 도금액기둥(2-30)이 경시적으로 무너지는 일은 없고, 따라서 도금액기둥(2-30)의 결합의 흩어짐에 의한 공기의 말려 들어감은 생기지 않고 기포가 도금액함침재(2-22)와 기판(W)의 사이에 퇴적하는 일은 없어 도금막두께가 불균일하게 되는 일은 없다.
도 23은 전해도금장치의 다른예의 개략 구성도이다. 이 전해도금장치에 있어서 상기 도 22에 나타내는 예와 다른점은 도금액도입관(2-28)에 이것과 일체로 관(2-32)을 형성하는 대신에 애노드(2-20)의 도금액도통구멍(2-28b)내에 따로 제작한 관(2-33)을 삽입한 점이다. 이 경우도 관(2-33)을 도금액에 의해 아무런 영향을 받지 않는 재질의 것으로 구성하고, 그 선단(하단)을 도금액함침재(2-22)의 상면에 접촉하도록 한다.
이와 같이 구성하여도 도 22에 나타내는 예와 마찬가지로 도금액은 애노드 (2-20)에 직접 닿는 일은 없고, 가령 도금공정을 반복하여 행하여도 경시적으로 관(2-33)의 선단의 내경이 넓어지는 일은 없다. 따라서 도금액함침재(2-22)로부터 공급되는 도금액기둥(2-30)이 경시적으로 무너지는 일은 없으며, 항상 이상적인 상태를 유지하여 공기의 말려 들어감은 생기지 않는다.
도 24는 전해도금장치의 다른예의 개략 구성도이다. 이 전해도금장치에 있어서 상기 도 22에 나타내는 실시형태와 서로 다른점은 도금액도입관(2-28)에 이것과 일체로 관(2-32)을 설치하는 대신 애노드(2-20)의 도금액도통구멍(2-28b)과 도금액함침재(2-22)에 설치한 전해액통로부(2-34)내에 따로 제작한 관(2-33)을 삽입한 점이다. 이 경우도 관(2-33)을 도금액에 의해 아무런 영향을 받지 않는 재질로 구성한다.
이와 같이 구성하면 가령 도금공정을 반복하여 행하여도 경시적으로 관(2-33)의 선단의 내경이 넓어지는 일은 없어 이상적인 도금액기둥(2-30)이 경시적으로 무너지는 일은 없으며, 따라서 도금액기둥(2-30)의 결합의 흩어짐에 의한 공기의 말려 들어감은 생기지 않아 기포가 도금액함침재(2-22)과 기판(W)의 사이에 퇴적하여 도금막 두께가 불균일하게 되는 일은 없다. 동시에 관(2-33)이 도금액함침재 (2-22)내로 돌입하고 있기 때문에 도금액함침재(2-22)를 도금액이 통과할 때의 저항이 줄어 가령 도금액함침재(2-22)로서 두께가 두꺼운 것이나 밀도가 높은(기공율이 낮은)것을 사용한 경우에도 도금액함침재(2-22)의 소정위치로부터 적량의 도금액이 공급되어 도금액기둥(2-30)의 결합의 흩어짐에 의한 공기의 말려 들어감은 생기지 않고, 기포가 도금액함침재(2-22)와 기판(W)의 사이에 퇴적하여 도금막두께가 불균일하게 되는 일은 없다.
도 25는 도 22에 나타내는 예의 변형예이다.
도 22에 나타내는 도금장치에 있어서는, 도금액함침재(2-22)의 외형상, 내부구조, 또는 전기전도율이 다른 부재의 장치 내의 적어도 하나의 조정에 의하여 피처리기판 표면의 전장을 제어하는 것도 할 수 있다. 이와 같이 피처리기판 표면의 전장의 상태가 소망의 상태가 되도록 적극적으로 제어하면, 피처리기판의 전해처리에 의한 처리상태를 목적으로 하는 면내 분포의 처리상태로 할 수 있다. 전해처리가 도금처리인 경우는, 피처리기판 위에 형성되는 도금막두께의 균일화를 도모하거나 피처리기판 위의 도금막두께에 임의로 분포를 가지게 할 수 있다.
여기서 상기 외형상의 조정은 도금액함침재(2-22)의 두께의 조정, 도금액함침재(2-22)의 평면상에서의 형상의 조정 등에 의해 행하여진다.
또 상기 도금액함침재(2-22)는 다공질물질로 구성되어 있고, 다공질물질의 내부구조의 조정은 다공질물질의 기공지름분포의 조정, 기공율분포의 조정, 굴곡율분포의 조정, 재료조합의 조정 등에 의해 행하여진다.
또 상기 전기전도율이 다른 부재의 장착에 의한 조정은 전기전도율이 다른 부재에 의해 도금액함침재(2-22)의 차폐면적을 조정함으로써 행하여진다.
따라서 도 25에 나타내는 예에 있어서는 다공질세라믹스판(다공질물질)(2-22)의 바깥 둘레측면에 이것을 둘러싸도록 밴드형상의 절연성부재(2-35)를 감고 있다. 이 절연성부재(2-35)의 재질로서는 예를 들면 불소고무와 같은 신축성 재료를 사용한다.
그리고 도금액도입관(2-28)으로부터 애노드(20)의 도금액도통구멍(2-28b)을 통하여 다공질세라믹스판(도금액함침재)(2-22)에 가압공급된 도금액은 다공질의 다공질세라믹스판(2-22)내에 침투하여 그 내부를 도금액으로 채움과 동시에, 그 하면으로부터 토출하여 기판(W)과 다공질세라믹스판(2-22) 사이의 공간을 도금액으로 채운다. 또한 도금액의 도입은 립시일(12-16)과 다공질세라믹스판(2-22)의 끝면과의 간극으로부터 행하여도 좋다. 이 경우는 도금액도입관(2-28)이나 애노드(2-20)의 도금액도통구멍(2-28b)은 불필요하다.
그리고 애노드(2-20)와 기판(W) 사이에 소정의 전압을 인가하여 직류전류를 흘리면 기판(W)의 도전층의 표면 전체에 도금(예를 들면 구리도금)이 행하여져 간다. 본 실시형태에 의하면 애노드(2-20)와 기판(W)의 사이에 다공질세라믹스판(2-22)을 개재하고 있으므로 상기한 바와 같이 기판(W) 표면의 접점(2-17)으로부터의거리의 상위에 의한 각 부의 저항치의 차이에 의한 영향을 받기 어렵고, 기판 (W)의 도전층의 표면 전체에 대략 균일한 도금(예를 들면 구리도금)이 행하여져 간다.
그러나 접점(2-17)에 가까운 바깥 둘레부 근방부분은 그래도 전류밀도가 높아져 도금막두께는 다른 부분에 비하여 두꺼워지는 경향에 있다.
따라서 이 예에 있어서는 다공질세라믹스판(2-22)의 바깥 둘레측면에 절연성부재(2-35)를 감음으로써 도 25에 점선으로 나타내는 바와 같이 기판(W)의 바깥 둘레부 근방에 전류가 집중하는 것을 저해하여 그 전류밀도를 저하시켜, 기판(W)의 다른 부분을 향하는 전류밀도와 대략 동일하게 되도록 한 것이다.
여기서 양극과 음극의 한쪽의 전극과의 접점을 가지는 피처리기판과, 이 피처리기판에 대치시킨 다른쪽 전극과의 사이에 전해액을 채워 피처리기판의 전해처리를 행하는 전해처리장치에 있어서, 상기 전해액의 적어도 일부에 이 전해액의 전기전도율보다 작은 전기전도율의 고저항구조체를 설치하고, 상기 고저항구조체는 그 바깥 둘레가 유지부재에 의해 유지되어 있고, 또한 고저항구조체와 유지부재의 사이에는 이 부분으로부터 전해액이 누설되어 전류가 흐르는 것을 방지하는 시일부재가 설치되도록 하여도 좋다.
[시일부재를 사용한 실시형태]
도 26은 도 25에 나타내는 것과 동일한 구조의 전해도금장치의 다공질세라믹스판(2-22)의 바깥 둘레부 근방부분을 나타내는 요부 개략도이다. 단 이 전해도금장치에는 도 22에 나타내는 절연성부재(2-35)는 기재되어 있지 않다. 이 전해도금 장치에 있어서는 유지부재(2-18)와 다공질세라믹스판(2-22) 사이의 간극이 시일되어 있지 않으므로 화살표로 나타내는 바와 같이 이 간극부분을 통하여 애노드 (2-20)로부터 도금액이 흘러 나와 전류의 통로가 생긴다. 이 전류통로는 다공질세라믹스판(2-22)의 내부를 통하지 않는 통로이기 때문에 저항치가 낮고, 따라서 전류밀도가 높아져 기판(W)의 바깥 둘레부 근방의 도금막두께를 얇게 하고자 하는 제어가 되지 않을 염려가 있다.
따라서 이 예에 있어서는 도 27a 및 도 27b에 나타내는 바와 같이 상기 다공질세라믹스판(2-22)과 유지부재(2-18)의 사이에 시일부재(2-36)를 설치함으로써 이 부분으로부터의 도금액의 누설을 방지하여 기판(W)의 바깥 둘레부 근방의 도금막두께를 얇게 제어할 수 있도록 하고 있다.
또한 이 예에 있어서의 시일부재(2-36)는 단면 역L자형상이고, 또 절연물에 의해 구성되기 때문에 도 25에 나타내는 절연성부재로서의 작용도 아울러 가지고 있다. 또 시일부재(2-36)는 도 27b에 그 단면을 나타내는 바와 같이 유지부재(2-18)와 다공질세라믹스판(2-22)의 하면이 접하는 부분을 시일하는 고리형상의 시일부재(2-36a)와, 도 25에 나타내는 밴드형상의 절연성부재(2-35)와 동일한 기능을 발휘하는 절연성부재(2-36b)를 다른부품으로 각각 설치함으로써 구성하여도 좋다.
또한 이 시일부재(2-36)는 도 25 이외의 각 예에도 적용할 수 있음은 물론이다. 즉 고저항구조체(4)의 바깥 둘레측면과 유지부재(2-18)의 사이로부터의 도금액의 누설을 방지하는 시일부재(2-36)를 다른 각종 실시형태에 관한 전장제어수단과 병용함으로써 더욱 효과적인 전장제어가 행하여진다.
도 28은 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 다른 평면배치구성을 나타내는 도면이다. 도 28에 있어서 도 7과 동일부호를 부착한 부분은 동일 또는 상당부분을 나타낸다. 또한 도 29 및 도 30에 있어서도 마찬가지로 한다. 본 기판처리장치는 제 1 폴리싱장치(10)와 제 2 폴리싱장치(11)에 접근하여 푸셔인덱서(25)를 배치하고, 제 3 세정유닛(4)과 Cu 도금막 성막유닛(2)의 근방에 각각 기판탑재대 (21, 22)를 배치하고, 제 1 세정유닛(9)과 제 3 세정유닛(4)의 근방에 로봇(23)[이하, 「제 2 로봇(23)」이라 기재함)을 배치하고, 제 2 세정유닛과 Cu 도금막 성막유닛 (2)의 근방에 로봇(24)[이하, 「제 3 로봇(24)」이라 기재함)을 배치하고, 다시 로드 언로드부(1)와 제 1 로봇(2)의 근방에 건조상태 막두께측정기(13)를 배치하고 있다.
상기 구성의 기판처리장치에 있어서 제 1 로봇(3)은 로드 언로드부(1)의 로드포트에 얹어 놓여져 있는 카세트(1-1)로부터 반도체기판(W)을 인출하고, 건조상태 막두께측정기(13)로 배리어층(105) 및 시드층(107)의 막두께를 측정한 후, 상기 반도체기판(W)을 기판탑재대(21)에 싣는다. 또한 건조상태 막두께측정기(13)가 도 11b 및 도 11c에 나타내는 바와 같이 제 1 로봇(3)의 핸드(3-1)에 설치되어 있는 경우는 그곳에서 막두께를 측정하고 기판탑재대(21)에 싣는다. 제 2 로봇(23)으로 기판탑재대(21) 위의 반도체기판(W)을 Cu 도금막 성막유닛(2)으로 이송하여 Cu 도금막(106)을 성막한다. Cu 도금막(106)의 성막 후, 도금 전후 막두께측정기(12)로 Cu 도금막(106)의 막두께를 측정한다. 그 후 제 2 로봇(23)은 반도체기판(W)을 푸셔인덱서(25)에 이송하여 탑재한다.
[직렬모드]
직렬모드에서는 톱링핸드(10-2)가 푸셔인덱서(25) 위의 반도체기판(W)을 흡착하고, 연마테이블(10-1)로 이송하여 연마테이블(10-1) 위의 연마면에 상기 반도체기판(W)을 가압하여 연마를 행한다. 연마의 종점검지는 상기와 동일한 방법으로 행하고, 연마종료 후의 반도체기판(W)은 톱링헤드(10-2)로 푸셔인덱서(25)에 이송되어 탑재된다. 제 2 로봇(23)으로 반도체기판(W)을 인출하고, 제 1 세정유닛(9)에 반입하여 세정하고, 계속해서 푸셔인덱서(25)에 이송하여 탑재한다.
톱링핸드(11-2)가 푸셔인덱서(25) 위의 반도체기판(W)을 흡착하고, 연마테이블(11-1)에 이송하여 그 연마면에 상기 반도체기판(W)을 가압하여 연마를 행한다. 연마의 종점검지는 상기와 동일한 방법으로 행하고, 연마종료 후의 반도체기판(W)은 톱링헤드(11-2)로 푸셔인덱서(25)에 이송되어 탑재된다. 제 3 로봇(24)은 반도체기판(W)을 들어 올려 막두께측정기(26)로 막두께를 측정한 후, 제 2 세정유닛(7)에 반입하여 세정한다. 계속해서 제 3 세정유닛(4)에 반입하고 여기서 세정한 후에 스핀건조로 건조를 행하고, 그 후 제 3 로봇(24)으로 반도체기판(W)을 들어 올려 기판적재대(22) 위에 싣는다.
[병렬모드]
병렬모드에서는 톱링헤드(10-2 또는 11-2)가 푸셔인덱서(25) 위의 반도체기판(W)을 흡착하고, 연마테이블(10-1 또는 11-1)로 이송하여 연마테이블(10-1 또는 11-1) 위의 연마면에 상기 반도체기판(W)을 가압하여 각각 연마를 행한다. 막두께를 측정한 후, 제 3 로봇(24)으로 반도체기판(W)을 들어 올려 기판탑재대(22) 위에 싣는다.
제 1 로봇(3)은 기판탑재대(22) 위의 반도체기판(W)을 건조상태 막두께측정기(13)에 이송하여 막두께를 측정한 후, 로드 언로드부(1)의 카세트(1-1)로 되돌린다. 도 29는 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 다른예의 평면배치구성을 나타내는 도면이다. 본 기판처리장치는 시드층(107)이 형성되어 있지 않은 반도체기판 (W)에 시드층(107) 및 Cu 도금막(106)을 형성하여 연마제거하여 회로배선을 형성하는 기판처리장치이다. 본 기판처리장치가 도 7에 나타내는 기판처리장치와 서로 다른점은 도 7의 제 3 세정유닛(4)으로 바꾸어 시드층 성막유닛(27)을 설치한 점이다. 시드층(107)의 형성전의 반도체기판(W)을 수용한 카세트(1-1)를 로드 언로드부(1)의 로드포트에 얹어 놓는다. 제 1 로봇(3)으로 시드층(107)의 형성전의 반도체기판(W)을 카세트(1-1)로 인출하여 시드층 성막유닛(27)으로 시드층(Cu 시드층) (107)의 성막을 행한다. 시드층(107)은 무전해도금으로 행하여 성막후 열을 가하여 시드층(107)의 밀착성을 좋게 한다. 시드층(107)의 막두께를 도금 전후 막두께측정기(12)로 측정한다.
제 1 로봇(3)으로 반도체기판을 인출하고 Cu 도금막 성막유닛(2)에서 Cu 도금막(106)의 성막을 행한다. Cu 도금막(106)의 성막은 먼저 반도체기판(W)의 표면의 친수처리를 행하고, 그 후에 Cu 도금을 행한다. 그 후 린스 또는 세정을 행한다. 시간에 여유가 있으면 건조시켜도 좋다. 제 1 로봇(3)으로 반도체기판(W)을 인출할 때에 도금 전후 막두께측정기(12)로 Cu 도금막(106)의 막두께를 측정한다. 상기 측정방법은 시드층(107)의 막두께측정과 동일하고, 그 측정결과는 반도체기판 (W)의 기록데이터로서 기록되고, 또한 Cu 도금막 성막유닛(2)의 이상판정에도 사용된다. 막두께측정 후, 제 1 로봇(3)이 반도체기판(W)을 반전기(5)에 건네주어 반도체기판(W)을 반전시킨다.
다음으로 제 2 로봇(8)으로 반전기(5)로부터 반도체기판(W)을 들어 올려 푸셔(10-5 또는 11-5)에 싣는다. 계속해서 톱링(10-2 또는 11-2)으로 반도체기판(W)을 흡착하여 연마테이블(10-1 또는 11-1) 위로 이송하고, 연마테이블(10-1 또는 11-1) 위의 연마면에 가압하여 연마를 행한다. 여기서의 연마는 도 2에 나타내는 기판처리장치의 병렬모드연마에 있어서의 단계 1 내지 단계 3의 처리와 대략 동일함으로 그 설명은 생략한다.
연마종료 후, 톱링(10-2 또는 11-2)은 반도체기판(W)을 푸셔(10-5 또는 11-5)에 되돌리고, 제 2 로봇(8)으로 반도체기판(W)을 들어 올려 제 1 세정유닛(9)으에 반입한다. 이 때 푸셔(10-5 또는 11-5) 위에서 약액을 반도체기판(W)의 표면, 이면에 분출하여 파티클을 제거하거나 부착하기 어렵게 하는 것도 있다.
제 1 세정유닛(9)에서는 반도체기판(W)의 표면, 이면을 스크랩세정한다. 반도체기판(W)의 표면은 주로 파티클의 제거를 위해 세정수로서 순수에 계면활성제, 킬레이트제, 또는 pH 조정제를 가한 것이 사용되고 PVA 롤스펀지로 스크랩세정된다. 반도체기판(W)의 이면에는 DHF 등의 강한 약액을 분사하여 확산되고 있는 Cu를 에칭하거나 또는 Cu 확산의 문제가 없으면 표면과 동일한 약액을 사용하여 PVA 롤스펀지로 스크랩세정한다.
세정 후, 제 2 로봇(8)으로 반도체기판(W)을 들어 올려 반전기(6)에 건네주고 이 반전기(6)로 반도체기판(W)을 반전시킨다. 제 2 로봇(8)으로 다시 반도체기판(W)을 들어 올려 제 2 세정유닛(7)에 반입한다. 제 2 세정유닛(7)에서는 반도체기판(W)의 표면에 초음파진동을 가한 메가소닉수를 분사하여 세정한다. 그 때 순수, 계면활성제, 킬레이트제, 또는 pH 조정제를 가한 세정액을 사용하여 펜실형 스펀지로 표면을 세정하여도 좋다. 그 후 반도체기판(W)을 스핀건조에 의해 건조시킨다.
그 후 제 2 로봇(8)으로 반도체기판(W)을 들어 올려 그대로 반전기(6)에 건네 준다. 제 1 로봇(3)은 반전기(6) 위의 반도체기판을 들어 올려 상기 연마테이블(10-1, 11-1)의 근방에 배치한 막두께측정기(10-4, 11-4)로 막두께를 측정하고 있는 경우는 그대로 로드 언로드부(1)의 언로드포트에 얹어 놓은 카세트(1-1)에 수납한다. 다층막의 막두께를 측정하는 경우는 건조상태에서의 측정을 행하는 필요가 있기 때문에 한 번 건조상태 막두께측정기(13)로 막두께를 측정한다. 이 경우 도 11b 및 도 11c에 나타내는 바와 같이 제 1 로봇(3)의 핸드(3-1)에 건조상태 막두께측정기(13)가 부착되어 있는 경우는 로봇핸드 위에서 막두께를 측정할 수 있다. 이 막두께측정결과는 반도체기판(W)의 가공기록으로서 남기거나 다음 공정으로 가지고 갈 수 있는지의 여부의 판정을 행한다.
도 30은 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 다른예의 평면배치구성을 나타내는 도면이다. 본 기판처리장치에서는 도 29에 나타내는 기판처리장치와 마찬가지로 시드층(107)이 형성되어 있지 않은 반도체기판(W)에 시드층(107) 및 Cu 도금막(106)을 형성하고 연마하여 회로배선을 형성하는 기판처리장치이다.
본 기판처리장치는 제 1 폴리싱장치(10)와 제 2 폴리싱장치(11)에 접근하여푸셔인덱서(25)를 배치하고, 제 2 세정유닛(7)과 시드층 성막유닛(27)의 근방에 각각 기판탑재대(21, 22)를 배치하고, 시드층 성막유닛(27)과 Cu 도금막 성막유닛(2)에 접근하여 로봇(23)[이하,「제 2 로봇(23)」이라 기재함]을 배치하고, 제 1 세정유닛(9)과 제 2 세정유닛(7)의 근방에 로봇(24)[이하,「제 3 로봇(24)」이라 기재함]을 배치하고, 다시 로드 언로드부(1)와 제 1 로봇(3)의 근방에 건조상태 막두께측정기(13)를 배치하고 있다.
제 1 로봇(3)으로 로드 언로드부(1)의 로드포트에 얹어 놓여져 있는 카세트 (1-1)로부터 배리어층(105)이 형성되어 있는 반도체기판(W)을 인출하여 기판탑재대 (21)에 싣는다. 다음으로 제 2 로봇(23)은 반도체기판(W)을 시드층 성막유닛(27)에 반송하여 시드층(107)을 성막한다. 이 시드층(107)의 성막은 무전해도금으로 행한다. 제 2 로봇(23)은 시드층(107)이 형성된 반도체기판을 도금 전후 막두께측정기(12)로 시드층(107)의 막두께를 측정한다. 막두께측정 후, Cu 도금막 성막유닛(2)에 반입하여 Cu 도금막(106)을 형성한다.
Cu 도금막(106)을 형성한 후, 그 막두께를 측정하고 푸셔인덱서(25)에 이송한다. 톱링(10-2 또는 11-2)은 푸셔인덱서(25) 위의 반도체기판(W)을 흡착하고 연마테이블(10-1 또는 11-1)로 이송하여 연마한다. 연마 후, 톱링(10-2 또는 11-2)은 반도체기판(W)을 막두께측정기(10-4 또는 11-4)에 이송하여 막두께를 측정하고 푸셔인덱서(25)에 이송하여 싣는다.
다음으로 제 3 로봇(24)는 푸셔인덱서(25)로부터 반도체기판(W)을 들어 올려 제 1 세정유닛(9)에 반입한다. 제 3 로봇(24)은 제 1 세정유닛(9)으로부터 세정된반도체기판(W)을 들어 올려 제 2 세정유닛(7)에 반입하고 세정하여 건조한 반도체기판을 기판탑재대(22) 위에 얹어 놓는다. 다음으로 제 1 로봇(3)은 반도체기판 (W)을 들어 올려 건조상태 막두께측정기(13)로 막두께를 측정하여 로드 언로드부 (1)의 언로드포트에 얹어 놓여져 있는 카세트(1-1)에 수납한다.
상기예에서는 도 29에 나타내는 구성의 기판처리장치로 시드층(107) 및 Cu 도금막(106)을 성막하는 예를 나타내었으나, 도 29에 나타내는 구성의 기판처리장치에 의해 회로패턴의 컨택트홀(103) 또는 홈(104)이 형성된 반도체기판(W) 위에 배리어층(105), 시드층(107) 및 Cu 도금막(106)을 형성하고, 연마하여 회로배선을 형성할 수 있다.
배리어층(105)의 형성전의 반도체기판(W)을 수용한 카세트(1-1)를 로드 언로드부(1)의 로드포트에 얹어 놓는다. 제 1 로봇(3)으로 카세트(1-1)로부터 반도체기판(W)을 인출하고 시드층 성막유닛(27)에 반입하여 배리어층(105)과 시드층(107)의 성막을 행한다. 배리어층(105)과 시드층(107)의 성막은 무전해도금법으로 행하고, 도금 후 가열하여 배리어층(105) 및 시드층(107)의 밀착성을 좋게 한다. 그 후 Cu 도금막 성막유닛(2)으로 Cu 도금막(106)을 성막한다. 그 때 도금 전후 막두께측정기(12)로 배리어층(105), 시드층(107)의 막두께를 측정한다. Cu 도금막 (106)의 형성 후의 처리는 상기한 도 29에 나타내는 기판처리장치의 처리에서 설명한 것과 동일함으로 그 설명은 생략한다.
도 30에 나타내는 기판처리장치에 있어서도 상기와 같이 회로패턴의 컨택트홀(103) 또는 홈(104)이 형성된 반도체기판(W) 위에 배리어층(105), 시드층(107)및 Cu 도금막(106)을 형성하고, 연마하여 회로배선을 형성할 수 있다.
배리어층(105) 형성전의 반도체기판(W)을 수용한 카세트(1-1)를 로드 언로드부(1)의 로드포트에 얹어 놓는다. 제 1 로봇(3)으로 로드 언로드부(1)의 로드포트에 얹어 놓여져 있는 카세트(1-1)로부터 반도체기판(W)을 인출하여 기판탑재대(21)에 싣는다. 다음으로 제 2 로봇(23)은 반도체기판(W)을 시드층 성막유닛(27)에 반송하여 배리어층(105)과 시드층(107)을 성막한다. 이 배리어층(105)과 시드층 (107)의 성막은 무전해도금으로 행한다. 제 2 로봇(23)은 배리어층과 시드층(107)이 형성된 반도체기판(W)을 도금 전후 막두께측정기(12)로 배리어층(105)과 시드층 (107)의 막두께를 측정한다. 막두께측정 후, Cu 도금막 성막유닛(2)에 반입하여 Cu 도금막(106)을 형성한다. Cu 도금막(106)의 형성 후의 처리는 상기한 도 29에 나타내는 기판처리장치의 처리에서 설명한 것과 동일함으로 그 설명은 생략한다.
또한 상기 실시형태예에서는 Cu 도금막(106)을 형성하여 회로배선을 형성하는 예를 나타내었으나, Cu 도금에 한정되는 것이 아니라, Cu 합금 또는 그 외의 금속이어도 좋다.
도 31은 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 다른 실시형태예의 평면배치구성을 나타내는 도면이다. 본 기판처리장치는 배리어층 성막유닛(111), 시드층 성막유닛(112), 도금막 성막유닛(113), 어닐링유닛(114), 제 1 세정유닛(115), 베벨·이면세정유닛(116), 덮개도금유닛(117), 제 2 세정유닛(118), 제 1 얼라이너겸 막두께측정기(141), 제 2 얼라이너겸 막두께측정기(142), 제 1 기판반전기(143), 제 2 기판반전기(144), 기판임시 테이블(145), 제 3 막두께측정기(146), 로드 언로드유닛(120), 제 1 폴리싱장치(122), 제 2 폴리싱장치(122), 제 1 로봇(131), 제 2 로봇(132), 제 3 로봇(133), 제 4 로봇(134)을 배치한 구성이다. 또한 막두께측정기(141, 142, 146)는 유닛으로 되어 있고, 다른 유닛(도금, 세정, 어닐링 등의 유닛)의 개구치수와 동일크기로 하고 있기 때문에 교체 자유롭다.
이 실시형태예에서는 배리어층 성막유닛(111)은 무전해 Ru 도금장치, 시드층성막유닛(112)은 무전해 Cu 도금장치, 도금막 성막유닛(113)은 전해도금장치를 사용할 수 있다.
도 32는 본 기판처리장치내에서 각 공정의 흐름을 나타내는 플로우차트이다. 이 플로우차트에 따라 이 장치내에서의 각 공정에 대하여 설명한다. 먼저 제 1 로봇(131)에 의해 로드 언로드유닛(120)에 얹어 놓여진 카세트(120a)로부터 인출된 반도체기판은 제 1 얼라이너겸 막두께측정기(141)내에 피도금면을 위로 하여 배치된다. 여기서 막두께계측을 행하는 포지션의 기준점을 정하기 위하여 막두께계측용 노치얼라이먼트를 행한 후, Cu 막 형성전의 반도체기판의 막두께 데이터를 얻는다.
다음으로 반도체기판은 제 1 로봇(131)에 배리어층 성막유닛(111)으로 반송된다. 이 배리어층 성막유닛(111)은 무전해 Ru 도금에 의해 반도체기판 위에 배리어층을 형성하는 장치로, 반도체장치의 층간 절연막(예를 들면, SiO2)으로의 Cu 확산방지막으로서 Ru를 성막한다. 세정, 건조공정을 거처 내보내진 반도체기판은 제 1 로봇(131)에 의해 제 1 얼라이너겸 막두께측정기(141)로 반송되어 반도체기판의막두께, 즉 배리어층의 막두께를 측정한다.
막두께 측정된 반도체기판은 제 2 로봇(132)으로 시드층 성막유닛(112)에 반입되어 상기 배리어층 위에 무전해 Cu 도금에 의해 시드층이 성막된다. 세정, 건조공정을 거쳐 내보내진 반도체기판은 제 2 로봇(132)에 의해 함침도금유닛인 도금막 성막유닛(113)으로 반송되기 전에 노치위치를 결정하기 위하여 제 2 얼라이너겸 막두께측정기(142)에 반송되어 Cu 도금용 노치의 얼라인먼트를 행한다. 여기서 필요에 따라 Cu 막 형성전의 반도체기판의 막두께를 재계측하여도 좋다.
노치얼라인먼트가 완료된 반도체기판은 제 3 로봇(133)에 의해 도금막 성막유닛(113)으로 반송되어, Cu 도금이 실시된다. 세정, 건조공정을 거쳐 내보내진 반도체기판은 제 3 로봇(133)에 의해 반도체기판 끝부의 불필요한 Cu 막(시드층)을 제거하기 위하여 베벨·이면세정유닛(116)으로 반송된다. 베벨·이면세정유닛 (116)에서는 미리 설정된 시간으로 베벨의 에칭을 행함과 동시에, 반도체기판 이면에 부착한 Cu를 플루오르산 등의 약액에 의해 세정한다. 이 때 베벨·이면세정유닛(116)으로 반송하기 전에 제 2 얼라이너겸 막두께측정기(142)로 반도체기판의 막두께측정을 실시하여 도금에 의해 형성된 Cu 막두께의 값을 얻어 두고, 그 결과에 의하여 베벨의 에칭시간을 임의로 바꾸어 에칭을 행하여도 좋다. 또한 베벨에칭에 의해 에칭되는 영역은 기판의 둘레 가장자리부로서 회로가 형성되지 않은 영역, 또는 회로가 형성되어 있더라도 최종적으로 칩으로서 이용되지 않는 영역이다. 이 영역에는 베벨부분이 포함된다.
베벨·이면세정유닛(116)에서 세정, 건조공정을 거쳐 내보내진 반도체기판은제 3 로봇(133)으로 기판반전기(143)로 반송되고, 이 기판반전기(143)로 반전되어 피도금면을 아래쪽을 향한 후, 제 4 로봇(134)에 의해 배선부를 안정화시키기 위하여 어닐링유닛(114)에 투입된다. 어닐링처리 전 및/또는 처리 후, 제 2 얼라이너겸 막두께측정기(142)에 반입하여 반도체 기판에 형성된 구리막의 막두께를 계측한다. 이 후 반도체기판은 제 4 로봇(134)에 의하여 제 1 폴리싱장치(121)에 반입되고, 반도체기판의 Cu층, 시드층의 연마를 행한다.
이때 숫돌입자 등은 소망의 것이 사용되나, 디싱(dishing)을 방지하고 표면의 평면도를 내기 위하여 고정숫돌입자를 사용할 수도 있다. 제 1 폴리싱종료 후, 반도체기판은 제 4 로봇(134)에 의해 제 1 세정유닛(115)으로 반송되어 세정된다. 이 세정은 반도체기판직경과 대략 동일한 길이를 가지는 롤을 반도체기판의 표면과 이면에 배치하고, 반도체기판 및 롤을 회전시키면서 순수 또는 탈이온수를 흘리면서 세정하는 스크랩세정이다.
제 1 세정종료 후, 반도체기판은 제 4 로봇(134)에 의해 제 2 폴리싱장치 (122)에 반입되어 반도체기판 위의 배리어층이 연마된다. 이때 숫돌입자 등은 소망의 것이 사용되나, 디싱을 방지하고, 표면의 평면도를 내기 위하여 고정숫돌입자를 사용할 수도 있다. 제 2 폴리싱종료 후, 반도체기판은 제 4 로봇(134)에 의해 다시 제 1 세정로봇(115)으로 반송되어 스크랩세정된다. 세정종료 후, 반도체기판은 제 4 로봇(134)에 의해 제 2 기판반전기(144)로 반송되고 반전되어 피도금면을 위쪽을 향하게 하고, 다시 제 3 로봇에 의해 기판 임시 탑재대(145)에 놓여진다.
반도체기판은 제 2 로봇(132)에 의해 기판 임시 탑재대(145)로부터 덮개도금유닛(117)에 반송되어 Cu의 대기에 의한 산화방지를 목적으로 Cu면 위에 니켈·붕소도금을 행한다. 덮개도금이 실시된 반도체기판은 제 2 로봇(132)에 의해 덮개도금유닛(117)으로부터 제 3 막두께측정기(146)에 반입되어 구리막두께가 측정된다. 그 후, 반도체기판은 제 1 로봇(131)에 의해 제 2 세정유닛(118)에 반입되어 순수 또는 탈이온수에 의해 세정된다. 세정이 종료된 반도체기판은 로드 언로드유닛 (120)에 얹어 놓여진 카세트(120a)내로 되돌아간다.
얼라이너겸 막두께측정기(141) 및 얼라이너겸 막두께측정기(142)는 기판노치부분의 위치결정 및 막두께의 측정을 행한다. 이 얼라이너겸 막두께측정기(142)의 개략도를 도 33 및 도 34에 나타낸다. 이 얼라이너겸 막두께측정기(142)에 있어서의 반도체기판의 움직임을 나타내는 플로우차트를 도 35에 나타낸다.
얼라이너겸 막두께측정기(142)에서는 반도체기판(W)을 회전시키면서 포토마이크로센서(142-1)에 의해 노치(Wa)를 검출하고, 임의의 위치로 노치(Wa)의 위치결정을 행한다. 예를 들면 노치(Wa)위치를 검출함으로써 막두께계측포인트의 기준위치를 정하여 처리 전과 처리 후의 계측포인트가 어긋나지 않도록 하거나 도금장치반입시의 반도체기판의 탑재방향을 정리할 수 있다.
장치구성으로서는 회전가능 진공척(142-4), 리프트(142-2) 및 노치검출용 포토마이크로센서(142-1), 막두께계측용 과전류센서(142-3) 등을 구비한다. 도 33 내지 도 35에 있어서 제 2 로봇(132)의 핸드(132-1)에 의해 반도체기판(W)을 반입한다(단계 S1). 얼라이너겸 막두께측정기(142)는 리프트(142-2)를 상승시켜 반도체기판을 리프트(142-2)로 옮겨 싣는다(단계 S2). 제 2 로봇(132)의 핸드(132-1)를 퇴피시키고(단계 S3), 리프트를 하강시킨다(단계 S4). 이에 의하여 반도체기판 (W)을 진공척(142-4) 위에 탑재한다(단계 S5).
그 후 진공척(142-4)은 회전하면서 포토마이크로센서(142-1)에 의해 노치 (Wa)를 검출하고, 그 후의 처리에 따른 임의의 위치에 노치(Wa)를 위치결정한다(단계 S6). 또 필요에 따라 과전류센서(142-3)로 반도체기판(W)의 임의 포인트의 막두께를 계측한다(단계 S7). 그 후 도금처리장치 투입시에 도금막 성막유닛(113)내에서의 반도체기판(W)의 노치(Wa)의 위치가 정위치가 되도록 반도체기판(W)을 위치결정한다(단계 S8). 그 후 진공척을 오프로 하고(단계 S9), 리프트(142-2)를 상승시킴으로써 반도체기판(W)를 옮겨 싣고(단계 S10), 제 3 로봇(133)의 핸드(133-l)를 삽입하고(단계 S11), 리프트(142-2)를 하강시켜(단계 S12), 상기 반도체기판(W)을 핸드(133-1)에 옮겨 싣고, 반도체기판(W)을 인출한다(단계 S13).
또한 도 3 및 도 34에 있어서 부호 142-6는 진공펌프이고, 진공펌프(142-6)는 로터리조인트(142-5)를 거쳐 진공척(142-4)의 흡착구멍에 접속되어 있다. 부호 142-7는 진공척(142-4)을 회전하는 모터, 부호 142-9는 과전류센서(142-3)가 설치된 아암(142-8)을 회동시키는 모터, 부호 142-10은 리프터(142-2)를 상하이동시키는 엑츄에이터이다. 또 부호 142-11는 반도체기판(W)의 임시 테이블이다. 또 얼라이너겸 막두께측정기(141)의 구성 및 동작은 얼라이너겸 막두께측정기(142)와 동일하기 때문에 그 설명은 생략한다.
무전해 Ru 도금장치인 배리어층 성막유닛(111)으로 수수된 반도체기판(W)은 먼저 촉매로서 Pd가 부여된다. Pd는 반도체기판(W)에 30 ㎖ 정도 부여되고, 처리시간은 약 1분간 정도이다. 반도체기판(W)을 수세한 후, 활성화처리를 위해 반도체기판(W)은 염산으로 처리된다. 이때 염산은 36% 액을 100 ㎖/ℓ정도의 농도로 액량 30 ㎖ 정도, 처리시간 약 1분정도이다. 다시 반도체기판(W)을 수세한 후, 무전해 Ru 도금을 행한다. 루테늄도금액은 RuCl3·xH2O가 사용된다. 기판표면 온도 85℃에서 약 10분 정도 처리된다. 그 때의 성막율은 약 2 nm/분이 된다. 이와 같이 하여 배리어층을 형성하여 수세, 스핀건조공정을 거쳐 완료가 된다. 상기한 공정에서 SiO2위에 약 20 nm의 Ru가 무전해도금으로 얻어진다.
또한 배리어층(105)의 형성은 무전해 도금만이 아니라, CVD, 스퍼터 또는 전해도금을 사용하여도 형성할 수 있다. 또 배리어층은 Ru에 한정되지 않고, TiN 등의 층간 절연막으로의 Cu의 확산방지를 달성할 수 있는 재료이면 어느쪽의 재료도 사용할 수가 있다.
시드층 성막유닛(112)인 무전해 Cu 도금은 상기 무전해 Ru 도금유닛과 동일한 장치를 사용할 수 있다. 도 36은 무전해 Cu 도금유닛의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 36에 나타내는 무전해도금장치의 구조는 본 발명의 제 2 형태의 설명에 있어서 상세하게 설명한다.
시드층 성막유닛(112)에 있어서 이면히터(315)에 의해 반도체기판(W) 자체를 직접 가열하고, 예를 들면 70℃로 유지한다. 샤워헤드(341)로부터 예를 들면 50℃로 가열된 도금액을 분출하여 반도체기판(W) 표면의 대략 전체에 도금액을 주입한다. 공급하는 도금액의 양은 반도체기판(W)의 표면에 1 mm 두께가 되는 정도로 한다. 그리고 모터(M)에 의해 반도체기판(W)을 순간적으로 회전시켜 피도금면에 균일한 액젖음을 행하고, 그 후 반도체기판(W)을 정지한 상태에서 피도금면에 도금 막을 형성한다.
시드층의 성막처리가 완료된 후, 도금회수노즐(365)의 선단을 반도체기판(W)의 표면 둘레 가장자리부의 둑부재(331)의 안쪽 근방으로 하강하여 도금액을 흡입한다. 이 때 반도체기판(W)을 예를 들면 100 rpm 이하의 회전속도로 회전시키면 반도체기판(W)의 상면에 남은 액을 원심력에 의해 둑부재(331)의 부분에 모을 수 있어 효율좋고, 또한 높은 회수율로 도금액의 회수를 할 수 있다.
그리고 유지수단(311)을 하강시켜 반도체기판(W)을 둑부재(331)로부터 떼어내어 반도체기판(W)의 회전을 개시하고, 세정액공급수단(351)의 노즐(353)로부터 세정액(초순수)을 반도체기판(W)의 피도금면에 분사하여 피도금면을 냉각함과 동시에 희석화·세정함으로써 무전해도금반응을 정지시킨다. 다음으로 모터(M)에 의해 반도체기판(W)을 고속회전하여 스핀건조한 후, 이 반도체기판(W)을 유지수단(311)으로부터 인출한다.
상기 무전해도금액으로서는 CuSO4·5H2O에 착화제로서 EDTA·4Na, 환원제로서 HCHO를 포함하여 pH 조정용 알칼리로서 NaOH를 pH가 12.5가 되도록 포함하고, 다시 α, α'-디피리딜을 포함하고 있다. 도금온도는 40 내지 80℃ 정도이다. 또한 시드층의 형성은 무전해도금뿐만 아니라, CVD, 스퍼터 또는 전해도금에 의해 형성하는 것도 가능하다.
베벨·이면세정유닛(116)은 에지(베벨) Cu 에칭과 이면세정을 동시에 행할 수 있고, 또 기판표면의 회로형성부의 구리의 자연산화막의 성장을 억제하는 것이 가능하다. 도 37에 베벨·이면세정유닛(116)의 개략도를 나타낸다. 도 37에 나타내는 바와 같이 베벨·이면세정유닛(116)은 바닥이 있는 원통형상의 방수커버(220)의 내부에 위치하여 기판(W)을 페이스업하여 그 둘레 가장자리부의 원주방향을 따른 복수개소에서 스핀척(221)에 의해 수평으로 유지하여 고속회전시키는 기판유지부(222)와, 이 기판유지부(222)로 유지된 기판(W)의 표면측의 대략 중앙부 위쪽에 배치된 센터노즐(224)과, 기판(W)의 둘레 가장자리부의 위쪽에 배치된 에지 노즐 (226)을 구비하고 있다. 센터노즐(224) 및 에지노즐(226)은 각각 하향으로 배치되어 있다. 또 기판(W)의 이면측의 대략 중앙부의 아래쪽에 위치하여 백노즐(228)이 상향으로 배치되어 있다. 상기 에지노즐(226)은 기판(W)의 직경방향 및 높이방향을 이동자유롭게 구성되어 있다.
이 에지노즐(226)의 이동폭(L)은 기판의 바깥 둘레 끝면으로부터 중심부방향으로 임의의 위치결정이 가능하게 되어 있고, 기판(W)의 크기나 사용목적 등에 맞추어 설정치의 입력을 행한다. 통상 2 mm 내지 5 mm의 범위에서 에지커트폭(C)을 설정하고, 이면으로부터 표면으로의 액의 돌아듦량이 문제가 되지 안는 회전수 이상이면 그 설정된 커트폭(C) 내의 구리막을 제거할 수 있다.
다음으로 이 세정장치에 의한 세정방법에 대하여 설명한다. 먼저 기판을 스핀척(221)을 거쳐 기판유지부(222)로 수평으로 유지한 상태에서 반도체기판(W)을 기판유지부(222)와 일체로 수평회전시킨다. 이 상태에서 센터노즐(224)로부터 기판(W)의 표면측의 중앙부에 산용액을 공급한다. 이 산용액으로서는 비산화성의 산 이면 좋고, 예를 들면 플루오르산, 염산, 황산, 구연산, 옥산 등을 사용한다. 한편 에지지노즐(226)로부터 기판(W)의 둘레 가장자리부에 산화제용액을 연속적 또는 간헐적으로 공급한다. 이 산화제용액으로서는 오존수, 과산화수소수, 질산수, 차아염소산나트륨수 등의 어느 하나를 사용하거나 또는 그들의 조합을 사용한다.
이에 의하여 반도체기판(W)의 둘레 가장자리부(C)의 영역에서는 상면 및 끝면에 성막된 구리막 등은 산화제용액으로 급속하게 산화되고, 동시에 센터노즐 (224)로부터 공급되어 기판의 표면 전면으로 퍼지는 산용액에 의해 에칭되어 용해제거된다. 이와 같이 기판 둘레 가장자리부에서 산용액과 산화제용액을 혼합시킴으로써 미리 그들 혼합수를 노즐로부터 공급하는 데에 비하여 급격한 에칭프로필을 얻을 수 있다. 이 때 그들의 농도에 의해 구리의 에칭율이 결정된다. 또 기판 표면의 회로형성부에 구리의 자연산화막이 형성되어 있는 경우, 이 자연산화물은 기판의 회전에 따라 기판의 표면 전면에 걸쳐 퍼지는 산용액으로 즉시 제거되어 성장하는 일은 없다. 즉 표면으로부터 HF를 흘림으로써 도금 시에 형성된 표면의 산화구리를 제거할 수 있고, 또 에칭중에도 산화막의 형성이 일어나지 않는다. 반도체기판의 표면에 구리의 산화막이 존재하면 CMP 시에 산화구리의 부분만 먼저 연마되어 버리기 때문에 CMP 후의 표면의 평탄성에 악영향을 주나, 이와 같이 구리의 산화막을 제거함으로써 이와 같은 폐해를 회피할 수 있다.
또한 센터노즐(224)로부터의 산용액의 공급을 정지한 후, 에지노즐(226)로부터의 산화제용액의 공급을 정지함으로써 표면에 노출되어 있는 실리콘을 산화하여구리의 부착을 억제할 수 있다. 즉 예를 들면 Si와 같은 활성면이 노출하는 기판의 경우에는 H2O2를 나중에 정지하여 표면을 산화되어 불활성화함으로써 그 후의 CMP에서 스크래치의 원인이 되는 큰 파티클의 흡착을 방지할 수 있다.
이와 같이 H2O2로 구리를 산화하고, 그 산화한 구리를 HF로 제거하는 공정을 반복함으로써 혼합액을 사용하여 구리의 산화와 제거를 동시에 행하는 경우와 비교하여 구리의 제거율을 향상시킬 수 있다.
한편, 백노즐(228)로부터 기판의 이면 중앙부에 산화제용액과 실리콘산화막 에칭제를 동시 또는 교대로 공급한다. 이에 의하여 반도체기판(W)의 이면측에 금속형상으로 부착하고 있는 구리 등을 기판의 실리콘마다 산화제용액으로 산화하여 실리콘산화막 에칭제로 에칭하여 제거할 수 있다. 또한 이 산화제용액으로서는 표면에 공급하는 산화제용액과 동일한 것으로 하는 쪽이 약품의 종류를 적게 하는 데 바람직하다. 또 실리콘 산화막에칭제로서는 플루오르산을 사용할 수 있고, 기판 표면측의 산용액도 플루오르산을 사용하면 약품의 종류를 적게 할 수 있다. 이에 의하여 산화제 공급을 먼저 정지하면 ㅅ수면이 얻어지고, 에칭제용액을 먼저 정지하면 포수면(친수면)이 얻어져 그 후의 공정의 요구에 따른 이면으로 조정할 수도 있다.
이와 같이 산용액 즉 에칭액을 기판에 공급하여 기판(W)의 표면에 잔류하는 금속이온을 제거한 후, 다시 순수를 공급하여 순수치환을 행하여 에칭액을 제거하고, 그 후 스핀건조를 행한다. 이와 같이 하여 반도체기판 표면의 둘레 가장자리부의 에지커트폭(C) 내의 구리막의 제거와 이면의 구리오염제거를 동시에 행하고, 이 처리를 예를 들면 80초 이내에 완료시킬 수 있다. 또한 에지의 에칭커트폭을 임의(2 mm 내지 5 mm)로 설정하는 것이 가능하나, 에칭에 요하는 시간은 커트폭에 의존하지 않는다.
이 베벨·이면세정유닛(116)의 반도체기판의 유지에 도 5에 나타내는 회전유지장치가 사용된다.
도금 후의 CMP 공정 전에 어닐링처리를 행하는 것이 이 후의 CMP 처리나 배선의 전기특성에 대하여 좋은 효과를 나타낸다. 어닐링없음으로 CMP 처리 후에 폭이 넓은 배선(수 ㎛단위)의 표면을 관찰하면 마이크로보이드와 같은 결함이 다수 보여 배선 전체의 전기저항을 증가시켰으나, 어닐링을 행함으로써 이 전기저항의 증가는 개선되었다. 어닐링없음의 경우네 가는 배선에는 보이드가 보이지 않았던 것에 의하여 입자성장의 정도를 묻고 있음을 생각할 수 있다. 즉 가는 배선에서는 입자성장이 일어나기 어려우나, 폭이 넓은 배선에서는 입자성장에 따라 어닐링처리에 따르는 그레인성장의 과정에서, 도금막중의 SEM(주사형 전자현미경)으로도 볼 수 없을 정도의 초미세 포어가 집결하면서 위로 이동함으로써 배선 상부에 마이크로보이드모양의 오목부가 생긴다는 추측을 할 수 있다. 어닐링유닛(114)의 어닐링조건으로서는 가스의 분위기는 수소를 첨가(2% 이하), 온도는 300 내지 400℃ 정도에서 1∼5분간으로 상기의 효과가 얻어졌다.
도 77 및 도 78은 어닐링유닛(114)을 나타내는 것으로, 이 어닐링유닛(114)은 반도체기판(W)을 출입하는 게이트(1000)를 갖는 챔버(1001)의 내부에 위치하여반도체기판(W)을 예를 들면 400℃로 가열하는 핫플레이트(1004)와, 예를 들면 냉각수를 흘려 반도체기판(W)을 냉각하는 쿨플레이트(1006)가 상하에 배치되어 있다. 또 쿨플레이트(1006)의 내부를 관통하여 상하방향으로 연장되고, 상단에 반도체기판(W)을 탑재유지하는 복수의 승강핀(1008)이 승강자유롭게 배치되어 있다. 또한 어닐링시에 반도체기판(W)과 핫플레이트(1004) 사이에 산화방지용 가스를 도입하는 가스도입관(1010)과, 이 가스도입관(1010)으로부터 도입되어 반도체기판(W)과 핫플레이트(1004)와의 사이를 흐른 가스를 배기하는 가스배기관(1012)이 핫플레이트 (1004)를 사이에 두고 서로 대치하는 위치에 배치되어 있다.
가스도입관(1010)은 내부에 필터(1014a)를 가지는 N2가스도입로(1016)내를 흐르는 N2가스와, 내부에 필터(1014b)를 가지는 H2가스도입로(1018)내를 흐르는 H2가스를 혼합기(1020)로 혼합하고, 이 혼합기(1020)로 혼합한 가스가 흐르는 혼합가스도입로(1022)에 접속되어 있다.
이에 의하여 게이트(1000)를 통하여 챔버(1002)의 내부에 반입한 반도체기판 (W)을 승강핀(1008)으로 유지하고, 승강핀(1008)을 이 승강핀(1008)으로 유지한 반도체기판(W)과 핫플레이트(1004)와의 거리가, 예를 들면 0.1 내지 1.0 mm 정도가 될 때까지 상승시킨다. 이 상태에서 핫플레이트(1004)를 거쳐 반도체기판(W)을 예를 들면 400℃가 되도록 가열하고, 동시에 가스도입관(1010)으로부터 산화방지용 가스를 도입하여 반도체기판(W)과 핫플레이트(1004) 사이를 흘러 가스배기관(1012)으로부터 배기한다. 이에 의하여 산화를 방지하면서 반도체기판(W)을 어닐링하고,이 어닐링을 예를 들면 수십초 내지 60초 정도 계속하여 어닐링을 종료한다. 기판의 가열온도는 100 내지 600℃가 선택된다.
어닐링종료 후, 승강핀(1008)을 이 승강핀(1008)으로 유지한 반도체기판(W)와 쿨플레이트(1006)와의 거리가 예를 들면 0 내지 0.5 mm 정도가 될 때까지 하강시킨다. 이 상태에서 쿨플레이트(1006)내에 냉각수를 도입함으로써 반도체기판(W)의 온도가 100℃ 이하가 될 때까지 예를 들면 10 내지 60초 정도, 반도체기판을 냉각하고, 이 냉각종료 후의 반도체기판을 다음공정으로 반송한다.
또한 이 예에서는 산화방지용 가스로서 N2가스와 수%의 H2가스를 혼합한 혼합가스를 흘리도록 하고 있으나, N2가스만을 흘리도록 하여도 좋다. 상기 구성의 기판처리장치의 특징을 예로 하면 하기와 같이 된다.
각 성막유닛내에서 전처리·세정·건조까지를 행할 수 있어 다음 공정에 오염물질을 가지고 들어 가지 않는다.
본 장치에 탑재되어 있는 각 유닛에서는 다양한 약액을 사용하고 있다. 또한 동일 유닛이더라도 공정의 차이에 따라 다른 약액이 선택되는 경우도 있다. 다른 약액이 혼합되면 약액의 처리효과가 변화하거나 화합물의 결정이 석출되어 처리중의 기판에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 그 다음에 들어 오는 다음 반도체기판의 공정처리에 영향을 미치는 것도 생각할 수 있다. 또 반송수단이 로봇핸드인 경우에 있어서는 핸드가 오염되기 때문에 기판에는 반송때마다 여러가지의 약액이 부착하게 된다.
그 때문에 본 장치에 있어서는 다음 유닛, 즉 반도체제조장치의 다음 공정으로 옮기기 전에 유닛내에서 반도체기판에 처리약액을 남기지 않는 처리를 실시하고 나서 반출함으로써 약액을 다른 유닛으로 가지고 들어 가지 않는 것을 특징으로 하고 있다. 예를 들면 배리어층의 성막공정인 무전해 도금유닛으로부터 배선매립을 위한 도금공정을 실시하는 전해도금유닛으로 기판을 옮길 때는 무전해도금유닛내에서 세정처리, 건조처리를 거침으로써 알카리성의 무전해도금액을 산성의 도금액을 취급하는 전해도금유닛으로는 가지고 들어 가지 않도록 하고 있다.
또 도금공정으로부터 CMP 공정으로 옮길 때에는 CMP 로 산성의 도금액을 가지고 들어 가지 않도록 전해도금유닛내에서 도금처리 외에 세정처리, 건조처리의 실시를 행하고 있다.
또 배선매립을 위한 도금공정을 실시하는 도금막 성막유닛(113)에 있어서는 계면활성제나, 프리코팅 등의 처리가 가능한 것이 특징이다. 이로써 도금막 성막유닛(113)내(단일 유닛내)에서 전해도금 직전에 전처리를 행할 수 있기 때문에 미세 구멍으로의 액넣기가 개선된다. 또 도금막 성막유닛(113)내(단일 유닛내)에 세정기구나 스핀건조기구를 가지고 있기 때문에, 셀간 이동시 반도체기판(W)을 액떨굼 또는 건조라는 소망의 습윤상태로 할 수 있다. 특히 이 세정기구와 스핀건조기구는 반도체기판의 세정과 건조 뿐만 아니라, 시일제나 캐소드접점도 마찬가지로 세정, 건조를 행할 수 있기 때문에 이들 소모부재의 교환빈도가 현져하게 적어져 장치 전체의 연속가동시간이 늘어나는 효과가 있다.
유연한 유닛의 탑재, 공정의 구축이 단시간으로 가능하다. 도 38a 내지 도38d, 도 39a 및 도 39b, 도 40a 및 도 40b는 기판처리장치에 있어서의 각 탑재유닛을 서로 교체 자유롭게 한 구성예를 나타내는 도면이다. 도 38a 및 도 38b는 본 기판처리장치를 구성하는 각 유닛을 탑재하는 탑재판의 평면도, 도 38c는 정면도, 도 38d는 도 38b의 A-A 단면도이다. 도 39a는 본 기판처리장치의 각 유닛정면도, 도 39b는 도 39a의 B-B 단면도이다. 도 40a는 본 기판처리장치의 각 유닛을 탑재판에 탑재한 상태를 나타내는 정면도, 도 40b는 도 40a의 C-C 단면도이다.
도시하는 바와 같이 본 기판처리장치의 각 유닛(301)을 탑재하는 탑재판 (300)의 상면에는 각 유닛(301)의 개구치수(D)보다 좁은 간격으로 2개의 레일(예를 들면 SUS 재로 이루어짐)(302, 302)가 평행하게 탑재판(300)에 매립 배치[탑재판 (300)의 상면과 레일(302, 302)의 상면이 대략 동일 높이]되어 있고, 그 중간에 1개의 가이드봉(예를 들면 나일론수지재로 이루어짐)(303)이 탑재판(300) 상면으로부터 돌출하여 배치되어 있다. 또 각 유닛(301)의 바닥은 2중 바닥과 같이 되어 있고, 상 바닥부(305)에는 4개의 롤러(304)가 나사(308)로 설치되어 있음과 동시에 하 바닥부(306)에 가이드봉(303)에 걸어맞추는 홈(307)이 설치되어 있다. 각 롤러(304)는 나사(308)로 그 높이를 조정할 수 있게 되어 있다.
나사(308)를 조정하여 각 롤러(304)의 바닥부가 하 바닥부(306)로부터 약간(예를 들면 1 mm 정도)돌출하는 상태로 조정한다. 이 상태에서 유닛(301)의 하 바닥부(306)의 홈(307)에 가이드봉(303)이 걸어맞춰지도록 유닛(301)을 삽입하면, 유닛(301)은 가이드봉에 안내되어 소정의 위치에 수납된다. 이 상태에서는 도 40a에 나타내는 바와 같이 하 바닥부(306)와 탑재판(300)의 상면의 사이에는 롤러(304)의돌출분에 상당하는 간극(d)이 있다. 각 유닛(301)이 소정의 위치에 수납된 상태에서 각 나사(308)를 느슨하게 하여 각 롤러(304)를 당겨 들임으로써 유닛(301)의 하 바닥부(306)의 탑재판(300)의 상면에 맞닿는다(도시는 생략). 이 상태에서 도시 생략한 고정비스로 각 유닛(301)을 탑재판(300)에 고정한다.
각 유닛은 반송로봇(131 내지 134)(도 31참조)의 방향으로 각각의 반입, 반출구가 향하도록 탑재되어 있다. 그 때의 유닛(300)의 로봇면측의 폭, 즉 개구치수(D)는 동일사이즈로 되어 있다. 탑재시는 상기와 같이 본 장치의 탑재판(300)의 유닛탑재면에 레일(302, 302)을 따라 삽입함으로써, 용이하게 탑재할 수 있다. 또 탑재된 유닛(301)을 장치 본체로부터 떼어 낼 때는 반대방향으로 당기도록 하면 된다.
반도체제조의 분야에 있어서는 기술의 혁신은 일진월보(日進月步)이나, 상기와 같이 장치를 구성하는 각 유닛(301)을 용이하게 교환할 수 있는 구조로 함으로써 장치 전체를 교체하는 일 없이 일부 유닛(301)을 새로운 유닛과 용이하게 교환할 수 있다. 이에 의하여 장치 전체의 기능의 갱신이 단기간, 저비용으로 대응할 수 있다. 또 이와 같은 유닛(301)의 교환을 전제로 제어계도 용이하게 대응할 수 있는 설계로 되어 있다. 본 장치에 있어서는 탑재된 유닛(301)에 대하여 공정처리를 실시하거나 또는 실시하지 않거나(유닛의 스킵기능) 반도체기판(W)의 처리경로(유닛의 사용순서)를 자유롭게 설정하는 것이 가능하다. 따라서 유닛이 교환되었을 때 뿐만 아니라, 다른 공정으로 처리하고 싶은 경우에 있어서 장치 전체가 유연하게 대응가능하게 된다.
특히 최근의 다품종, 소량생산에 대응하여 소규모라인을 다종류 가지는 것이 중요하게 되어 오고 있기 때문에 필요한 유닛을 용이하게 자유롭게 조합할 수 있는 상기 구조는 특히 유용하다.
도 41은 본 발명에 관한 기판처리장치의 다른 실시형태의 평면배치구성을 나타내는 도면이다. 본 기판처리장치는 디지털정보 가전기기에 요구되는 시스템 LSI의 제조와 같이 소규모이고 다품종, 소량생산에 적용할 수 있는 기판처리장치이다. 본 기판처리장치는 제 1 로봇(406) 및 제 2 로봇(407)을 둘러싸도록 제 1 도금막 성막유닛(401), 제 2 도금막 성막유닛(402), 베벨·이면세정유닛(403), 어닐링유닛 (404), 얼라이너겸 막두께측정유닛(405), 로드/언로드부(408)가 배치된 구성이다. 로드/언로드부(408)에는 2대의 인덱서(409, 409)가 배치되어 각각에 카세트(410)가 탑재 가능하게 되어 있다. 또한 도 41에 있어서 부호 411은 약액공급유닛, 412는 전장유닛, 413은 터치패널, 414는 급기 또는 배기용 덕트이다.
상기 인덱서(409)는 탑재된 카세트(410)를 상승, 하강시킬 수 있어 제 1 로봇(406)이 인출하는 기판에 맞추어 높이 방향의 위치결정을 행하는 기구이고, 제 1 로봇(406)은 동일한 높이위치에 엑세스한다. 본 기판처리장치에서는 다른 장치로 배리어층, 시드층이 형성된 기판을 제 1 로봇(406)이 인덱서(409) 위의 카세트 (410)로부터 인출하고, 얼라이너겸 막두께측정유닛(405)으로 반송한다. 이 얼라이너겸 막두께측정유닛(405)으로 노치의 얼라이먼트 및 성막전의 막두께측정을 실시한 후, 제 2 로봇(407)이 이 얼라이너겸 막두께측정유닛(405)으로부터 기판을 인출하여 제 1 도금막 성막유닛(401) 또는 제 2 도금막 성막유닛(402)으로 반송하고,여기에서 구리도금이 실시된다.
구리도금이 완료된 기판은 제 2 로봇(407)이 얼라이너겸 막두께측정유닛 (405)으로 반송하고, 이 얼라이너겸 막두께측정유닛(405)으로 도금 후의 기판의 막두께측정을 행한다. 제 1 로봇(406)이 얼라이너겸 막두께측정유닛(405)의 기판을 인출하고, 베벨·이면세정유닛(403)으로 반송한다. 이 베벨·이면세정유닛(403)으로 기판을 세정한 후, 어닐링유닛(404)으로 반송한다. 어닐링유닛(404)으로 기판을 어닐링한 후, 제 1 로봇(406)은 세정 후의 기판을 인덱서(409) 위의 카세트 (410)에 되돌린다.
제 1 도금막 성막유닛(401)과 제 2 도금막 성막유닛(402)을 동일한 공정에 설정하여 복수의 기판의 도금처리를 병행하여 실시하도록 하여도 좋다. 또 제 1 도금막 성막유닛(401)과 제 2 도금막 성막유닛(402)에 다른 공정을 구분하여 사용하여 어느 공정일 때는 한쪽을 정지하여 두고, 또 한쪽만을 사용하여도 좋다. 또 어닐링유닛(404), 베벨·이면세정유닛(403)을 다른 공정을 행하기 위한 도금막 성막유닛으로 변경할 수도 있다.
본 기판처리장치에 있어서 제 1 도금막 성막유닛(401) 및 제 2 도금막 성막유닛(402)의 제 2 로봇(407)에 면하고 있는 측(401a, 402a)의 폭, 즉 개구치수(D)는 어닐링유닛(404)이나 베벨·이면세정유닛(403), 얼라이너겸 막두께측정유닛 (405), 도 16의 세정유닛(115, 118), 시드층 성막유닛(112), 배리어층 성막유닛 (111), 덮개도금유닛(117), 얼라이너겸 막두께측정유닛(141, 412), 막두께측정유닛 (146), 기판반전기(143, 144), 임시 테이블(145) 등의 개구치수와 동일크기로 하고있기 때문에(도면상은 개구치수는 동일크기로는 도시되어 있지 않은 부분도 있으나), 새로운 공정을 도입하는 경우에도 용이하게 이들 유닛을 다른 유닛으로 교환하는 것이 가능하기 때문에 단시간이고도 저비용으로 장치의 갱신이 가능하다. 또 얼라이너겸 막두께측정유닛(405)도 다른 유닛의 개구치수와 동일크기로 하고 있기 때문에 교체가 자유롭다.
도 42는 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 다른 실시형태예의 평면배치구성을 나타내는 도면이다. 본 반도체기판처리장치가 도 41에 나타내는 반도체기판처리장치와 다른 점은 도 38의 어닐링유닛(404)이 없는 것 뿐이며, 그외는 도 41의 반도체기판처리장치와 동일구성이므로 그 설명은 생략한다.
상기 기판처리장치의 레이아웃을 주로 하여 복수의 기판처리장치를 공장내에 설치하고, 각각에 탑재하는 유닛의 구성을 변화시킴으로써 다른 배선공정으로 사용하는 것도 가능하다. 일시적으로 많은 생산을 요구받은 경우는 급하게 동일유닛으로 구성한 기판처리장치로 개조하여 대응하는 것도 가능하다.
또한 도 41 또는 도 42에 나타내는 반도체기판처리장치에 있어서는 제 1 로봇(406)과 제 2 로봇(407)의 2대의 로봇을 구비한 예를 나타내고 있으나, 1대의 로봇으로 되도록 할 수도 있다.
또 1대의 로봇의 주위에 도금유닛 및 세정유닛(스핀린스 드라이유닛) 등을 반도체웨이퍼의 스루풋 등을 고려하여 적절히 복수대 배치하도록 하여도 좋다. 예를 들면 1대의 로봇의 주위에 3대의 도금유닛과 3대의 세정유닛을 배치할 수 있다. 또 세정유닛(스핀린스 드라이유닛) 대신에 베벨에칭유닛을 배치하여도 좋다. 도금유닛은 도 12 내지 도 16에 나타내는 바와 같은 소위 페이스업형의 도금유닛이어도 좋고, 또 도 59 내지 도 66에 나타내는 바와 같은 소위 페이스다운형의 도금유닛이어도 좋다.
도 43은 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 다른 실시형태예의 평면배치구성을 나타내는 도면이다. 본 기판처리장치는 제 1 로봇(600) 및 제 2 로봇(602)을 둘러싸도록 로드 언로드부(604), 2기의 어닐링유닛(606) 및 세정유닛(608)이 배치되고, 또한 세정유닛(608)의 4기의 도금막 성막유닛(610)에 둘러싸인 위치에 제 3 로봇(612)이 배치된 구성이다. 또한 각 도금막 성막유닛(610)에 도금액을 공급하는 약액공급시스템(614)이 구비되어 있다. 이 세정유닛(608)은 상기 도 3 내지 도 6에 나타내는 회전유지장치를 구비하고 있다.
상기한 실시형태의 설명에 있어서는 Cu도금막(106)을 전해도금에 의해 형성하는 예를 설명하였으나, Cu도금막(106)을 무전해도금에 의해 형성할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 제 1 형태에 의하면 이하에 열거하는 바와 같은 우수한 효과가 얻어진다.
(1) 표면에 배선패턴용 홈 및/또는 구멍이 형성되고, 그 위에 배리어층, 급전시드층이 형성된 반도체기판에 금속도금을 실시하여 이 배리어층, 급전시드층 및 금속도금막을 연마제거하여 세정 및 건조하여 회로배선을 형성하는 처리가 하나의 장치에서 연속하여 할 수 있기 때문에 각각의 처리공정을 각각의 장치로 행하는 경우와 비교하여 전체가 콤팩트해져 설치공간을 필요로 하지 않고 장치의 초기비용, 운전비용을 낮게 할 수 있고, 또한 짧은 처리시간으로 회로배선을 형성할 수 있다.
(2) 표면에 배선패턴용 홈 및/또는 구멍이 형성되고, 그 위에 배리어층이 형성된 반도체기판에 급전시드층 및 금속도금막을 실시하여 이 급전시드층 및 금속도금막을 연마제거하고 세정건조하여 회로배선을 형성하는 처리가 하나의 장치에서 연속하여 할 수 있기 때문에 각각의 처리공정을 각각의 장치로 하는 경우와 비교하여 전체가 콤팩트하게 되어 넓은 설치공간을 필요로 하지 않고, 장치의 초기비용 운전비용을 낮게 할 수 있고, 또한 짧은 처리시간으로 회로배선을 형성할 수 있다.
(3) 표면에 배선패턴용 홈 및/또는 구멍이 형성된 반도체기판에 배리어층, 급전시드층 및 금속도금막을 실시하여 이 배리어층, 급전시드층 및 금속도금막을 연마제거하고 세정 및 건조하여 회로배선을 형성하는 처리가 하나의 장치에서 연속하여 할 수 있기 때문에 각각의 처리공정을 각각의 장치로 하는 경우와 비교하여 전체가 콤팩트해져 넓은 공간을 필요로 하지 않고, 장치의 초기비용, 운전비용을 낮게 할 수 있고, 또한 짧은 처리시간으로 회로배선을 형성할 수 있다.
(4) 막두께측정부 및 잔막측정부에서 측정한 막두께, 잔막이나 각 층의 초기의 막두께의 측정결과를 기록함으로써 다음 공정의 처리시간을 제어하거나 각 처리공정의 양부(良否)상태나 회로배선형성처리가 종료한 반도체기판의 양부 등을 판단하는 데이터로서 이용할 수 있다.
(5) 기판처리공정의 변경에 용이하게 대응할 수 있고, 기판처리장치 전체의 기능의 갱신이 단시간으로 저비용으로 대응할 수 있는 기판처리장치를 제공할 수 있다.
(6) 기판유지부로 반도체기판을 상향으로 유지한 상태에서 피도금면과 전극아암부의 애노드와의 사이에 도금액을 채워 도금처리를 행하고, 도금처리 후에 피도금면과 전극아암부의 애노드와의 사이의 도금액을 제거함과 동시에 전극아암부를 상승시켜 피도금면을 해방시킴으로써 기판유지부로 반도체기판을 유지한 채로 도금 처리의 전후에 도금에 부대한 전처리나 세정·건조처리라는 다른 처리를 행할 수 있다.
(7) 도금유닛으로 프리코팅처리, 도금처리, 수세처리를 할 수 있기때문에 시간효율이 좋다.
(8) 각 유닛의 교체가 자유롭게 구성되어 있기 때문에 기판처리공정의 변경에 자유롭고 용이하게 대응할 수 있고, 기판처리장치 전체의 기능의 갱신이 단시간으로 저비용으로 대응할 수 있다.
(9) 표면에 배선패턴용 홈 및/또는 구멍이 형성되고, 그 위에 배리어층, 급전시드층이 형성된 반도체기판에 금속도금을 실시하여 상기 배리어층, 급전시드층및 금속도금막을 연마제거하고 세정 및 건조하여 회로배선을 형성하는 처리가 하나의 장치에서 연속하여 할 수 있기 때문에 각각의 처리공정을 각각의 장치로 행하는 경우와 비교하여 전체가 콤팩트하게 되어 넓은 설치공간을 필요로 하지 않고, 장치의 초기비용, 운전비용을 낮게 할 수 있고, 또한 짧은 처리시간으로 회로배선을 형성할 수 있다.
(10) 표면에 배선패턴용 홈 및/또는 구멍이 형성되고, 그 위에 배리어층이 형성된 반도체기판에 급전시드층 및 금속도금막을 실시하여 이 급전시드층 및 금속도금막을 연마제거하고, 세정건조하여 회로배선을 형성하는 처리를 연속하여 할 수있기 때문에 짧은 처리시간으로 회로배선을 형성할 수 있다.
(11) 표면에 배선패턴용 홈 및/또는 구멍이 형성된 반도체기판에 배리어층, 급전시드층 및 금속도금막을 실시하여 이 급전시드층 및 금속도금막을 연마제거하고 세정건조하여 회로배선을 형성하는 처리를 연속하여 할 수 있기 때문에 짧은 처리시간으로 회로배선을 형성할 수 있다.
다음으로 본 발명의 제 2 형태를 도 36, 도 44a 내지 도 44c 및 도 45를 참조하여 설명한다. 이 실시형태에 이와 같은 무전해 도금장치는 예를 들면 반도체기판(W)의 표면에 무전해 구리도금을 실시하여 구리층으로 이루어지는 시드층이나 배선을 형성하는 데 사용된다. 이 도금공정의 일례를 도 44a 내지 도 44c를 참조하여 설명한다.
반도체기판(W)에는 도 44a에 나타내는 바와 같이 반도체소자가 형성된 기판 (101)의 도전층(101a)의 위에 SiO2로 이루어지는 절연막(102)이 퇴적되고, 리소그래피에칭기술에 의해 컨택트홀(103)과 배선용 홈(104)이 형성되며, 그 위에 TiN 등으로 이루어지는 배리어층(105), 다시 그 위에 무전해 구리도금에 의해 시드층(107)이 형성된다. 또 시드층(107)은 스퍼터 등에 의해 미리 형성하여 두고, 이 시드층 (107)의 위에 이것을 보강하기 위하여 보강시드층을 무전해 구리도금에 의해 형성하는 경우도 있다. 그리고 도 44b에 나타내는 바와 같이 반도체기판(W) 표면에 구리도금을 실시함으로써 반도체기판(W)의 컨택트홀(103) 및 홈(104)내에 구리를 충전시킴과 동시에 절연막(102) 위에 구리층(106)을 퇴적시킨다. 그 후 화학적 기계적 연마(CMP)에 의해 절연막(102) 위의 구리층(106)을 제거하여 도 44c에 나타내는 바와 같이 컨택트홀(103) 및 배선용 홈(104)에 충전한 구리층(106)의 표면과 절연막(102)의 표면을 대략 동일평면으로 하고, 노출하는 금속표면의 위에 배선보호막(108)을 형성한다. 상기 보강시드층은 상기한 바와 같이 무전해도금에 의해 성막할 수도 있으나, 전해도금에 의해 성막하는 경우에는 본 발명에 기재된 금속도금막 성막유닛에 의해 성막할 수도 있으나, 기판의 피도금면을 아래쪽을 향하여 유지하여 전해도금을 행하는, 소위 컵식의 전해도금유닛에 의해 성막할 수도 있다.
도 36은 본 발명의 무전해도금장치의 개략구성도이다. 도 36에 나타내는 바와 같이 이 무전해도금장치는 피도금부재인 반도체기판(W)을 그 상면에 유지하는 유지수단(311)과 유지수단(311)에 유지된 반도체기판(W)의 피도금면(상면)의 둘레 가장자리부에 맞닿아 이 둘레 가장자리부를 시일하는 둑부재(도금액 유지기구) (331)와, 둑부재(331)로 그 둘레 가장자리부를 시일된 반도체기판(W)의 피도금면에 도금액(무전해 도금처리액)을 공급하는 샤워헤드[무전해 도금처리액(분산)공급수단](341)를 구비하고 있다. 무전해 도금장치는 다시 유지수단(311)의 상부 바깥 둘레 근방에 설치되어 반도체기판(W)의 피도금면에 세정액을 공급하는 세정액공급수단(351)와, 배출된 세정액 등(도금폐액)을 회수하는 회수용기(361)와, 반도체기판(W) 위에 유지한 도금액을 흡인하여 회수하는 도금액 회수노즐(365)과, 상기 유지수단(311)을 회전구동하는 모터(회전구동수단)(M)를 구비하고 있다. 이하 각 부재에 대하여 설명한다.
유지수단(311)은 그 상면에 반도체기판(W)을 얹어 놓고 유지하는 기판탑재부 (313)를 설치하고 있다. 이 기판탑재부(313)는 반도체기판(W)를 얹어 놓고 고정하도록 구성되어 있고, 구체적으로는 반도체기판(W)을 그 이면측에 진공흡착하는 도시 생략한 진공흡착기구를 설치하고 있다. 한편 기판탑재부(313)의 이면측에는 면형상으로서 반도체기판(W)의 피도금면을 하면측으로부터 따뜻하게 하여 보온하는 이면히터(가열수단)(315)가 설치되어 있다. 이 이면히터(315)는 예를 들면 러버히터에 의해 구성되어 있다. 이 유지수단(311)은 모터(M)에 의해 회전구동됨과 동시에, 도시 생략한 승강수단에 의해 상하이동할 수 있도록 구성되어 있다.
둑부재(331)는 통형상으로서 그 하부에 반도체기판(W)의 바깥 둘레가장자리를 시일하는 시일부(333)를 설치하고, 도시한 위치로부터 상하이동하지 않도록 설치되어 있다.
샤워헤드(341)는 선단에 다수의 노즐을 설치함으로써 공급된 도금액을 샤워형상으로 분산하여 반도체기판(W)의 피도금면에 대략 균일하게 공급하는 구조의 것이다. 또 세정액공급수단(315)은 노즐(353)로부터 세정액을 분출하는 구조이다.
도금액회수노즐(365)은 상하이동 또한 선회할 수 있도록 구성되어 있어 그 선단이 반도체기판(W)의 상면 둘레 가장자리부의 둑부재(331)의 안쪽으로 하강하여 반도체기판(W) 위의 도금액을 흡인하도록 구성되어 있다.
다음에 이 무전해도금장치의 동작을 설명한다. 먼저 도시한 상태로부터 유지수단(311)을 하강하여 둑부재(331)와의 사이에 소정치수의 간극을 설치하고, 기판탑재부(313)에 반도체기판(W)을 탑재·고정한다. 반도체기판(W)으로서는 예를들면 φ8인치 웨이퍼를 사용한다.
다음으로 유지수단(311)을 상승하여 도시한 바와 같이 그 상면을 둑부재 (331)의 하면에 맞닿고, 동시에 반도체기판(W)의 바깥 둘레를 둑부재(331)의 시일부(333)에 의해 시일한다. 이때 반도체기판(W)의 표면은 개방된 상태로 되어 있다.
다음으로 이면히터(315)에 의해 반도체기판(W) 자체를 직접 가열하여 예를 들면 반도체기판(W)의 온도를 70℃로 하고(도금종료까지 유지함), 다음에 샤워헤드 (341)로부터 예를 들면 50℃로 가열된 도금액을 분출하여 반도체기판(W) 표면의 대략 전체에 도금액을 흠뻑 적신다. 반도체기판(W)의 표면은 둑부재(331)에 의해 둘러싸여 있기 때문에 주입한 도금액은 반도체기판(W)의 표면에 유지된다. 공급하는 도금액의 양은 반도체기판(W)의 표면에 1 mm 두께(약 30㎖)이 되는 정도의 소량으로 좋다. 또한 피도금면 위에 유지하는 도금액의 깊이는 10 mm 이하이면 좋고, 이 실시형태와 같이 1 mm 이어도 좋다. 본 실시예와 같이 공급하는 도금액이 소량으로 되면 이것을 가열하는 가열장치도 소형의 것으로 좋아진다. 그리고 이 실시형태에 있어서는 반도체기판(W)의 온도를 70℃로, 도금액의 온도를 50℃로 가열하고 있기 대문에, 반도체기판(W)의 피도금면은 예를 들면 60℃가 되고, 이 실시형태에 있어서의 도금반응에 적합한 온도로 할 수 있다. 이와 같이 반도체기판(W) 자체를 가열하도록 구성하면 가열하는 데 큰 소비전력이 필요한 도금액의 온도를 그 만큼 높게 승온하지 않아도 되기 때문에 소비전력의 저감화나 도금액의 재질변화의 방지가 도모되어 적합하다. 또한 반도체기판(W) 자체의 가열을 위한 소비전력은 작아서 좋고, 또 반도체기판(W) 위에 고이는 도금액의 양은 적기 때문에 이면히터(315)에 의한 반도체기판(W)의 보온은 용이하게 행할 수 있어 이면히터(315)의 용량은 작아서 좋고, 장치의 콤팩트화를 도모할 수 있다. 또 반도체기판(W) 자체를 직접 냉각하는 수단도 사용하면 도금중에 가열·냉각을 전환하여 도금조건을 변화시키는 것도 가능하다. 반도체기판 위에 유지되어 있는 도금액은 소량이므로 감도 좋게 온도제어를 행할 수 있다.
그리고 모터(M)에 의해 반도체기판(W)을 순간적으로 회전시켜 피도금면의 균일한 액젖음을 행하고, 그 후 반도체기판(W)을 정지한 상태로 피도금면의 도금을 행한다. 구체적으로는 반도체기판(W)을 1 sec 만큼 100rpm 이하로 회전하여 반도체기판(W)의 피도금면 위를 도금액으로 균일하게 적시고, 그후 정시시켜 1분간 무전해도금을 행하게 한다. 또한 순간적으로 회전시간은 길어도 10sec 이하로 한다.
상기 도금처리가 완료된 후, 도금액 회수노즐(365)의 선단을 반도체기판(W)의 표면 둘레 가장자리부의 둑부재(331) 안쪽 근방으로 하강하여 도금액을 흡입한다. 이때 반도체웨이퍼(W)를 예를 들면 100rpm 이하의 회전속도로 회전시키면 반도체기판(W) 위에 남은 도금액을 원심력으로 반도체기판(W)의 둘레 가장자리부의 둑부재(331)의 부분으로 모을 수 있어 효율좋고 또한 높은 회수율로 도금액의 회수를 할 수 있다. 그리고 유지수단(311)을 하강시켜 반도체기판(W)을 둑부재(331)로부터 떼어내어 반도체기판(W)의 회전을 개시하여 세정액공급수단(351)의 노즐(353)로부터 세정액(초순수)을 반도체기판(W)의 피도금면에 분사하여 피도금면을 냉각함과 동시에 희석화·세정함으로써 무전해 도금반응을 정지시킨다. 이때 노즐(353)로부터 분사되는 세정액을 둑부재(331)에도 닿게함으로써 둑부재(331)의 세정을 동시에 행하여도 좋다. 이때의 도금폐액은 회수용기(361)에 회수되어 폐기된다.
또한 한번 사용한 도금액은 재이용하지 않고 사용하고 버리는 것으로 한다. 상기한 바와 같이 이 장치에 있어서 사용되는 도금액의 양은 종래에 비하여 매우 적게 할 수 있으므로 재이용하지 않아도 폐기하는 도금액의 양은 적다. 또한 경우에 따라서는 도금액 회수노즐(365)을 설치하지 않고 사용 후의 도금액도 세정액과 함께 도금폐액으로서 회수용기(361)에 회수하여도 좋다.
그리고 모터(M)에 의해 반도체기판(W)을 고속회전하여 스핀건조한 후, 유지수단(311)으로부터 인출한다.
도 45는 본 발명의 다른 실시형태를 사용하여 구성되는 무전해도금장치의 개략 구성도이다. 도 45에 있어서, 상기 실시형태와 서로 다른점은 유지수단(311)내에 이면히터(315)를 설치하는 대신에 유지수단(311)의 위쪽에 램프히터 (가열수단) (317)를 설치하고, 이 램프히터(317)와 샤워헤드(41-2)를 일체화한 점이다. 즉 예를 들면 복수의 반경이 다른 링형상의 램프히터(317)를 동심원형상으로 설치하고, 램프히터(317) 사이의 간극으로부터 샤워헤드(341-2)의 다수의 노즐(343-2)을 링형상으로 개구한다. 또한 램프히터(317)로서는 소용돌이형상의 일체의 램프히터로 구성하여도 좋고, 또한 그것 이외의 각종 구조·배치의 램프히터로 구성하여도 좋다.
이와 같이 구성하여도 도금액은 각 노즐(343-2)로부터 반도체기판(W)의 피도금면 위에 샤워형상으로 대략 균등하게 공급할 수 있어, 또 램프히터(317)에 의해반도체기판(W)의 가열·보온도 직접 균일하게 행할 수 있다. 램프히터(317)의 경우, 반도체기판(W)과 도금액 외에 그 주위의 공기도 가열하므로 반도체기판(W)의 보온효과도 있다.
또한 램프히터(317)에 의해 반도체기판(W)을 직접 가열하려면 비교적 큰 소비전력의 램프히터(317)가 필요하게 되기 때문에 그 대신에 비교적 작은 소비전력의 램프히터(317)와 상기 도 36에 나타내는 이면히터(315)를 병용하여 반도체기판 (W)은 주로 이면히터(315)에 의해 가열하여 도금액과 주위 공기의 보온은 주로 램프히터(317)에 의해 행하도록 하여도 좋다. 또 상기한 실시예와 마찬가지로 반도체기판(W)을 직접, 또는 간접적으로 냉각하는 수단도 설치하여 온도제어를 행하도 좋다.
다음에 상기 도 36에 나타내는 무전해 도금장치와 도 45에 나타내는 종래의 무전해 도금장치를 사용하여 실제로 도금을 행하여 그 결과를 비교하였다. 이하에 실험의 조건과 결과를 나타낸다.
[무전해 Cu 도금시료]
φ8 인치 반도체기판으로서 실리콘의 위에 TaN(30 nm)의 배리어층과 Cu(50 nm)의 시드층(베타막)을 형성한 것.
[도금사양]
(1) 본원 발명에 의한 도금방법
공정 : 이면히터(315)(70℃)에 의해 가열한 유지수단(311)에 상기 반도체기판(W)을 세트하여 둑부재(331)를 반도체기판(W)에 세트한 후, 반도체기판(W)을 정지한 상태로 도금액(50℃)을 샤워헤드(341)로부터 30㎖만 5 sec동안 공급한다. 다음에 100rpm으로 1 sec만 반도체기판(W)을 회전하여 도금액을 균일하게 반도체기판 (W)면 위에 적시고, 정지상태로 1 min 동안 유지한다. 그후 도금액 호수노즐(365)에 의해 도금액을 회수하고 나서 둑부재(331)를 반도체기판(W) 표면으로부터 떼어내어 반도체기판(W)을 회전(800rpm)하면서 세정액(초순수)을 반도체기판(W)면 위에 30sec 동안 공급하여 수세하여 도금반응을 정지시킨다. 세정액의 공급을 정지하여 반도체기판(W)을 스핀건조(100rpm, 30sec)하여 인출한다.
(2) 종래예에 의한 도금방법
공정 : 유지수단(81)에 반도체기판(W)을 세트하고, 반도체기판(W)을 40rpm으로 회전시키면서 70℃의 도금액을 반도체기판(W) 중앙에 1 min (600 ㎖/min) 동안 적하를 계속한다. 도금액의 적하 종료 후, 반도체기판(W)의 회전을 계속하면서 세정액(초순수)을 반도체기판(W)면 위에 30 sec 동안 공급함으로써 수세하여 도금반응을 정지시킨다. 그리고 유지수단(81)으로부터 반도체기판(W)을 인출하여 다른 건조기로 건조한다.
도 46a 및 도 46b는 이상 각 방법에 의해 무전해 도금한 반도체기판(W)의 X축상의 막두께를 측정한 결과를 나타내는 도면이다. 도 46a는 본 도금방법의 무전해 Cu 막두께 면내분포를 나타내는 도면이고, 도 46b는 종래의 도금방법의 무전해 Cu막두께 면내분포를 나타내는 도면이다. 도 46a 및 도 46b에 있어서 횡축은 웨이퍼(기판)의 개소를 나타내고, 종축은 도금막두께를 나타내고 있다. 도 46a 및 도 46b에 나타내는 바와 같이 본원 발명에 의한 도금방법은 반도체기판(W)의 전체에걸쳐 그 막두께가 균일하게 되어 있는 데 대하여, 종래예에 의한 도금방법에서는 반도체기판(W) 중앙의 막두께가 극단적으로 얇아져 있어 본 발명에 의한 도금방법쪽이 도금막두께의 면내 균일성이 매우 향상하는 것을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명의 실시형태를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 청구의 범위 및 명세서와 도면에 기재된 기술적 사상의 범위내에서 여러가지의 변형이 가능하다. 예를 들면 본 발명에 관한 무전해 도금장치는 시드층이나 배선용 구리층 형성에 한정되지 않고 배선보호막형성 등에도 사용할 수 있다.
또한 본 발명에 관한 무전해 도금장치는 무전해 도금의 전처리공정이나 촉매처리공정에도 사용할 수 있다. 즉 예를 들면 상기 실시형태에서는 샤워헤드(341)로부터 무전해 도금액을 반도체기판(W)의 피도금면에 공급하여 무전해 도금을 행하게 하였으나, 무전해 도금액의 공급공정 전에 샤워헤드(341)로부터 무전해 도금의 전처리공정이나 촉매처리공정에 사용하는 다른 무전해 도금처리액을 공급함으로써 이들 처리공정도 무전해 도금공정과 함께 이 무전해 도금장치로 행할 수 있다.
상기 실시형태에서는 피도금면 위에 도금액를 유지하여 정지시킨 상태로 도금하였으나, 도금얼룩이 생기지 않을 정도로 천천히 회전시켜도 좋다.
또 피도금면에 도금액을 분산하여 공급하면 샤워헤드에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 요동동작 또는 병진동작을 행하면서 도금액을 공급하는 노즐을 설치하여도 좋다.
상기 실시형태에서는 도금 후의 세정공정에 있어서 유지수단(311)을 둑부재(331)로부터 떼어 낸 상태로 세정액을 공급하여 세정을 행하였으나, 유지수단(311)을 둑부재(331)로부터 떼어 내지 않은 상태 그대로 세정액을 공급하여 세정액을 둑부재(331)의 상부의 깊은 곳으로부터 흘러넘치게 함으로써 그 세정을 행하여도 좋다. 세정액의 공급에 의해 내부에 남은 도금액이 희석화되는 동시에 액온이 저하하고, 이에 의해 무전해도금의 반응은 정지한다. 또 유지수단(311)을 하강시키는 대신에 둑부재(331)를 끌어 올림으로써 양자를 떼어 내도 좋다.
상기 이면히터(315)에 의해 반도체기판(W)을 가열할 때(특히 가열개시로부터 도금액을 접액하기 까지의 동안), 반도체기판(W)의 피도금면에 산화방지를 목적으로 불활성가스, 예를 들면 아르곤(Ar)가스를 분출하는 것이 바람직하다. 반도체기판(W)표면에 예를 들면 스퍼터 등에 의한 시드층이 노출되어 있는 경우는 이것이 가열되면 그 표면이 산화될 염려가 있으므로 이것을 방지하여 더욱 막두께가 균질한 도금층을 상기 시드층 위에 형성하고자 하는 경우에 사용하면 특히 효과적이다.
상기 실시형태에서는 반도체기판(W)의 가열수단으로서 이면히터(315)나 램프히터(317)를 사용하였으나, 기판 근방의 또 다른 위치에 히터를 설치하여도 좋다. 또 히터를 사용하는 대신에 또는 히터를 사용함과 동시에 무전해도금을 행하는 분위기의 온도를 무전해도금처리온도(반응면인 피도금면의 도금에 적합한 온도)와 대략 동등하게 함으로써 방열을 방지하여 처리온도를 일정하게 유지할 수 있다. 이 경우는 기판의 주위에 가열한 기체를 공급하는 등으로 하면 좋다.
상기 실시형태에서는 기판의 피도금면 위에 공급한 무전해 도금처리액을 접액시키는 공정으로서 기판을 순간 회전하는 공정을 사용하였으나, 그 외에도 중요한 것은 기판을 움직이는 것이나, 공급한 무전해 도금처리액을 움직임으로써 무전해 도금처리액을 피도금면 전체에 접액시키는 공정이면 좋다. 즉 기판을 움직이는 공정으로서는 예를 들면 무전해 도금처리액이 공급된 기판을 진동시키는 것이나, 요동시키는(흔들어 움직이게 함)것 등이고, 공급한 무전해 도금처리액을 움직이는 공정으로서는 공급한 무전해 도금처리액을 고르게 긁는 부재를 사용하여 고르게 긁는 것이나 액면에 송풍하는 것 등이다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명의 제 2 형태에 의하면, 이하와 같은 우수한 효과를 가진다.
(1) 피도금면 위에 무전해 도금처리액을 소정시간 모아 유지함으로써 피도금면을 처리하도록 구성하였기 때문에 소량의 무전해 도금처리액으로 피도금면의 처리를 행할 수 있고, 비용저감이 도모된다. 또 무전해 도금처리액공급용 펌프로서 소형의 것을 사용할 수 있고, 무전해 도금장치의 콤팩트화가 도모되어 이것을 수납하는 청정룸 비용의 저감화도 도모된다. 또 사용하는 무전해 도금처리액이 소량이므로 무전해 도금처리액의 승온·보온이 용이하여 즉시 행할 수 있고, 또한 대량의 무전해 도금처리액을 상시 승온시켜 둘 필요가 없으므로 무전해 도금처리액의 열화가 촉진되는 일도 없다.
(2) 사용하는 무전해 도금처리액의 양이 적어서 좋기 때문에 그대로 폐기하여도 비용증가로는 되지 않고, 항상 새로운 무전해 도금처리액을 사용할 수 있어 처리액 조성을 일정하게 할 수 있고, 순환사용하는 경우에 생기는 부생성물 등이 시스템내에 퇴적하지 않아 안정된 도금 등의 처리를 용이하게 행할 수 있고, 도금액의 액분석장치나 액조정장치가 불필요하게 되어 장치비용의 저감화 및 청정룸 비용의 저감화가 도모된다. 또 무전해 도금처리액을 대량으로 순환사용하지 않으므로 각 장치구성부재로부터 파티클이 발생하기 어려워 여과장치가 불필요하게 된다.
(3) 무전해 도금처리액을 피도금면 위에 유지하여 처리를 행하기 때문에 무전해 도금처리액을 피도금면 위에 적하하면서 처리를 행하는 경우와 비교하여 피도금면의 각 부의 처리조건을 동일하게 할 수 있어 형성되는 도금막두께의 면내 균일화가 도모된다. 특히 기판을 정지시킨 상태로 처리를 행하면 기판을 회전하면서 처리를 행하는 경우와 비교하여 기판의 주속에 의한 방열이 생기지 않아 온도강하하지 않고 반응온도의 균일화가 도모되어 안정된 공정이 얻어진다.
(4) 기판의 온도를 무전해 도금처리액의 온도보다도 높게 가열한 상태로 기판의 피도금면에 무전해 도금처리액을 닿게 하도록 구성하였기 때문에 가열하는 데 큰 소비전력이 필요한 도금액의 온도를 그 만큼 승온하지 않더라도 좋아져 소비전력의 저감화나 도금액의 조성변화의 방지가 도모된다.
(5) 무전해 도금처리액 공급수단을 피도금면의 상부에 설치되어 분산하여 무전해 도금처리액을 공급하도록 구성한 경우는 기판의 피도금면 전체에 대략 균일하게 무전해 도금처리액을 동시에 공급할 수 있고, 무전해 도금처리액의 온도제어를 안정되게 행할 수 있다.
6) 기판을 유지하는 유지수단과, 피도금면의 주위를 시일하는 도금액 유지기구와, 도금액 유지기구로 시일된 기판의 피도금면에 무전해 도금처리액을 공급하여 모으는 무전해 도금처리액 공급수단을 구비하여 무전해 도금장치를 구성하였기때문에 무전해 도금처리액으로서 전처리액, 촉매처리액, 무전해 도금액 등을 교체하여 사용할 수 있고, 따라서 일련의 무전해 도금공정을 단일 셀로 실시가능하게 되어 장치의 콤팩트화가 도모된다.
다음으로 본 발명의 제 3 형태를 도 47 내지 도 56을 참조하여 설명한다. 본 발명의 제 3 형태는 기판도금장치나 기판연마장치 등의 각종 기판처리장치에 관하여 특히 처리되는 기판의 막두께 등의 기판 표면상태를 검출하는 데 적합한 기판처리장치에 관한 것이다. 본 발명은 기판의 반송·처리를 행하는 모든 기판처리장치에 대하여 적용가능하나, 여기서는 특히 반도체기판의 배선형성에 사용되는 구리도금장치와 CMP 장치에 막두께 측정용으로서 적용한 경우에 대하여 설명한다.
도 47은 본 발명을 적용하는 도금장치의 일례를 나타내는 평면도이다. 이 도금장치는 내부에 복수의 기판을 수납하는 2기의 웨이퍼카세트(510, 510)와, 웨이퍼카세트(510, 510)로부터 기판을 인출하여 반송을 행하는 반송로봇(514)과, 기판의 도금으로부터 세정, 건조라는 일련의 도금처리공정을 1대로 행하는 2기의 도금모듈(기판처리모듈)(512, 512)를 구비하여 구성되어 있다. 또한 부호 518은 도금액탱크(516)를 액공급설비이다.
상기 도금모듈(512)의 구성은 도 14에 나타내는 구성과 동일하므로 도 14를 참조하여 모듈(512)의 설명을 한다. 이 도금모듈(512)은 도금, 세정, 건조의 일련의 처리를 행할 수 있다. 즉 기판(W)은 기판유지부(2-9)에 의해 피처리면을 위로 하여 A, B, C의 3개의 위치에 유지된다. 그리고 위치(A)에 있어서 기판(W)이 반입탑재된 후, 위치(B)에 있어서 기판(W)의 바깥 둘레 근방에 캐소드전극(2-17)을 접속한 다음에 피처리면 위에 도금액을 공급하고, 그 상부로부터 도시 생략한 애노드전극을 도금액에 접촉시켜 전압을 인가하여 전해도금을 행한다. 도금종료 후는 기판(W) 위의 도금액을 도시 생략한 노즐로 흡인하고 대신에 위치(C)에 있어서 세정수를 공급하여 기판유지부(2-9)를 회전시킴으로써 세정수를 기판(W) 전체에 골고루 퍼지게 하여 세정을 ㅎㅇ한다. 세정 후는 세정수의 공급을 정지하고 기판(W)의 회전속도를 증가시킴으로써 세정수를 떨구어 스핀건조시킨다. 필요에 따라 도금 전에 예를 들면 계면활성제를 도포하는 프리코팅처리를 행하거나 세정액의 종류를 바꾸어 다단으로 세정을 행하도록 할 수도 있다. 또한 본 발명은 상기 구조의 도금모듈(512)에 한정되지 않는다. 즉 예를 들면 도금탱크는 다른 컵식이나 밀폐형의 것이어도 좋고, 그 경우에는 세정탱크나 건조기를 따로 설치하면 좋다.
한편 도 47에 나타내는 바와 같이 반송로봇(514)에는 아암(542)의 선단에 로봇핸드(540)가 설치되어 있다.
다음으로 이 도금장치 전체의 동작을 설명하면, 먼저 로봇핸드(540)가 어느 하나의 웨이퍼카세트(510)로부터 처리 전의 기판(W)을 인출하여 어느 하나의 도금모듈(512)의 기판유지부(521)에 얹어 놓음으로써 상기한 바와 같이 도금모듈(512)이 일련의 도금처리를 행하여 이것을 건조한다. 건조된 기판(W)은 다시 로봇핸드 (540)에 의해 어느 하나의 웨이퍼카세트(510)로 되돌아간다. 그리고 반송 로봇 (514)의 주변을 처리 전의 기판(W)과 처리 후의 기판(W)이 통과하므로 양자의 기판 (W)의 막두께를 측정하기 위하여 이하의 실시예에 있어서는 막두께센서(S)를 이 반송로봇(514) 자체 또는 그 둘레변 또는 도금모듈(512) 내부와 같이 처리 전의 기판(W)과 처리 후의 기판(W)이 통과하는 위치에 하게 하였다. 막두께센서(S)의 설치장소와 설치상태의 실시예는 이하에 정리하여 설명하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
즉, 막두께센서(S)를 이들 위치에 설치하면, 처리 전과 처리 후의 기판(W)의 막두께[기판(W) 위에 형성된 다층의 금속막두께 전체의 막두께]가 일련의 처리동작의 도중에 쓸데 없는 동작을 하는 일 없이 측정할 수 있다. 구체적으로는 예를 들면 첫번째에 기판(W)이 막두께센서(S)를 통과할 때에는 도금 전의 표면에 시드층이 부착한 상태의 기판(W)의 막두께를 측정하고, 두번째에 기판(W)이 막두께센서(S)를 통과할 때에는 시드층의 위에 금속막이 도금된 상태로 기판(W)의 막두께를 측정한다. 그리고 양자의 차이분을 취하면 도금한 금속막두께를 측정할 수 있다. 또한 시드층의 막두께는 대략 수 10 nm 내지 수 100 nm의 범위이며, 도금된 금속막두께는 수 ㎛ 정도의 경우가 일반적이다.
또한 막두께센서(S)로부터 들어온 신호는 연산처리장치에 보내지고, 차이분을 취하거나, 이동평균을 취하는 등의 연산처리가 이루어져 막두께의 측정이 이루어진다. 연산처리장치 및 방법은 막두께센서(S)의 배치와 검지방법 등에 적합한 것을 임의로 선택할 수 있다.
도 48은 본 발명을 적용하는 CMP장치의 일례를 나타내는 평면도이다. 이 CMP 장치는 로드·언로드를 행하는 웨이퍼카세트(531, 531)와, 기판을 세정하는 세정기(533, 533, 535, 535)와, 2대의 반송로봇(514a, 514b)과, 반전기(539, 539)와, 폴리싱유닛(기판처리모듈)(541, 541)을 구비하여 구성되어 있다.
기판(W)의 흐름은 여러가지 있으나, 예를 들면 이하아 같다. 먼저 반송 로봇(514a)이 어느 하나의 로드용 웨이퍼카세트(531)로부터 처리 전의 기판(W)을 인출하여 어느 하나의 반전기(539)에 수수한다. 반송로봇(514a)은 도시한 위치로부터 이동하는 일 없이 회전할 뿐으로, 웨이퍼카세트(531)로부터 반전기(539)에 기판 (W)을 반송 가능한 위치에 설치되어 있다. 기판(W)은 반전기(539)에 의해 그 피처리면이 상향으로부터 하향으로 된 후, 또 한 쪽의 반송로봇(514b)에 수수되어 반송 로봇(514b)은 기판(W)을 어느 하나의 폴리싱유닛(541)에 수수하여 소정의 연마가 이루어진다. 연마 후의 기판(W)은 반송로봇(514b)에 의해 어느 하나의 세정기 (535)로 반송되어 1차 세정이 행하여진다. 1차 세정 후의 기판(W)은 반송로봇 (514b)에 의해 어느 하나의 반전기(539)에 반송되어 피처리면이 상향으로 반전된 후, 반송로봇(514a)에 의해 어느 하나의 2차 세정기(533)로 반송되어 2차 세정이 종료한 후, 다시 반송로봇(514a)에 의해 언로드용 웨이퍼카세트(531)에 수납된다.
따라서 이 CMP 장치의 경우는 반송로봇(514a, 514b)이나 반전기(539, 539) 부근을 처리 전의 기판(W)과 처리 후의 기판(W)이 통과하기 때문에 양자의 기판(W)의 막두께를 측정하기 위하여 이하의 실시예에 있어서는 막두께센서(S)를 이 반송로봇(514a, 514b) 자체 또는 그 주변 등과 같이 처리 전의 기판(W)과 처리 후의 기판(W)이 통과하는 위치에 설치하는 것으로 하였다.
즉, 막두께센서(S)를 이들 위치에 설치하면 처리 전과 처리 후의 기판(W)의 막두께가 일련의 처리동작의 도중에 쓸데없는 동작을 하는 일 없이 측정할 수 있다. 구체적으로는 예를 들면 첫번째로 연마 전의 기판(W)의 막두께를 측정하고,두번째로 연마 후의 기판(W)의 막두께를 측정함으로써 양자의 차이분을 취하면 연마량을 측정할 수 있다. 또 광학적 센서를 사용하면 차이분을 취하는 일 없이 직접적으로 금속막 또는 절연막의 막두께를 측정할 수도 있다.
또한 CMP 장치의 중에는 상기 반송로봇(514a, 514b)이 도 48에 나타내는 화살표(A)방향으로 이동가능한 것도 있으나, 어느 경우에도 본 발명은 적용가능하다.
도 49는 본 발명을 적용하는 도금 및 CMP 장치를 나타내는 도면이다. 이 도금 및 CMP 장치에 있어서 상기 도 48에 나타내는 CMP 장치와 서로 다른점은 한쪽의 세정기(533)를 대신하여 도 14에 나타내는 도금모듈(512)을 수납하고, 다른쪽의 세정기(533)를 대신하여 스핀건조기(534)를 설치한 점이다.
그리고 기판(W)의 흐름은 예를 들면 이하와 같다. 먼저 반송로봇(514a)이 어느 하나의 로드용 웨이퍼카세트(631)로부터 처리 전의 기판(W)을 인출하고, 도금모듈(512)로 도금처리를 실시한 후, 반송로봇(514a)이 기판(W)을 어느 하나의 반전기(539)에 수수하여 그 피처리면을 하향으로 한 후, 또 한쪽의 반송로봇(514b)에 수수된다. 반송로봇(514b)은 기판(W)을 어느 하나의 폴리싱유닛(541)으로 수수하여 소정의 연마가 이루어진다. 연마 후의 기판(W)은 반송로봇(514b)에 의해 인출되어 어느 하나의 세정기(535)로 세정된 후, 다른쪽의 폴리싱유닛(541)에 수수되어 다시 연마된 후, 반송로봇(514b)에 의해 다른쪽의 세정기(535)로 반송되어 세정이 행하여진다.
세정 후의 기판(W)은 반송로봇(514b)에 의해 다른쪽의 반전기(539)로 반송되어 피처리면이 상향으로 반전된 후, 반송로봇(514a)에 의해 스핀건조기(534)로 반송되어 스핀건조되고, 그 후 다시 반송로봇(514a)에 의해 언로드용 웨이퍼카세트 (531)에 수납된다.
따라서 이 도금 및 CMP 장치의 경우도 반송로봇(514a, 514b) 자체나 그 주변이나 도금모듈(512)내부 등과 같이, 처리 전의 기판(W)과 처리 후의 기판(W)이 통과하는 위치에 막두께센서(S)를 설치하는 것으로 하였다.
다음에 상기 도금장치나 CMP 장치에 설치하는 막두께측정용 센서(S)의 구체적 실시예를 설명한다.
도 50은 상기 도 47에 나타내는 반송로봇(514)이나 도 48 및 도 49에 나타내는 반송로봇(514a, 514b)을 나타내는 사시도이다. 또 도 51a 및 도 51b는 상기 반송로봇(514)(514a, 514b)에 설치되는 로봇핸드(540)를 나타내는 도면으로, 도 51a는 평면도, 도 51b는 측단면도이다.
반송로봇(514)(514a, 514b)은 로봇본체(543)의 상부에 장치한 두개의 아암 (542, 542)의 선단에 각각 로봇핸드(540, 540)를 설치하여 구성되어 있다. 양 로봇핸드(540, 540)는 상하에 소정의 간극을 거쳐 겹치도록 배치되어 있다. 그리고 아암(542)이 신축함으로써 로봇핸드(540) 위에 얹어 놓은 기판(W)의 전후방향으로의 반송을 가능하게 하고 있다. 또 로봇본체(543)가 회전 및/또는 이동함으로써 임의의 방향으로의 기판(W)의 반송이 가능해진다.
그리고 도 51a 및 도 51b에 나타내는 바와 같이 로봇핸드(540)에는 직접 4개의 막두께센서(S)가 매립되어 설치되어 있다. 막두께센서(S)로서는 막두께를 측정할 수 있는 것이면 무엇이라도 좋으나, 바람직하게는 와전류센서를 사용한다. 또와전류센서는 와전류를 발생시켜 기판(W)을 도통하여 돌아온 전류의 주파수나 손실을 검출함으로써 막두께를 측정하는 것으로 비접촉으로 사용된다. 또한 막두께센서(S)로서는 광학적 센서도 적합하다. 광학적 센서는 시료에 빛을 조사하여 반사하는 빛의 정보로부터 막두께를 직접적으로 측정할 수 있는 것으로, 금속막뿐만 아니라 산화막 등의 절연막의 막두께측정도 가능하다. 막두께센서(S)의 설치위치는 도시한 것에 한정되지 않고, 측정하고 싶은 개소에 임의의 개수를 설치한다. 또 로봇핸드(540)에는 건조된 기판(W)을 처리하는 드라이핸드와 젖은 기판(W)을 처리하는 웨트핸드가 있어 어느 쪽에도 상기 막두께센서(S) 설치하는 것이 가능하다. 그러나 이 반송로봇(514)을 도 47에 나타내는 바와 같이 도금장치에 사용한 경우는 시드층만 부착한 상태로 최초로 기판(W)의 막두께를 측정할 필요가 있기 때문에 웨이퍼카세트(510, 510)에 기판(W)이 놓여져 있는 드라이상태에서 최초로 기판(W)의 두께를 측정할 필요가 있다. 따라서 드라이핸드에 막두께센서(S)를 설치하는 것이 바람직하다.
막두께센서(S)로 검출된 신호는 연산장치로 보내져 처리 전의 기판(W)의 막두께와 처리 후의 기판(W)의 막두께와의 차이분을 취하는 등의 연산이 행하여져 막두께를 소정의 디스플레이 등에 출력한다. 연산방법은 막두께를 적절하게 측정할 수 있으면 어떠한 방법이어도 좋다.
본 실시형태에 의하면 로봇핸드(540)가 기판(W)을 반송하고 있는 도중에 막두께를 측정할 수 있기 때문에 기판처리공정 중에 일부러 따로 막두께측정공정을 설치할 필요가 없어 스루풋을 저하시키는 일이 없다는 효과가 얻어진다. 또 로봇핸드(540)에 막두께센서(S)를 설치하기 때문에 공간절약화를 실현할 수 있다. 도 52a 및 도 52b는 본 발명의 제 2 예를 적용한 상기 도 47이나 도 48에 나타내는 반송로봇(514, 514a, 514b)을 나타내는 도면으로, 도 52a는 개략평면도, 도 52b는 개략측면도이다. 도 52a 및 도 52b에 나타내는 바와 같이 이 실시형태에서는 로봇본체(543)의 로봇핸드(540)의 하부에 5개의 막두께센서(S)를 설치하고 있다. 즉 로봇핸드(540)의 하부에 기판(W)과 대략 동일크기의 원반형상의 설치판(545)을 설치하고 이 설치판(545)의 위에 5개의 막두께센서(S)를 설치한다. 설치판(545)은 로봇본체(543)에 고정되어 있으나, 다른 부재에 고정하여도 좋다.
각 막두께센서(S)는 도시하는 바와 같이 로봇핸드(540)와 겹치지 않는 위치에 설치함으로써, 기판(W) 전체의 넓은 영역에서의 막두께의 측정이 가능하게 된다. 또 본 실시예에 의해서도 공간절약화를 실현할 수 있어 매우 단시간으로 측정이 가능해진다. 그리고 설치판(545)의 위에서 기판(W)을 정지시킴으로써 기판(W)의 고정점에 있어서의 막두께의 측정이 가능하게 되고, 한편 정지시키지 않은 설치판(545) 위를 로봇핸드(540) 위의 기판(W)이 통과하도록 하면 스캔하면서의 측정도 가능하게 된다. 또 막두께센서(S)는 로봇본체(543)와 일체이므로 안정된 검출을 행할 수 있다. 또 설치판(545)을 로봇본체(543)가 아닌 다른 부재에 고정한 경우는 로봇핸드의 높이를 임의로 바꿈으로써 기판(W)과 센서 사이의 거리를 조정하는 것도 가능하게 된다 ．
검출 후의 신호가 연산장치에 보내져 막두께가 측정되는 점은 도 51a 및 도 51b에 나타내는 실시예와 마찬가지다. 단 스캔하면서의 측정의 경우는 측정점이시간의 경과와 함께 변화되기 때문에 이동평균법에 의해 연산하여 막두께를 산출하는 것이 적합하다.
도 53a 및 도 53b는 본 발명의 제 3 예를 나타내는 도면으로, 도 53a는 개략평면도, 도 53b는 개략측면도이다. 도 53a 및 도 53b에 나타내는 실시예에서는 도 14 및 도 47에 나타내는 도금모듈(512)의 기판(W)의 출입구부(550)의 상부에 3개의 막두께센서(S)를 설치하고 있다. 즉 출입구부(550)의 상부에 장방형상의 설치판 (551)을 설치하고, 이 설치판(551)의 하면에 3개의 막두께센서(S)를 직렬로 설치한다. 설치판(551)은 도금모듈(512)에 고정하여도 좋고, 도시 생략한 반송로봇(514)의 로봇본체(543)에 고정하여도 좋으며, 그 이외의 부재에 고정하여도 좋다.
이와 같이 구성하면 도금모듈(512)에 기판(W)을 넣을 때와 꺼낼 때의 어느 것에 있어서도 막두께센서(S)가 기판(W)을 주사하게 되기 때문에, 스캔측정에 적합하다. 또 이 실시형태와 같이 막두께센서(S)를 몇줄인가 설치함으로써 기판(W) 위의 임의의 점을 스캔할 수 있다. 또 로봇핸드의 높이를 임의로 바꿈으로써 기판 (W)과 센서 사이의 거리를 조정하는 것이 가능하다.
이 막두께센서(S)로 검출된 신호는 연산장치에 의해 연산되나, 스캔측정의 경우는 제 2 예와 마찬가지로 이동평균법에 의한 연산처리가 적합하다.
또 CMP 장치에 이 실시예를 적용하는 경우는 도 48 및 도 49에 나타내는 폴리싱유닛(기판처리모듈)(541)에 기판(W)을 출입하는 출입구 부근에 상기 막두께센서(S)를 설치하면 좋다. 또 폴리싱유닛(541)에 기판(W)을 반입할 때는 기판(W)의 피처리면은 하향이므로 폴리싱유닛(541)의 기판(W)을 반입하는 장소의 아래쪽에 막두께센서(S)를 설치하는 것이 바람하다[물론 위쪽에 막두께센서(S)를 설치하여도 막두께측정은 가능하나, 아래쪽측이 더욱 정밀도가 좋아짐). 연마가 종료된 후는 기판(W)의 피처리면이 젖은 상태이나, 젖은 상태에서도 측정가능한 막두께센서를 사용하면 상기 도금모듈(512)의 경우와 동일한 방법으로 막두께를 측정할 수 있다.
도 54는 본 발명의 제 4 예를 적용한 반전기(539) 부근의 개략 정면도, 도 55는 반전아암(553, 553)부분의 평면도이다. 도 54 및 도 55에 나타내는 바와 같이 반전아암(55, 553)은 기판(W)의 바깥 둘레를 그 좌우 양측으로부터 끼워 넣어 유지하고, 이것을 180°회동함으로써 반전시키는 기능을 가진다. 그리고 이 반전아암(553, 553)(반전스테이지)의 바로 밑에 원형의 설치대(555)를 설치하고, 설치대(555) 위에 복수의 막두께센서(S)를 설치한다. 설치대(555)는 구동장치(557)에 의해 상하이동 자유롭게 구성되어 있다.
그리고 기판(W)의 반전시에는 설치대(555)는 기판(W)의 아래쪽의 실선위치에 대기하고 있어 반전의 전 또는 후에 설치대(555)를 점선으로 나타내는 위치까지 상승하여 막두께센서(S)를 반전아암(553, 553)에 파지한 기판(W)에 접근시켜 그 막두께를 측정한다.
본 실시예에 의하면 반송로봇(514)의 아암(542) 등의 제약이 없기 때문에 설치대(555) 위의 임의의 위치에 막두께센서(S)를 설치할 수 있다. 또 설치대(555)는 상하이동 자유로운 구성으로 되어 있기 때문에 측정시에 기판(W)과 센서 사이의 거리를 조정하는 것도 가능하다. 또 검출목적에 따른 복수 종류의 센서를 설치하여 각각의 센서의 측정 시마다 기판(W)과 각 센서(M)의 거리를 변경하는 것도 가능하다. 단 설치대(555)가 상하이동하기 때문에 측정시간을 약간 요하는 것이 된다.
도 56은 본 발명의 제 5 예를 적용한 도금모듈(512)의 요부단면도이다. 이 도금모듈(512)에 있어서 도 14에 나타내는 도금모듈(512)과 서로 다른점은 기판유지부(2-9)의 기판(W)을 유지한 부분(도금스테이지)의 바로 밑에 막두께센서(S)를 설치한 설치대(559)를 설치한 점뿐이다. 막두께센서(S)는 설치대(559) 위의 임의의 개소에 설치할 수 있다.
본 실시예에서는 도금스테이지의 바로 밑에 막두께센서(S)를 설치하였기 때문에 도금을 하면서 실시간의 막두께측정이 가능하게 된다. 따라서 이 측정결과를 실시간으로 피드백하여 도금에 반영시키도록 하면 매우 정밀도 높은 도금이 가능하게 된다.
이상, 본 발명의 실시형태를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라 특허청구의 범위 및 명세서와 도면에 기재된 기술적사상의 범위내에 있어서 여러가지의 변형이 가능하다. 즉 예를 들면 상기 실시형태에서는 센서로서 막두께(금속막 또는 절연막의 막두께)검출용 센서로서 사용한 실시형태를 나타내었으나, 본 발명은 이 센서에 한정되는 것이 아니라, 센서나 연산수단을 각종 목적에 따라 선정함으로써 금속박막의 유무검출용 센서, 기판 위의 파티클의 유무검출용 센서, 기판 위에 형성한 패턴인식용 센서 등, 다른 각종 기판 표면상태 검출용 센서를 구성하여 이것을 사용하여도 좋다. 또한 직접 명세서 및 도면에 기재가 없는 어느 형상이나 재질이어도 본원 발명의 작용·효과를 나타내는 이상, 본원 발명의 기술적사상의 범위내이다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명의 제 3 형태에 의하면, 기판처리공정을 정지·중단시키는 일 없이 기판의 금속막두께 등의 각종 기판표면상태를 검출할 수 있기 때문에 높은 스루풋을 실현하면서 기판의 표면상태를 검출할 수 있어 도금이나 연마 등의 기판처리의 신뢰성과 신속성을 높일 수 있다.
또 측정결과를 피드백하여 기판처리조건을 조정하는 것을 신속하게 행할 수 있으므로 최적의 처리조건으로 도금이나 연마 등의 기판처리를 신속하게 행하는 것이 가능하게 된다.
또한 검출센서로서 경량·소형인 것을 사용하면 도금장치의 로봇핸드 등에 간단하고 용이하게 설치할 수 있어 공간절약 그대로 상기 효과를 실현할 수 있다.
본 발명은 반도체기판에 각종 처리를 실시하기 위하여 사용되는 반도체기판처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 반도체디바이스를 제조할 때에 반도체기판 위에 회로배선을 형성할 때의 Cu 도금공정도 및 반도체기판 위의 Cu 도금막을 연마하는 공정 등에 이용가능하다.
도 57은 본 발명에 관한 반도체기판처리장치의 다른 실시형태예의 평면배치구조를 나타내는 도면이다. 본 기판처리장치는 직사각형상의 설비(710)내에 배치되어 반도체기판의 구리도금을 연속적으로 행하도록 구성되어 있다. 이 설비(710)는 칸막이벽(711)에 의해 도금공간(712)과 청정공간(713)으로 칸막이되어 이들 각 도금공간(712)과 청정공간(713)은 각각 독자적으로 급배기할 수 있도록 되어 있다. 그리고 상기 칸막이벽(711)에는 개폐 자유로운 셔터(도시 생략)가 설치되어 있다. 또 청정공간(713)의 압력은 대기압보다 낮고, 또한 도금공간(712)의 압력보다도 높게 하고 있고, 이에 의하여 청정공간(713)내의 공기가 설비(710)의 외부로 유출하는 일이 없고, 또한 도금공간(712)내의 공기가 청정공간(713)내로 유입하는 일이 없도록 되어 있다.
상기 청정공간(713)내에는 기판수납용 카세트를 얹어 놓는 2개의 로드 언로드부(715)와, 도금처리 후의 기판을 순수로 세정(린스)하여 건조하는 2기의 세정유닛(716)이 배치되고, 다시 기판의 반송을 행하는 고정타입으로 회전자유로운 제 1 로봇(717)이 구비되어 있다. 이 세정유닛(716)에서는 예를 들면 기판의 표면 양면에 초순수를 공급하는 세정액공급노즐을 가지고 기판을 고속으로 스핀시켜 탈수, 건조시키는 형식의 것이 사용되고 있다. 이 세정유닛(716)은 상기 도 3 내지 도 6에 나타내는 회전유지장치를 구비하고 있다.
한편 도금공간(712) 내에는 기판의 도금의 전처리를 행하여 전처리 후의 기판을 반전기(720)로 반전시키는 2기의 전처리유닛(721)과, 기판의 표면에 이 표면을 하향으로 하여 구리도금처리를 실시하는 4기의 도금막 성막유닛(722)과, 기판을 탑재 유지하는 2기의 제 1 기판스테이지(723a, 723b)가 배치되고, 다시 기판의 반송을 행하는 자주타입으로 회전자유로운 제 2 로봇(724)이 구비되어 있다.
이 실시형태에 있어서는 청정공간(713)내에 위치하여 도금 후의 기판을 약액으로 세정하는 2기의 약액세정유닛(725)과, 이 약액세정유닛(725)과 상기 세정유닛 (716)의 사이에 위치하여 제 2 기판스테이지(726a, 726b)가 배치되고, 다시 2기의 약액세정유닛(725)에 끼워진 위치에 기판의 반송을 행하는 고정타입으로 회전자유로운 제 3 로봇(727)이 구비되어 있다.
상기 한쪽의 제 1 기판스테이지(723b) 및 제 2 기판스테이지(726b)는 기판을 수세 가능하게 구성되어 있음과 동시에 기판을 반전시키는 반전기(720)가 구비되어 있다.
이에 의하여 상기 제 1 로봇(717)은 상기 로드 언로드부(715)에 얹어 놓여진 카세트 세정유닛(716) 및 제 2 기판스테이지(726a, 726b) 사이에서 기판을 반송하고, 제 2 로봇(724)은 상기 제 1 기판스테이지(723a, 723b), 전처리유닛(721) 및 도금막 성막유닛(722) 사이에서 기판을 반송하고, 제 3 로봇(727)은 상기 제 1 기판스테이지(723a, 723b), 약액세정유닛(725) 및 제 2 기판스테이지(726a, 726b) 사이에서 기판을 반송하도록 되어 있다.
또한 상기 설비(710)의 내부에는 상기 제 1 기판스테이지(723a)의 아래쪽에 위치하여 조정운전용 기판을 수납하는 용기(728)가 내장되고, 제 2 로봇(724)은 조정운전용 기판을 용기(728)로부터 인출하여 조정운전종료 후에 다시 용기(728)에 되돌아가도록 되어 있다. 이와 같이 조정운전용 기판을 수용하는 용기(728)를 설비(710)의 내부에 내장함으로써 조정운전시에 조정운전용기판을 외부로부터 도입하는 데에 따르는 오염이나 스루풋의 저하를 방지할 수 있다.
또한 용기(728)의 배치위치는 어느 하나의 로봇으로 조정운전용 기판의 인출 및 수납이 가능한 위치이면 설비(710)내의 어느 곳이어도 좋으나, 제 1 기판스테이지(723a)의 근방에 배치함으로써 조정운전용 기판을 사용한 조정운전을 전처리로부터 도금처리를 비롯하여 세정하여 건조시킨 후에 용기(728)내에 수용할 수 있다.
여기서 상기 로봇(717)으로서 떨어트려 넣는 타입의 2개의 핸드를 가지고,위쪽을 드라이핸드, 아래쪽을 웨트핸드로 한 것을 사용하여 로봇(724, 727)으로 하여 떨어뜨려 넣는 타입의 2개의 핸드를 가지고, 양쪽을 웨트핸드로 한 것을 사용하고 있으나, 이것에 한정되지 않음은 물론이다.
또한 이 실시형태에 있어서는 예를 들면 불화수소산이나 과산화수소수 등의 약액으로 기판의 표면을 세정하는 약액세정유닛(725)을 구비한 예를 나타내고 있으나, 도금 후의 기판을 약액으로 세정할 필요가 없는 경우에는 약액세정유닛(725)을 생략하여도 좋다. 이 경우 제 1 로봇(717)으로 상기 로드 언로드부(715)에 얹어 놓여진 카세트세정유닛(716) 및 제 1 기판스테이지(723a, 723b) 사이의 기판의 반송을 행함으로써 제 3 로봇(727) 및 제 2 기판스테이지(726a, 726b)를 생략할 수도 있다.
다음으로 이 실시형태에 있어서의 기판의 흐름의 개요를 설명한다. 기판은 표면(소자형성면, 처리면)을 위를 향하여 카세트에 수납되어 로드 언로드부(715)에 얹어 놓여진다. 그리고 제 1 로봇(717)이 기판을 카세트로부터 인출하여 제 2 기판스테이지(726a) 위로 이동하여 기판을 제 2 기판스테이지(726a) 위에 얹어 놓는다. 그리고 제 3 로봇(727)이 제 2 기판스테이지(726a) 위에 있던 기판을 제 1 기판스테이지(723a)로 옮긴다. 다음으로 제 2 로봇(724)이 제 1 기판스테이지(723a)로부터 기판을 받아 전처리유닛(721)에 건네 주고, 전처리유닛(721)에서의 전처리종료 후, 기판의 표면이 밑을 향하도록 반전기(720)로 기판을 반전시키고, 다시 제 2 로봇(724)에 건네준다. 그리고 제 2 로봇(724)은 기판을 도금막 성막유닛(722)의 핸드부에 건네준다.
도금막 성막유닛(722)으로 기판의 도금처리 및 액떨굼을 행한 후, 기판을 제 2 로봇(724)에 건네 주고, 제 2 로봇(724)은 기판을 제 1 기판스테이지(723b)에 건네 준다. 기판은 제 1 기판스테이지(723b)의 반전기(720)에 의해 표면이 위를 향하도록 반전되고, 제 3 로봇(727)에 의해 약액세정유닛(725)으로 옮겨진다. 약액세정유닛(725)에 있어서 약액세정, 순수린스, 스핀액떨굼된 기판은 제 3 로봇(727)에 의해 제 2 기판스테이지(726b)으로 운반된다. 다음으로 제 1 로봇(717)이 제 2 기판스테이지(726b)로부터 기판을 받아 세정유닛(716)으로 기판을 이송하고, 세정유닛(716)으로 순수(탈이온수을 포함함)에 의한 린스와 스핀건조를 행한다. 건조된 기판은 제 1 로봇(717)에 의해 로드 언로드부(715)에 얹어 놓여진 기판카세트내에 수납된다.
도 58은 설비(710)내의 기류의 흐름을 나타낸다. 청정공간(713)에 있어서는 배관(730)으로부터 신선한 외부공기가 도입되고, 이 외부공기는 팬에 의해 고성능 필터(731)를 통하여 청정공간(713)내로 밀어 넣어지고, 천정(732a)으로부터 흘러내린 청정공기로서 세정유닛(716) 및 약액세정유닛(725)의 주위에 공급된다. 공급된 청정에어의 대부분은 바닥(732b)으로부터 순환배관(733)을 통하여 천정(732a)측으로 되돌아가고, 다시 고성능필터(731)를 통하여 팬에 의해 청정공간(713)내로 밀어 넣어져 청정공간(713)내를 순환한다. 일부의 기류는 세정유닛(716) 및 약액세정유닛(725)내로부터 배관(734)에 의해 외부로 배기된다. 이에 의해 청정공간(713)내는 대기압보다 낮은 압력로 설정된다.
전처리유닛(721) 및 도금막 성막유닛(722)이 존재하는 도금공간(712)은 청정공간이 아니(오염영역)라고는 하면서도 기판 표면에 파티클이 부착하는 것은 허용하지 않는다. 이 때문에 배관(735)으로부터 도입되어 고성능필터(736)를 통하여 천정(737a)으로부터 팬에 의해 도금공간(712)내로 밀어 넣어진 흘러내린 청정공기를 흘림으로써 기판에 파티클이 부착하는 것을 방지하고 있다. 그러나 흘러내림을 형성하는 청정공기의 모든 유량을 외로부터의 급배기에 의존하면 방대한 급배기량이 필요하게 된다. 이 때문에 도금공간(712)내를 청정공간(713)보다 낮은 압력으로 유지하는 정도로 배관(738)으로부터 외부배기를 행하여 흘러내린 대부분의 기류를 바닥(737b)으로부터 연장하여 순환배관(739)을 통한 순환기류로 공급하도록 하고 있다.
이에 의하여 순환배관(739)으로부터 천정(737a)측에 되돌아간 공기는 다시 팬에 의해 밀어 넣어져 고성능 필터(736)를 통하여 도금공간(712)내에 청정공기로서 공급되어 순환한다. 여기서 전처리유닛(721), 도금막 성막유닛(722), 제 2 로봇(724) 및 도금액 조정탱크(740)로부터의 약액미스트나 기체를 포함하는 공기는 상기 배관(738)을 통하여 외부로 배출되고, 도금공간(712)내는 청정공간(713)보다 낮은 압력으로 설정된다.
도 59는 도금막 성막유닛(722)의 요부를 나타내는 것으로, 이 도금막 성막유닛(722)는 대략 원통형상으로 내부에 도금액(745)을 수용하는 도금처리탱크(746)와, 이 도금처리탱크(746)의 위쪽에 배치되어 기판을 유지하는 헤드부(747)로 주로 구성되어 있다. 또한 도 59는 헤드부(747)로 기판(W)을 유지하여 하강시킨 도금 위치에 있을 때의 상태를 나타내고 있다.
상기 도금처리탱크(746)에는 위쪽으로 개방되고, 예를 들면 인을 함유한 구리로 이루어지는 애노드(748)를 바닥부에 배치한 도금실(749)과, 이 도금실(749)내에 도금액(745)을 보유하는 도금탱크(750)가 구비되어 있다. 상기 애노드(748)는 도금탱크(750)에 착탈자유롭게 즉 손잡이(751)를 거쳐 뽑아내기 자유롭게 장착된 애노드유지체(752)에 일체로 유지되고, 외부의 제어부에 있는 도금용 전원의 양극에 접속되어 있다. 이 도금탱크(750)의 표면과 애노드유지체(752)의 플랜지부 (752a)의 이면과의 사이에는 도금액의 외부로의 누설을 방지하는 시일재(900)가 장착되어 있다. 이와 같이 애노드(748)를 도금탱크(750)에 착탈 자유롭게 장착한 애노드유지체(752)에 일체로 유지함으로써 애노드유지체(752)를 거쳐 애노드(748)의 도금탱크(750)와의 착탈을 용이하게 행하여 이 메인티넌스나 교환 등의 편의를 도모할 수 있다.
또한 애노드(748)를 예를 들면 함유량이 0.03 내지 0,05%의 인을 함유하는 구리(인 함유 구리)로 구성하는 것은 도금의 진행에 따라 애노드(748)의 표면에 블랙필름이라 불리우는 흑막을 형성하기 위함이며, 이 블랙필름에 의하여 슬라임의 생성이 억제된다.
상기 도금탱크(750)의 안 둘레벽에는 도금실(749)의 중심을 향하여 수평으로 돌출하는 도금액 분출노즐(753)이 원주방향을 따라 등간격으로 배치되고, 이 도금액 분출노즐(753)은 도금탱크(750)의 내부를 상하로 연장하여 도금액공급로(754)와 연통하고 있다. 이 예에서는 도금조(750)의 둘레벽 내부에 원주방향을 따라 4개로 분할된 원호형상의 도금액 고임이 이 도금액 고임의 길이방향을 따른 중앙부에서상기 각 도금액공급로(754)와 연통하여 설치되고, 이 각 도금액 고임의 양쪽 끝에 위치하여 각 2개의 도금액 분출노즐(753)이 구비되어 있다. 또한 이 각 도금액 고임에는 하기의 제어밸브(756)를 거쳐 동일한 유량의 도금액이 공급되도록 구성되고, 이에 의하여 도금액이 도금실(749)의 내부에 도금액 분출노즐(753)로부터 더욱 균일하게 분출되도록 되어 있다.
이 도금액공급로(754)와 도금액조정탱크(740)(도 58 및 도 67참조)은 도금액공급관(755)으로 접속되고, 이 도금액공급관(755)의 도중에 2차측의 압력을 일정하게 하는 제어밸브(756)가 장착되어 있다.
또 도금탱크(750)에는 도금실(749)내의 도금액(745)을 상기 도금실(749)의 바닥부 둘레 가장자리로부터 뽑아 내는 제 1 도금액 배출구(757)와 도금탱크(750)의 상단부에 설치한 둑부재(758)를 흘러 넘친 도금액(745)을 배출하는 제 2 도금액배출구(759)가 설치되어 있다. 이 제 1 도금액 배출구(757)는 도금액 배출관 (760a)을 거쳐 리저버(926)(도 67참조)에 접속되고, 이 도금액 배출관(760a)의 도중에 유량조정기(761a)가 장착되어 있다. 한편 제 2 도금액 배출구(759)는 도금액배출관(760b)을 거쳐 리저버(926)에 접속되고, 이 도중에 유량조정기(761b)가 장착되어 있으나, 이 유량조절기(761b)는 생략할 수도 있다(또한 도 67은 이것을 생략한 예를 나타내고 있다). 그리고 리저버(926)에 들어 간 도금액은 리저버(926)로부터 펌프(928)에 의해 도금액조정탱크(740)(도 58참조)로 들어가, 이 도금액 조정탱크(740)으로 도금액의 온도조정, 각종 성분의 농도계측과 조정이 행하여진 후, 각 도금막 성막유닛(722)에 개별로 공급된다(도 67참조).
여기서 제 1 도금액 배출구(757)는 예를 들면 φ16 내지 20 mm 정도의 크기의 원형으로 원주방향을 따라 같은 피치로 복수개(도시한 예에서는 16개)설치되고, 제 2 도금액 배출구(759)는 예를 들면 중심각이 약 25°의 원호형상으로 연장된 형상으로 도면에서는 3개 설치되어 있다.
이에 의하여 도금액 분출노즐(753)로부터 분출된 도금액(745)은 제 1 도금액 배출구(757)와 제 2 도금액 배출구(759)의 양쪽 또는 한쪽으로부터 리저버(926)(도 67참조)에 배출되어 도금실(749)내의 액량은 항상 일정하게 유지되도록 되어 있다.
도금실(749)의 내부에 위치하여 이 주변 근방에는 도금실(749)내의 도금액(745)의 수평방향을 따라 바깥쪽을 향하는 흐름을 막는 연직정류링(762)이 도금탱크(750)에 바깥 둘레끝을 고착한 수평정류링(763)의 안 둘레끝에 연결되어 배치되어 있다.
이에 의하여 도금액 분출노즐(753)로부터 도금실(749)의 중심부를 향하여 수평으로 분출된 도금액은 도금실(749)의 중앙부에서 충돌하여 상하로 분리된 흐름이 된다. 그리고 이 위쪽으로의 흐름은 기판이 없을 때에는 연직정류링(762)의 안쪽에서 도금액(745)의 액면의 중앙부를 위쪽으로 밀어 올리고, 기판이 강하하여 접액하는 경우에 기판의 중앙부로부터 접액하여 기포를 외부로 흘러가게 하는 작용을 한다. 한편 아래쪽으로의 흐름은 애노드(748)의 중앙으로부터 바깥 둘레로의 수평방향의 흐름으로 변화하고, 애노드(748)의 표면에 형성된 블랙필름의 박리미립자를 흘러가게 하여 애노드(748)의 바깥 둘레로부터 수평정류링(763)의 아래쪽을 통과하여 제 1 도금액 배출구(757)로 흘러 블랙필름의 박리편이 기판의 처리면에 접근부착하는 것을 저감할 수 있게 되어 있다.
여기서 전해도금에 있어서는 도금액중에 있어서의 전류밀도가 도금막의 막두께를 지배하여 막두께를 균일하게 하기 위해서는 도금액중의 전류밀도분포를 더욱 균일하게 할 필요가 있다. 이 실시형태에 있어서는 하기와 같이 기판의 주변부에 전기적 접점이 있기 때문에 이 기판의 주변부에 위치하는 도금액의 전류밀도가 높아지는 경향이 있으나, 이 근방에 연직방향으로 연장되는 연직정류링(762)을 이 연직정류링(762)의 하부에 수평방향으로 연장하는 수평정류링(763)을 각각 배치하여 전류를 차단함으로써 전류의 돌아듦을 적게 하여 국부적인 전류의 집중을 적게 할 수 있고, 이에 의하여 도금액중의 전류밀도분포를 더욱 균일하게 하여 기판의 둘레 가장자리부에 있어서의 도금막의 막두께가 두꺼워지는 것을 방지할 수 있다.
또한 이 예에서는 연직정류링과 수평정류링으로 전류를 차단하여 전류의 돌아듦을 적게 하도록 한 예를 나타내고 있으나, 이것에 한정되지 않음은 물론이다.
한편, 핸드부(747)에는 회전 자유로운 중공원통형상의 하우징(770)과, 하면에 기판(W)을 유지하여 하우징(770)과 일체로 회전하는 원판형상의 기판테이블 (771)이 구비되어 있다. 상기 하우징(770)의 하단에는 안쪽으로 돌출하는 예를 들면 패킹재로 이루어져 안 둘레면의 일부에 기판(W)의 안내가 되는 테이퍼면을 형성한 링형상의 기판유지부(772)가 설치되고, 이 기판유지부(772)와 기판을 누르는 기판테이블(771)로 기판(W)의 둘레 가장자리부를 끼워 유지하여 기판(W)을 유지하도록 구성되어 있다.
도 60은 헤드부(747)의 일부를 확대하여 나타내는 확대도이고, 도 60에 나타내는 바와 같이 기판유지부(772)에는 안쪽으로 돌출하고, 상면의 선단이 위쪽으로 첨탑형상으로 돌출하는 링형상의 하부 시일재(773)가 설치되고, 기판테이블(771)의 하면의 둘레 가장자리부에는 일부가 첨탑형상으로 기판테이블(771)의 하면으로부터 아래쪽으로 돌출하는 상부 시일재(774)가 설치되어 있다. 이에 의하여 기판(W)을 유지하였을 때에 기판(W)의 하면과 하부 시일재(773)가 기판(W)의 상면과 상부 시일재(774)가 각각 압접하여 여기를 확실하게 시일하도록 되어 있다.
또 기판유지부(772)에는 수평방향 바깥쪽으로 연장하고, 다시 바깥쪽을 향하여 위쪽으로 경사져 연장된다. 이 예에서는 직경 3 mm의 공기제거구멍(775)이 원주방향을 따라 등간격으로 80개 설치되어 있다. 이 공기제거구멍(775)은 도 59에 나타내는 헤드부(747)가 도금위치에 있을 때에 바깥 둘레 개구단의 약 절반이 도금실(749)내의 도금액(745)의 액면으로부터 외부로 노출하는 위치에 설치되어 있다. 이에 의하여 상기와 같이 도금실(749)내의 도금액(745)의 위쪽으로의 흐름이 기판 (W)과 접액하여 기판(W)의 중앙부로부터 기포를 외부로 흘러 가게 하는 작용을 하였을 때에 이 흐름에 탄 기포는 공기제거구멍(775)으로부터 순차 바깥쪽으로 배출되어 기판(W)과 도금액(745)의 사이에 기포이 남지 않도록 구성되어 있다.
여기에 상기 공기제거구멍(775)의 경사각(θ)은 예를 들면 30°로 설정되어 있다. 공기의 제거를 고려한 경우, 공기제거구멍(775)의 직경은 2 mm 이상 5 mm 이하이고, 3 mm 정도가 바람직하며, 또 바깥쪽을 향하여 20°이상 위쪽에 경사시키는 것이 바람직하고, 30°정도가 특히 바람직하다.
또한 공기제거구멍(775)의 바깥 둘레 개구단이 도금시에 있어서의 도금액의액면보다 완전하게 위쪽에 위치하도록 하여 공기가 들어 가지 않도록 하거나, 공기제거구멍을 도중에 2개로 분기시켜, 그 한쪽이 액면 부근에서 개구하고, 다른쪽이 액면보다 완전히 위쪽에 위치하여 개구하도록 하여도 좋다. 또 기판(W)을 유지하였을 때의 이 기판(W)의 하면과, 공기제거구멍(775)의 상단과의 간격(S)이 1.5 mm 정도 이하일 때에 단시간으로 공기제거를 행할 수 있는 것이 확인되어 있다.
또한 공기제거구멍(775)으로서는 직선형상으로 하거나, 바깥쪽을 따라 도중으로부터 2방향으로 분기된 형상 등, 임의의 형상에 형성하여도 좋음은 물론이다.
또한 상기 하우징(770)의 기판유지부(772)에는 기판(W)을 유지하였을 때에 기판(W)과 통전하는 판스프링형상의 캐소드전극용 접점(776)이 배치되고, 상기 기판테이블(771)의 바깥쪽에는 이 기판테이블(771)이 하강하였을 때에 상기 캐소드전극용 접점(776)에 급전하는 급전접점(프로브)(777)이 아래쪽을 향하여 수직으로 설치되어 있다. 이에 의하여 도금액(745)은 기판(W)과 기판유지부(772)의 하부 시일재(773)에 의해 시일되기 때문에 캐소드전극용 접점(776)과 급전접점(777)이 도금액(745)에 닿는 것이 방지된다.
하우징(770)의 원통면의 양측에는 기판(W) 및 로봇핸드를 이 내부에 삽입 또는 인출하기 위한 개구(796)(도 60참조)가 설치되어 있다.
다음으로 이 실시형태의 기판처리장치에 의한 일련의 처리를 설명한다.
기판은 표면(소자형성면, 처리면)을 위를 향하여 카세트에 수납되어 설비 (710)내의 로드 언로드부(715)에 얹어 놓여진다. 그렇게 하면 제 1 로봇(717)이 그 핸드를 카세트내에 삽입하여 떨어트려 넣는 타입의 핸드에 의해 기판의 표면을유지하여 1매의 기판을 카세트로부터 인출하고, 회전하여 제 2 기판스테이지(726a) 위에 기판을 얹어 놓는다. 다음으로 제 3 로봇(727)이 제 2 기판스테이지(726a)에 있는 기판을 그 떨어트려 넣는 타입의 핸드에 의해 밑으로부터 유지하고 회전하여 기판을 제 1 기판스테이지(723a) 위에 얹어 놓는다.
제 2 로봇(724)은 제 1 기판스테이지(723a)의 가까이까지 자주하여 이 위의 기판을 떨어뜨려 넣는 타입의 핸드로 밑으로부터 유지하여 전처리유닛(721)쪽으로 회전하고, 전처리유닛(721)의 비산방지커버에 설치한 기판출입용 슬릿을 통하여 기판을 전처리유닛(721)의 기판척에 건네준다.
전처리유닛(721)의 기판척은 핑거를 개방하여 기판을 핑거의 사이에 위치시키고 핑거를 폐쇄함으로써 기판을 유지한다. 다음으로 반전기(720)의 핸드의 이동이 방해가 되지 않는 위치에 대기하고 있던 전처리노즐을 기판의 중앙 부근의 상부로 회전이동시켜 기판을 유지한 기판척을 중간속도(예를 들면 300 min-1정도)로 회전시키면서 기판 상부의 전처리액노즐로부터 전처리액을 흘려 액이 신속하게 기판 전면으로 퍼진 단계에서 회전속도를 상승시켜 기판 위의 여분의 전처리액을 원심력으로 액떨굼한다.
기판의 액떨굼이 종료하고 기판척을 정지시킨 후, 반전기(720)의 핸드를 하강시켜 그 핸드에 의해 기판을 잡고, 전처리유닛(721)의 기판척의 핑거를 개방하여 기판을 반전기(720)에 건네준다. 반전기(720)는 반전하여도 반전기(720)의 핸드가 기판척에 닿지 않는 위치까지 상승하여 수평인 반전축을 중심으로 180도 회전시켜기판의 표면을 밑으로 향한다. 반전기(720)는 기판을 제 2 로봇(724)에 건네 줄 수 있는 위치까지 하강하여 정지한다.
또한 반전기(720)의 핸드는 제 3 로봇(727)으로부터 기판을 받을 때 및 전처리 후에 기판척으로부터 기판을 받았을 때에는 반전축의 아래쪽에 있으나 핸드를 반전축을 중심으로 반전시켜 기판을 제 2 로봇(724)에 건네줄 때에는 반전축의 위쪽에 위치하고 있다.
제 2 로봇(724)은 떨어트려 넣는 타입의 핸드를 비산방지커버의 슬릿으로부터 그 내부에 삽입하여 반전기(720)의 핸드에 유지된 기판의 바로 아래쪽의 기판의 바깥 둘레 에지부분만이 핸드에 접하도록 핸드를 배치하고, 반전기(720)의 핸드가 기판을 개방하여 기판 표면을 밑으로 하여 기판을 유지한다. 제 2 로봇(724)은 기판을 전처리유닛(721)으로부터 인출하여 하나의 소정의 도금막 성막유닛(722)의 앞까지 자주(自走)한다.
도금막 성막유닛(722)의 하우징(770) 및 기판테이블(771)은 기판착탈위치까지 상승하고, 기판테이블(771)은 다시 하우징(770)의 상단까지 들어 올려져 있다.
제 2 로봇(724)은 핸드와 기판을 하우징(770)의 개구(796)로부터 이 내부에 삽입하여 기판테이블(71)의 바로 밑 근방위치까지 핸드를 들어 올린다. 이 상태에서 압축코일스프링의 가세력으로 후크(도시 생략)를 폐쇄하여 기판을 유지한다. 기판이 후크에 의해 유지된 후, 제 2 로봇(724)의핸드를 조금 하강시켜 하우징 (770)의 개구(796)로부터 인출한다.
다음에 기판테이블(771)을 하강시켜 기판을 하우징(770)의 기판유지부(772)의 안쪽의 테이퍼형상부분에서 센터링하여 기판유지부(772)의 하부 시일재(773) 위에 얹어 놓고, 다시 기판을 기판테이블(771)의 바깥 둘레부근의 상부 시일재(774)에 가압하여 도금액이 전극접점측으로 들어가지 않도록 시일한다. 동시에 기판테이블(771)을 하강시켜 캐소드전극용 접점(776)에 급전접점(777)을 압접시킴으로써 확실한 접촉을 얻는다.
이 상태로 도금처리탱크(746)의 도금액 분출노즐(753)로부터 도금액(745)을 분출하면 액면의 중앙부가 불룩해진 형상이 된다. 동시에 하우징(770)과 기판(W)과 기판테이블(771)을 중간속도(예를 들면 150 min-1)로 회전시키면서 볼나사 등을 거쳐 하강시킨다. 이 회전속도는 하기의 공기제거를 고려하면 100 내지 250 min-1정도가 바람직하다. 그렇게 하면 기판의 중앙이 도금액(745)의 액면에 접촉한 후, 불룩해진 액면과의 접촉면적이 점차로 증가하여 주위까지 액이 채워지게 된다. 기판의 하면의 주위는 하부 시일재(773)가 기판면으로부터 돌출되어 있기 때문에 공기가 남기쉬우나, 하우징(770)의 회전에 의해 기포를 포함한 도금액을 공기제거구멍(775)으로부터 외부로 흘러가게 함으로써, 기판 하면의 기포를 제거한다. 이에 의하여 기판 표면의 기포를 완전히 제거하여 균일한 처리를 가능하게 한다. 기판에 도금을 실시하는 소정위치는 기판이 도금실(749) 내의 도금액(745)에 침지되고, 또한 하우징(770)의 개구(796)로부터 도금액이 침입하지 않는 위치로 설정되어 있다.
기판이 소정의 위치까지 하강하였을 때, 하우징(770)을 중간속도로 수초간회전시켜 공기제거를 행한 후, 이 회전속도를 저속회전(예를 들면 100min-1)으로 저하시켜 애노드(748)를 양극, 기판처리면을 음극으로 한 도금전류를 흘려 전극도금을 행한다. 이 회전속도는 예를 들면 0 내지 225 min-1의 범위이다. 도금처리 동안은 도금액을 도금액 분출노즐(753)로부터 소정의 유량으로 계속하여 공급하고, 제 1 도금액 배출구(757) 및 제 2 도금액 배출구(759)로부터 배출시켜 도금액조정 탱크(740)를 통하여 순환시킨다. 도금막두께는 전류밀도와 통전시간에 의해 결정되므로 희망하는 석출량에 따른 통전시간(도금시간)을 설정한다.
이 도금시간은 예를 들면 120 내지 150초이고, 예를 들면 1A 정도의 전류로 40초 정도의 도금처리를 행하고, 그런 다음에 예를 들면 74A 정도의 전류로 도금 처리를 행함으로써 균일하고 얼룩이 없는 도금막을 얻을 수 있다.
통전을 종료한 후, 하우징(770), 기판(W) 및 기판테이블(771)을 도금실(749)내의 도금액(745)의 액면보다 위의 위치에서 처리탱크커버의 상단보다 밑의 위치로 까지 들어 올려 고속(예를 들면 500 내지 800 min-1)으로 회전시켜 도금액을 원심력에 의해 액떨굼한다. 액떨굼이 종료한 후, 하우징(770)의 회전을 소정의 방향을 향하도록 정지시키고, 하우징(770)을 기판의 착탈위치까지 상승시킨다. 하우징 (770)이 기판탈착위치까지 상승한 후, 기판테이블(771)을 다시 기판착탈위치까지 상승시킨다.
여기서 도금액의 공급량은 도금액의 액면을 상승시키는 도금액 상승시에 있어서는 10 내지 301/min (바람직하게는 201/min)정도로, 제 1 도금액 배출구(757)로부터 3 내지 61/min (바람직하게는 51/min)정도 유출시킨다. 도금중에 있어서는 8 내지 201l/min (바람직하게는 101/min) 정도로 제 1 도금액 배출구(757)로부터 3내지 61/min (바람직하게는 51/min), 제 2 도금액 배출구(759)로부터 3 내지 61/min (바람직하게는 51/min)정도 유출시킨다. 도금 후의 액면 하강시에 있어서는 15 내지 301/min (바람직하게는 201/min)정도까지 제 1 도금액 배출구(757)로부터 20 내지 301/min (바람직하게는 251/min)정도 유출시킨다. 또 장시간처리중지시에 있어서는 2 내지 41/min (바람직하게는 31/min)정도의 도금액을 공급하고, 그 전량을 제 2 도금액 배출구(759)로부터 유출시켜 도금액을 순환시킨다.
다음으로 제 2 로봇(724)의 핸드를 하우징(770)의 개구(796)로부터 이 내부에 삽입하여 기판을 받아들이 위치까지 상승시킨다. 그리고 후크(도시 생략)를 개방시켜 후크에 의해 유지되어 있는 기판을 핸드의 떨어트려 넣음핸드에 떨어뜨려 넣는다. 이 상태로 핸드를 약간 하강시켜 하우징(770)의 개구(796)로부터 핸드와 그것에 유지한 기판을 인출한다. 기판은 핸드에 의한 설치시와 마찬가지로 기판의 표면을 밑을 향하여 기판의 에지부만이 핸드에 접촉하도록 유지된다.
제 2 로봇(724)에 유지된 기판은 기판의 표면에 밑을 향한 채 제 1 기판스테이지(723b)의 반전기(720)에 건네준다. 반전기(720)는 2개의 핸드로 기판 바깥 둘레를 잡고 기판의 표리 양면에 초순수를 공급하여 린스를 행한다. 그리고 수평인 반전축의 주위로 기판을 180도 회전시켜 이 표면을 위를 향하게 한다. 다음에 제 3 로봇(727)이 제 1 기판 스테이지(723b)의 반전기(720)에 얹어 놓여진 기판을 핸드로 유지하여 약액세정유닛(725)으로 이송한다.
약액세정유닛(725)에서는 6개의 핑거로 기판을 유지하여 그 표면을 위를 향하여 회전시켜 기판의 표면, 에지, 이면을 각각 케미컬세정액에 의해 세정한다. 약액세정이 종료하면 초순수에 의해 린스를 행한 후, 핑거에 유지된 기판을 고속으로 회전시켜 기판의 액떨굼을 행한다.
액떨굼이 종료하면, 제 3 로봇(727)의 핸드에 의해 기판을 표면을 위를 향하게 인출하여 제 2 기판스테이지(726b)에 얹어 놓는다. 제 2 기판스테이지(726b)에있어서 다시 초순수에 의해 기판을 린스한다.
다음에 제 1 로봇(717)이 핸드에 의해 제 2 기판스테이지(726b)에 유지된 기판을 받아 들여 세정유닛(716)에 기판을 건네 준다. 세정유닛(716)은 초순수(탈이온수를 포함함)에 의해 기판의 표면, 이면을 세정하고, 고속회전에 의해 액떨굼 건조시킨다. 그리고 제 1 로봇(717)의핸드에 의해 기판을 표면을 위를 향하여 유지하여 로드 언로드부(715)의 카세트의 소정의 위치에 기판을 수납한다.
도 61은 도금낙 성막유닛(722)의 다른예를 나타내는 것으로, 이 예의 상기 예와 다른 점은 도금탱크(750)에 이 도금탱크(750)의 손잡이(751)를 거쳐 뽑아내기 자유롭게 장착되어 애노드(748)를 일체로 유지한 애노드유지체(752)의 입구부근에 병렬로 배치한 다수의 홈(910)으로 이루어지는 래버린스시일(912)를 설치하고, 이 홈(910)의 하나에 예를 들면 N2등의 불활성가스를 도입하는 불활성가스도입로(914)를 접속하고, 다시 모든 홈(910)의 바닥부에 도금액리턴통로(916)를 접속하고, 이 도금액리턴통로(916)의 다른쪽 끝을 흘러넘친 도금애기 고이는 대기에 개방한 도금액고임실(918)에 접속한 점에 있다.
이와 같이 도금탱크(750)의 애노드유지체(752)의 입구 부근에 복수의 홈 (910)으로 이루어지는 래버린스시일(912)을 설치함으로써 시일재(900)를 강대한 힘으로 체결하는 일 없이 도금탱크(750)와 애노드유지체(752) 사이의 간극을 래버린스시일(912)로 확실하게 시일하여 도금액이 외부로 누출하는 것을 방지할 수 있다. 또 홈(910)의 하나에 불활성가스도입로(914)를, 모든 홈(910)의 바닥부에 도금액리턴통로(916)를 각각 접속하고, 불활성가스도입로(914)로부터 홈(910)에 고인 도금액을 유출시키는 데 필요한 압력인 N2등의 불활성가스를 도입함으로써 홈(910)의 고인 도금액을 외부로 배출하여 래버린스시일(912)의 효과가 홈(910)에 고인 도금액으로 손상되어 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한 이 예에서는 도금탱크(750)측에 복수의 홈(910)으로 이루어지는 래버린스시일(912)을 설치한 예를 나타내고 있으나, 애노드유지체(752)측, 또는 양쪽에 래버린스시일을 설치하도록 하여도 좋다.
도 62는 도금막 성막유닛(722)의 또 다른 예의 개요를 나타내는 것으로, 이 도금막 성막유닛(722)은 도 59 및 도 60에 나타내는 도금막 성막유닛(722)이 하우징(770)을 상하운동시켜 기판의 수수를 행하고 있는 것에 대하여 하우징(770)의 상하운동을 행하는 일 없이 도금처리탱크내의 도금액의 액면을 상하운동시켜 기판의 수수를 행하도록 한 것이다.
또 이 도금막 성막유닛(722)을 구비한 경우, 도 57에 나타내는 자주타입으로회전자유로운 제 2 로봇(724)으로 하여 기판을 흡착유지하는 1개의 흡착핸드를 가지고, 이 흡착핸드를 흡착면을 상향 및 하향으로 변경하도록 회전 가능한 것이 사용된다.
이하 이 도금막 성막유닛(722)을 도 59 및 도 60에 나타내는 도금막 성막유닛(722)과 동일 또는 상당부재에는 동일부호를 붙이고 그 설명의 일부를 생략하여 설명한다.
도금막 성막유닛(722)은 도금처리탱크(746)와 핸드부(747)를 구비하고 있다. 이 도금처리탱크(746)의 도금탱크(750)에는 애노드(748)의 주위에 위치하여 도금탱크(750)의 바닥면에서 개구하는 제 도금액 배출구(도시 생략)와, 도금탱크(750)의 둑부재(758)를 흘러넘친 도금액(745)을 배출하는 제 2 도금액 배출구(759) 외에 도금탱크(750)의 둘레 벽부의 높이방향의 도중에 설치한 단차부(750a)에서 개구하는 제 3 도금액 배출구(820)가 설치되고, 이 제 3 도금액 배출구(820)로부터 리저버 (926)(도 67참조)로 연장되는 도금액 배출관(821)에 셧오프밸브(822)가 장착되어 있다.
이에 의하여 도금탱크(750)의 둑부재(758)의 상단면에서 형성되는 평면이 도금시 액면(A)을, 단차부(750a)에서 형성되는 평면이 기판수수액면(B)을 각각 형성한다. 즉 도금처리시에는 셧오프밸브(822)를 폐쇄하여 도금액 분출노즐(753)로부터 도금액을 분사함으로써 도금실(749)내의 도금액(745)의 액면을 상승시켜 도금탱크(750)의 둑부재(758)의 상단부로부터 흘러넘치게 하여 액면을 도금시 액면(A)에 안정시킨다. 도금처리종료 후에는 셧오프밸브(822)를 개방하고, 도금실(749)내의도금액(745)을 제 3 도금액 배출구(820)로부터 배출하여 액면을 기판수수액면(B)으로 하도록 되어 있다.
이와 같이 도금처리시 이외에도 애노드(748)를 도금액(745)에 침지함으로써 애노드(748)의 표면에 생성된 블랙필름이 건조하여 산화되는 것을 방지하여 안정된도금처리를 행할 수 있다.
또 헤드부(747) 하우징(770)은 이 하단의 기판유지부(772)로 기판(W)을 탑재유지하였을 때에 이 기판(W)이 도금시 액면(A)과 기판수수액면(B) 사이에 위치하 도록 상하방향으로 이동 불가능하게 고정되어 회전자유롭게 배치되어 있다. 또 기판테이블(771)에는 기판을 유지하는 기능은 조금도 구비되어 있지 않고 하우징 (770)의 기판유지부(772) 위에 기판(W)을 얹어 놓은 후에 하강하여 기판(W)의 둘레 가장자리부를 기판유지부(772)와 기판테이블(771)의 둘레 가장자리부 하면에서 끼워 유지하여 기판(W)을 유지하도록 되어 있다.
다음에 이 도금막 성막유닛(722)을 구비한 기판처리장치에 있어서의 기판의 처리에 대하여 설명한다. 이 예에 있어서는 제 2 로봇(724)에 의한 기판의 수수와, 도금막 성막유닛(722)에 의한 처리만이 상기한 경우와는 다르고, 그외는 대략 동일하므로 이 다른점만을 설명한다.
먼저 제 1 기판스테이지(723a)에 표면을 위를 향하여 얹어 놓여진 기판을 전처리유닛(721)에 건네줄 때에는 제 2 로봇(724)의 흡착핸드를 흡착면을 위로 향한 상태에서 기판의 아래쪽으로부터 이면을 흡착하여 기판을 유지하고, 전처리유닛 (721)의 방향으로 회전하여 전처리유닛(721)의 비산방지커버의 슬릿으로부터 기판및 흡착핸드를 이 내부에 삽입하여 전처리유닛(721)의 반전기(720)가 개방되어 있는 2개의 핸드 사이에 기판을 위치시킨다.
또 전처리유닛(721)으로부터 기판을 받아 들일때에는 제 2 로봇(724)의 흡착핸드를 흡착면을 밑을 향하여 전처리유닛(721)의 비산방지커버의 슬릿으로부터 이 내부에 삽입하여 전처리유닛(721)의 반전기(720)의 핸드에 유지된 기판의 바로 위쪽에 흡착핸드를 배치하여 기판의 이면을 진공흡착시키고, 반전기(720)의 핸드를 개방하고, 이에 의하여 제 2 로봇(724)의 흡착핸드로 기판의 표면을 밑으로 하여 기판을 유지한다.
도금막 성막유닛(722)에 기판을 수수할 때에는 제 2 로봇(724)의 흡착핸드와 이 흡착핸드로 표면을 밑을 향하여 흡착유지한 기판(W)을 하우징(770)의 개구(796)로부터 이 내부에 삽입하여 흡착핸드를 아래쪽으로 이동시킨 후, 진공흡착을 해제하여 기판(W)을 하우징(770)의 기판유지부(772) 위에 얹어 놓고, 그 다음에 흡착핸드를 상승시켜 하우징(770)으로부터 뽑아 낸다. 다음에 기판테이블(771)을 하강시켜 기판(W)의 둘레 가장자리부를 기판유지부(772)와 기판테이블(771)의 둘레 가장자리부 하면에서 끼워 유지하여 기판(W)을 유지한다.
그리고 제 3 도금액 배출구(820)에 접속한 도금액 배출관(821)을 셧오프밸브 (822)로 폐쇄한 상태에서 도금액 분출노즐(753)로부터 도금액을 분출시키고, 동시에 하우징(770)과 그것에 유지된 기판(W)을 를 중간속도로 회전시켜 도금액이 소정의 양까지 채워지고, 다시 수초 경과하였을 때에 하우징(770)의 회전속도를 저속회전(예를 들면 100 min-1)으로 저하시켜 애노드(748)를 양극, 기판처리면을 음극으로 하여 도금전류를 흘려 전해도금을 행한다.
통전을 종료한 후, 셧오프밸브(822)를 개방하여 제 3 도금액 배출구(820)로부터 도금탱크(750)의 단차부(750a)보다 위에 있는 도금액(745)을 리저버(926)에 배출한다. 이에 의하여 하우징(770) 및 그것에 유지된 기판은 도금액면 위에 노출된다. 이 하우징(770)과 그것에 유지된 기판(W)이 액면보다 위에 있는 위치에서 고속(예를 들면, 500 내지 800 min-1)으로 회전시켜 도금액을 원심력에 의해 액떨굼한다. 액떨굼이 종료한 후, 하우징(770)의 회전을 하우징(770)의 소정의 방향을 향하도록 정지시킨다.
하우징(770)이 완전히 정지한 후, 기판테이블(771)을 기판착탈위치까지 상승시킨다. 다음에 제 2 로봇(724)의 흡착핸드를 흡착면을 밑을 향하여 하우징(770)의 개구(796)로부터 이 내부에 삽입하여 흡착핸드가 기판을 흡착할 수 있는 위치로까지 흡착핸드를 하강시킨다. 그리고 기판을 흡착핸드에 의해 진공흡착하여 흡착핸드를 하우징(770)의 개구(796)의 상부위치로까지 이동시켜 하우징(770)의 개구 (796)로부터 흡착핸드와 그것에 유지한 기판을 인출한다.
이 예에 의하면 핸드부(747)의 기계적인 간소화 및 콤팩트화를 도모하고, 또한 도금처리탱크(746)내의 도금액의 액면이 도금시 액면(A)에 있을 때에 도금처치를 기판수수시 액면(B)에 있을 때에 기판의 물떨굼과 수수를 행하고, 또한 애노드 (748)의 표면에 생성된 블랙필름의 건조나 산화를 방지할 수 있다. 또 기판에 도금을 실시할 때의 기판의 위치와, 기판에 부착된 여분의 도금액을 회전·액떨굼할 때의 기판의 위치가 동일한 위치이므로 미스트비산방지대책을 실시하는 위치를 낮게 할 수 있다.
또 이 예에 있어서는 액면이 기판수수액면(B)일 때에 기판(W)을 하우징(770)내에 삽입하여 유지한 후, 액면을 도금시 액면(A)까지 상승시킴과 동시에 하우징 (770)을 일정량 상승시켜 액면이 도금시 액면(A)에 도달한 후에 하우징(770)을 중간속도(예를 들면 150 min-1)로 회전시키면서 하강시켜 중앙에서 불룩해진 도금액면에 기판(W)을 접촉시킬 수도 있다. 이에 의하여 기판 표면의 기포를 더욱 확실하게 제거할 수 있다.
도 63은 도금막 성막유닛(722)의 또 다른예를 나타내는 것으로, 이 도금막 성막유닛(722)의 도 62가 나타내는 도금막 성막유닛(722)과 다른점은 도 62에 나타내는 도금막 성막유닛(722)에 있어서의 기판누름체인 기판테이블(771)을 대신하여 가압링(830)을 사용하고, 다시 이 가압링(830)을 상하운동시키는 실린더 등의 구동부(831)를 하우징(770)의 내부에 수납한 점이다.
이 예에 의하면 구동부(831)를 작동시켜 가압링(830)을 하강시킴으로써 기판의 둘레 가장자리부를 하우징(770)의 기판유지부(772)와 가압링(830)의 하면에서 끼워 유지하여 기판(W)을 유지하고, 가압링(830)을 상승시킴으로써 이 유지를 풀 수 있다.
도 64는 도금막 성막유닛(722)의 또 다른예를 나타내는 것으로, 이 도금막성막유닛(722)의 도 62가 나타내는 도금막 성막유닛(722)과 다른 점은 도 62가 나타내는 도금막 성막유닛(722)에 있어서의 기판누름체인 기판테이블(771)을 대신하여 요동 자유로운 요동링(842)을 가지는 클램프기구(841)를 사용하고, 이 클램프기구(841)를 하우징(770)의 아래쪽 내부에 수납한 점이다.
이 예에 의하면 클램프기구(841)를 거쳐 요동링크(842)를 이것이 수평방향에 위치하도록 안쪽으로 요동시킴으로써 기판의 둘레 가장자리부를 하우징(770)의 기판유지부(772)와 요동링크(842)로 끼워 유지하여 기판(W)을 유지하고, 요동링크 (842)를 이것이 연직방향에 위치하도록 바깥쪽으로 요동시킴으로써 이 유지를 풀고, 또한 기판(W)의 탈출시에 요동링크(842)가 방해가 되는 것을 방지할 수 있다.
도 65는 도금막 성막유닛(722)의 또 다른 예를 나타내는 것으로, 이 도금막성막유닛(722)의 도 62에 나타내는 도금막 성막유닛(722)과 다른점은 도 62가 나타내는 도금막 성막유닛(722)에 있어서의 기판누름체인 기판테이블(771)을 대신하여 공기압으로 탄성변형하는 팽축부재(850)를 사용하고, 이 팽축부재(850)를 하우징 (770)의 아래쪽 내부에 수납한 점이다.
이 예에 의하면 팽축부재(850)를 공기압으로 팽창시킴으로써 기판의 둘레 가장자리부를 하우징(770)의 기판유지부(772)와 팽축부재(850)로 끼워 유지하여 기판(W)을 유지하고, 팽축부재(850)내의 공기를 제거함으로써 이 유지를 풀고, 또한 기판(W)의 탈출 시에 팽축부재(850)가 방해가 되는 것을 방지할 수 있다.
도 66은 도금막 성막유닛(722)의 또 다른 예의 전체구성을 나타내며, 도 67은 이 도금막 성막유닛(722)을 복수개 구비한 도금장치의 도금액의 흐름도를 나타낸다. 이것을 상기 각 예에 도금막 성막유닛과 동일 또는 상당부재에 동일부호를 붙이고 그 설명의 일부를 생략하여 설명한다.
도 66에 나타내는 바와 같이 이 도금막 성막유닛(72)은 대략 원통형상으로 내부에 도금액(745)을 수용하는 도금처리탱크(746)와, 이 도금처리탱크(746)의 위쪽에 배치되어 기판(W)를 유지하는 헤드부(747)로 주로 구성되어 있다. 또한 도 66은 헤드부(747)로 기판(W)을 유지하여 도금액(745)의 액면을 상승시킨 도금위치에 있을 때의 상태를 나타내고 있다.
상기 도금처리탱크(746)에는 위쪽으로 개방하여 애노드(748)를 바닥부에 배치한 도금실(749)과, 이 도금실(749)내에 도금액(745)을 보유하는 도금탱크(750)가 구비되어 있다. 상기 도금탱크(750)의 안 둘레벽에는 도금실(749)의 중심을 향하여 수평으로 돌출하는 도금액 분출노즐(753)이 원주방향을 따라 등간격으로 배치되고, 이 도금액 분출노즐(753)는 도금탱크(750)의 내부를 상하로 연장하는 도금액 공급로(754)(도 59참조)와 연통하고 있다.
이 도금액 공급로(754)는 도 67에 나타내는 바와 같이 도금액 공급관(755)을 거쳐 도금액조정탱크(740)(도 58참조)에 접속되고, 이 도금액공급관(755)의 도중에 2차측의 압력을 일정하게 하는 제어밸브(756)가 장착되어 있다.
또한 이 예에서는 도금실(749)내의 애노드(748)의 위쪽위치에 예를 들면 3 mm 정도의 다수의 구멍을 설치한 펀치플레이트(920)가 배치되고, 이에 의하여 애노드(748)의 표면에 형성된 블랙필름이 도금액(745)에 의해 감아 올려져 흘러 나오는 것을 방지하도록 되어 있다.
또 도금탱크(750)에는 도금실(749)내의 도금액(745)을 이 도금실(749)의 바닥부 둘레 가장자리로부터 뽑아 내는 제 1 도금액 배출구(757)와, 도금탱크(750)의 상단부에 설치한 둑부재(758)를 흘러넘친 도금액(745)을 배출하는 제 2 도금액 배출구(759)와, 이 둑부재(758)를 흘러 넘치기 전의 도금액을 배출하는 제 3 도금액 배출구(820)가 설치되어 있다. 제 2 도금액 배출구(759)와 제 3 도금액 배출구 (820)를 흐르는 도금액은 도금탱크의 하단부에서 하나가 되어 배출된다. 제 3 도금액 배출구(820)를 설치하는 대신에 둑부재(758)의 하부에 도 72a 및 도 72c에 나타내는 바와 같이 소정간격마다 소정폭의 개구(922)를 설치하고, 이 개구(922)를 통과시킨 도금액을 제 2 도금액 배출구(759)에 배출하도록 하여여도 좋다.
이에 의하여 도금처리시에 있어서 공급도금량이 클 때에는 도금액을 제 3 도금액 배출구(820)로부터 외부로 배출하거나 또는 개구(922)를 통과시켜 제 2 도금액 배출구(759)로부터 외부로 배출하고, 동시에 도 72a에 나타내는 바와 같이 둑부재(758)를 흘러 넘치게 하여 제 2 도금액 배출구(759)로부터도 외부로 배출한다. 또 도금처리시에 있어서 공급도금량이 작을 때에는 도금액을 제 3 도금액 배출구 (820)로부터 외부로 배출하거나 또는 제 3 도금액 배출구(820)를 설치하는 대신에 도 72b에 나타내는 바와 같이 개구(922)를 통과시켜 제 2 도금액 배출구(759)로부터 외부로 배출하고, 이에 의하여 도금량의 대소에 용이하게 대처할 수 있게 되어 있다.
또한 도 72d에 나타내는 바와 같이 도금액 분출노즐(753)의 위쪽에 위치하여 도금실(749)과 제 2 도금액 배출구(759)를 연통하는 액면제어용 관통구멍(924)이원주방향을 따른 소정의 피치로 설치되고, 이에 의하여 비도금시에 도금액을 관통구멍(924)을 통과시켜 제 2 도금액 배출구(759)로부터 외부로 배출함으로써 도금액의 액면을 제어하도록 되어 있다. 또한 이 관통구멍(924)은 도금처리시에 오리피스와 같은 역할을 하게 하여 여기로부터 흘러 나오는 도금액의 양이 제한된다.
도 67에 나타내는 바와 같이 제 1 도금액 배출구(757)는 도금액 배출관 (760a)을 거쳐 리저버(926)에 접속되고, 이 도금액 배출관(760a)의 도중에 유량조정기(761a)가 장착되어 있다. 제 2 도금액 배출구(759)와 제 3 도금액 배출구 (820)는 도금탱크(750)의 내부에서 합류한 후, 도금액 배출관(760b)을 거쳐 직접 리저버(926)에 접속되어 있다.
이 리저버(926)에는 다른 모든 도금막 성막유닛으로부터 도금액이 유입하도록 되어 있고, 이 리저버(926)에 들어 간 도금액은 리저버(926)로부터 펌프(928)에 의해 도금액 조정탱크(740)(도 58참조)로 들어 간다. 이 도금액 조정탱크(740)에 는 온도제어기(930)나 샘플액을 인출하여 분석하는 도금액 분석유닛(932)이 부설되어 있고, 단일 펌프(934)의 구동에 따라 도금액조정탱크(740)로부터 필터(936)를 통하여 도금액이 각 도금막 성막유닛의 도금액 분출노즐(753)에 공급되도록 되어 있고, 이 도금액조정탱크(740)로부터 각 도금막 성막유닛에 연장하는 도금액 공급관(755)의 도중에 2차측의 압력을 일정하게 하여 하나의 도금막 성막유닛이 정지하여도 다른 도금막 성막유닛의 도금액 공급압을 일정하게 제어하는 제어밸브(756)가 구비되어 있다.
이와 같이 복수의 도금막 성막유닛에 단일 도금처리설비의 도금액조정탱크(740)로 조정한 도금액을 단일 펌프(934)로 개별로 공급함으로써 도금처리설비의 도금액조정탱크(740)로 용적이 큰 것을 사용하여 도금액을 조정하고, 이에 의하여 각 도금막 성막유닛에 제어밸브(756)를 거쳐 개별로 유량을 제어하면서 공급하는 도금액의 변동을 작게 억제할 수 있다.
또 도금실(749) 내부의 주변 근방에 위치하여 이 도금실(749)내의 도금액 (745)의 상하로 분리된 위쪽의 흐름으로 도금액면의 중앙부를 위쪽으로 밀어 올려 아래쪽의 흐름을 원활하게 함과 동시에, 전류밀도의 분포를 더욱 균일하게 되도록 한 연직정류링(762)과 수평정류링(763)이 이 수평정류링(763)의 바깥 둘레끝을 도금탱크(750)에 고착하여 배치되어 있다.
한편 헤드부(747)에는 회전 자유로운 아래쪽으로 개구한 바닥이 있는 원통형상으로 둘레벽에 개구(796)를 가지는 하우징(770)과, 하단에 가압링(940)을 설치한 상하운동 자유로운 가압로드(942)가 구비되어 있다. 하우징(770)의 하단에는 도 71에 나타내는 바와 같이 안쪽으로 돌출하는 링형상의 기판유지부(772)가 설치되고, 이 기판유지부(772)에 안쪽으로 돌출하여 상면의 선단이 위쪽으로 첨탑형상으로 돌출하는 링형상의 시일재(944)가 설치되어 있다. 또한 이 시일재(944)의 위쪽에 캐소드전극용 접점(776)이 배치되어 있다. 또 기판유지부(772)에는 수평방향으로 바깥쪽으로 연장되고, 또한 바깥쪽을 향하여 위쪽으로 경사져 연장되는 공기제거구멍(775)이 원주방향을 따라 등간격으로 설치되어 있다. 이들 캐소드전극용 접점(776)이나 공기제거구멍(775)은 도 59 및 도 60에 나타내는 것과 동일하다.
이에 의해 도 68에 나타내는 바와 같이 도금액의 액면을 내린 상태에서 도70 및 도 71에 나타내는 바와 같이 기판(W)을 로봇핸드(H) 등으로 유지하여 하우징 (770)의 내부에 넣어 기판유지부(772)의 시일재(944)의 상면에 얹어 놓고, 로봇핸드(H)를 하우징(770)으로부터 뽑아 낸 후, 가압링(940)을 하강시킴으로써 기판(W)의 둘레 가장자리부를 시일재(944)와 가압링(940)의 하면에서 끼워 유지하여 기판 (W)을 유지하고, 또한 기판(W)을 유지하였을 때에 기판(W)의 하면과 시일재(944)가 압접하여 여기를 확실하게 시일하고, 동시에 기판(W)과 캐소드전극용 접점(776)이 통전하도록 되어 있다.
도 66으로 하우징(770)은 모터(946)의 출력축(948)에 연결되어 모터(946)의 구동에 의해 회전하도록 구성되어 있다. 또 가압로드(942)는 모터(946)를 둘러싸도록 지지체(950)에 고착한 가이드부착 실린더(952)의 작동에 의해 상하운동하는 실린더(954)의 하단에 베어링(956)을 거쳐 회전자유롭게 지지한 링형상의 지지프레임(958)의 원주방향을 따른 소정위치에 수직으로 설치하고, 이에 의하여 실린더 (952)의 작동에 의해 상하운동하고, 또한 기판(W)을 유지하였을 때에 하우징(770)과 일체로 회전하도록 되어 있다.
지지체(950)는 모터(960)의 구동에 따라 회전하는 볼나사(961)와 나사결합하여 상하운동하는 슬라이드베이스(962)에 설치되고, 또한 상부 하우징(964)으로 둘러싸여 모터(960)의 구동에 따라 상부 하우징(964)와 함께 상하운동하도록 되어 있다. 또 도금탱크(750)의 상면에는 도금처리시에 하우징(770)의 주위를 둘러싸는 하부 하우징(957)이 설치되어 있다.
이에 의하여 도 68에 나타내는 바와 같이 지지체(950)와 상부 하우징(964)을상승시킨 상태로 메인티넌스를 행할 수 있도록 되어 있다. 또 둑부재(758)의 안 둘레면에는 도금액의 결정이 부착하기 쉬우나, 이와 같이 지지체(950)와 상부 하우징(964)을 상승시킨 상태로 다량의 도금액을 흘려 둑부재(758)를 흘러 넘치게 함으로써 둑부재(758)의 안 둘레면으로의 도금액의 결정의 부착을 방지할 수 있다. 또 도금탱크(750)에는 도금처리시에 흘러넘치는 도금액의 위쪽을 덮는 도금액 비산방지커버(750b)가 일체로 설치되어 있으나, 이 도금액 비산방지커버(750b)의 하면에 예를 들면 HIREC (NTT 어드밴스테크놀로지사제품) 등의 초발수재를 코팅함으로써 여기에 도금액의 결정이 부착하는 것을 방지할 수 있다.
하우징(770)의 기판유지부(772)의 위쪽에 위치하여 기판(W)의 중심내기를 행하는 기판 중심내기기구(970)가 이 예에서는 원주방향을 따른 4개소에 설치되어 있다.
도 73은 이 기판 중심내기기구(970)의 상세를 나타내는 것으로, 이것은 하우징(770)에 고정한 도어형의 브래킷(972)과, 이 브래킷(972)내에 배치한 위치결정블록(974)을 가지고, 이 위치결정블록(974)은 그 상부에 있어서 브래킷(972)에 수평방향으로 고정한 피벗(976)을 거쳐 요동자유롭게 지지되고, 또한 하우징(770)과 위치결정블록(974) 사이에 압축코일스프링(978)이 장착되어 있다. 이에 의해 위치결정블록(974)은 압축코일스프링(978)을 거쳐 피벗(976)을 중심으로 하부가 안쪽으로 돌출하도록 가세되고, 그 상면(974a)이 스토퍼로서의 역활을 다하여 브래킷 (972)의 상부하면(972a)에 접촉함으로써 위치결정블록(974)의 움직임이 규제되도록 되어 있다. 또한 위치결정블록(974)의 내면은 위쪽을 향하여 바깥쪽으로 넓어지는 테이퍼면(974b)으로 되어 있다.
이에 의하여 예를 들면 반송로봇 등의 핸드로 기판을 유지하여 하우징(770)내로 반송하여 기판유지부(772)의 위에 얹어 놓았을 때 기판의 중심이 기판유지부(772)의 중심으로부터 어긋나 있으면 압축코일스프링(978)의 탄성력에 저항하여 위치결정블록(974)이 바깥쪽으로 회동하고, 반송로봇 등의 핸드에 의한 파지를 해제하면 압축코일스프링(978)의 탄성력으로 위치결정블록(974)이 원래의 위치로 복귀함으로써 기판의 중심내기를 행할 수 있게 되어 있다.
도 74는 캐소드전극용 접점(776)의 캐소드전극판(908)에 급전하는 급전접점(프로브)(777)을 나타내는 것으로, 이 급전접점(777)은 플랜저로 구성되어 있음과 동시에, 캐소드전극판(908)에 도달하는 원통형상의 보호체(980)로 포위되어 도금액으로부터 보호되어 있다.
이 도금막 성막유닛을 구비한 기판처리장치에 있어서는 상기와 마찬가지로 도 68에 나타내는 도금액의 액면이 낮은 기판수수위치에 있을 때에 기판을 하우징 (770)내에 삽입하여 유지하고, 이 상태에서 도금액의 액면을 상승시켜 기판에 도금 처리를 실시하고, 그 다음에 도금액의 액면을 내려 도금처리 후의 기판을 하우징 (770)으로부터 뽑아 낸다. 또 지지체(950)와 상부 하우징(964)을 상승시킨 상태에서 메인티넌스를 행하고, 이 상태에서 필요에 따라 다량의 도금액을 흘려 둑부재 (758)를 흘러넘치게 함으로써 둑부재(758)의 안 둘레면으로의 도금액의 결정의 부착을 방지한다.
또 이 예에 있어서는 액면이 기판수수액면(B) 시에 기판(W)을 하우징(770)내에 삽입하여 유지한 후, 액면을 도금시 액면(A)까지 상승시킴과 동시에, 하우징 (770)을 일정량 상승시켜 액면이 도금시 액면(A)에 도달한 후에 하우징(770)을 중간속도(예를 들면 150 min-1)로 회전시키면서 하강시켜 중앙에서 불룩해진 도금액면에 기판(W)을 접촉시킬 수도 있어 이에 의해 기판표면의 기포를 더욱 확실하게 제거할 수 있다.
또한 상기 각 예에서는 전처리유닛으로서 프리팁방식을 채용하여 배리어층과 시드층이 순차 설치된 기판의 피도금면에 도금부착성을 향상시키기 위하여 도금액의 한 성분인 전처리액(프리팁액)을 균일하게 도포하도록 한 것을 사용한 예를 나타내고 있으나, 배리어층과 시드층이 순차 설치된 기판의 피도금면에 프리플레이팅 (전도금)을 실시함으로써 불완전한 시드층을 보강하도록 한 프리플레이팅방식을 채용한 것을 사용하여도 좋다.
도 75는 이 프리플레이팅방식을 채용한 프리플레이팅(980)을 구비한 본 발명에 관한 기판처리장치의 다른 실시형태예를 나타내는 것이다. 여기서 프리플레이팅유닛(980)은 도금막 성막유닛(722)과 대략 동일한 구조를 가지고, 도금액로서 약알칼리의 피에린산구리의 고분극액을 애노드로서 순동(무산소구리)을 각각 사용한 것이다. 즉 이 예는 도 57에 나타내는 하나의 도금막 성막유닛(722)을 프리플레이팅유닛(980)으로 대체하고, 이에 의하여 프리플레이팅을 행하여 불완전한 시드층을 보강하고, 그 다음에 도금처리로 이행하도록 한 것이다.
여기서 프리플레이팅유닛(980)으로 사용하는 도금액이 알카리성이고, 도금막 성막유닛(722)으로 사용하는 도금액이 산성이기 때문에 프리플레이팅유닛(980)으로 기판에 부착한 알칼리성 도금액을 도금막 성막유닛(722)에 가지고 들어가지 않는 대책이 필요하다. 이 대책으로서 도금공간(712)(도 57참조)내에 세정유닛 (982)을 설치하고, 프리플레이팅유닛(980)으로 프리플레이팅처리한 기판을 이 세정유닛(982)으로 물세정한 후, 도금막 성막유닛(722)으로 반송하여 도금처리하도록 하고 있다.
또한 이 예에서는 베벨·이면세정유닛(984)과 어닐링유닛(986)을 구비하고, 이 베벨·이면세정유닛(984)으로 반도체기판 끝부가 불필요한 Cu 막(시드층)을 제거하고, 다시 순수로 린스한 후, 고속회전시켜 스핀건조하고, 그 다음에 이 스핀건조 후의 기판을 어닐링유닛(986)으로 반송하여 어닐링하도록 하고 있다.
도 76은 반도체기판처리장치의 또 다른 실시형태예를 나타낸다. 이것은 3기의 로드 언로드부(715)를 구비하고, 이 로드 언로드(715)와 임시 테이블(728) 사이에 이들 사이에서 기판의 반송을 행하는 주행 자유로운 로드 언로드 전용의 제 1 로봇(717)을 배치하고 있다. 그리고 3기의 도금막 성막유닛(722)을 직렬로 도금영역(990)내에 배치하고, 주행 자유로운 제 2 로봇(724)을 끼워 도금막 성막유닛 (722)과 대치하는 위치에 2기의 베벨·이면세정유닛(984)과 1기의 어닐링유닛(986)을 직렬로 배치하여 제 2 로봇(724)으로 도금막 성막유닛(722), 베벨·이면세정유닛(984), 어닐링유닛(986) 및 임시 테이블(728) 사이에서 기판의 반송을 행하도록 한 것이다.
이 예에 의하면 제 1 로봇(717)으로 기판의 로드 언로드부(715)로부터 임시테이블(728)에의 로드 언로드를, 제 2 로봇(724)으로 임시 테이블(728)로부터의 로드, 각 처리유닛 사이의 반송 및 임시 테이블(728)에의 언로드를 따로따로 행함으로써 실내를 제 1 로봇(717)과 로드 언로드부(715)를 가지는 로드 언로드영역(L)과, 제 2 로봇(724), 임시 테이블(728) 및 어닐링유닛(986)을 포함하는 각 처리유닛을 가지는 처리유닛영역(P)으로 나눌 수 있다.
이에 의하여 로드 언로드영역(L)의 공기조절은 컨터미량 등이 처리부만큼 없기 때문에 처리유닛영역(처리부)(P)만큼 대규모일 필요가 없고, 간단한 것으로 좋다. 또 로드 언로드영역(L)만 떼어 내기를 행할 수 있기 때문에 다른 처리유닛과의 공용을 할 수 있어 일진월보의 반도체업계에 있어서 새로운, 또는 다른 처리유닛만 교체하여 로드 언로드영역(L)과 연결하여 사용할 수도 있다. 또한 신형의 카세트에 대응시켜 반송의 편의를 도모하기 위하여 로드 언로드영역(L)만 교체하는 것도 용이하다.

Claims (39)

  1. 회전축선을 중심으로 회전하는 회전부재와,
    상기 회전부재의 상기 회전축선을 중심으로 한 동일 원주방향을 따라 배치되어 상기 회전부재의 회전에 따라 공전하는 유지부재를 가지고,
    상기 유지부재는 이 유지부재의 축심을 중심으로 회동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전유지장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유지부재의 자유단부에는 피회전체의 둘레 가장자리부와 걸어맞춰지는 원호형상의 오목부가 설치되어 있는 것을 특징으로하는 회전유지장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유지부재는 이 유지부재의 축심을 중심으로 회동하는 각도가 규제되어 있는 것을 특징으로 하는 회전유지장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유지부재의 중심은 상기 유지부재의 축심과 편심된 위치에 있는 것을 특징으로 하는 회전유지장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 유지부재에는 이 유지부재의 축심으로부터 떨어진 위치에 중심을 가지는 웨이트가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전유지장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 유지부재는 피회전체의 둘레 가장자리에 걸어맞춰지는 걸어맞춤 유지위치와, 상기 회전부재의 반경방향을 따른 바깥쪽의 상기 회전체의 둘레 가장자리로부터 떨어지는 이탈위치와의 사이를 이동 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전유지장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 걸어맞춤 유지위치에 있는 상기 유지부재를 상기 피회전체의 둘레 가장자리에 탄성적으로 걸어맞추게 하는 탄성체를 가지는 것을 특징으로 하는 회전유지장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 탄성체는 스프링인 것을 특징으로 하는 회전유지장치.
  9. 표면에 회로가 형성된 반도체기판을 건조상태로 반출입하는 반출입부와,
    반입된 반도체기판 위에 금속도금막을 형성하는 금속도금막 성막유닛과,
    상기 반도체기판 위의 금속도금막의 적어도 일부를 연마하는 연마유닛과,
    회전축선을 중심으로 회전하는 회전부재와, 상기 회전부재의 상기 회전축선을 중심으로 한 동일 원주방향을 따라 배치되어 이 회전부재의 회전에 따라 공전하는 유지부재를 가지고, 상기 유지부재는 이 유지부재의 축심을 중심으로 회동하도록 구성된 회전유지장치로 유지한 반도체기판을 세정하는 세정유닛과,
    상기 반도체기판을 상기 유닛 사이에서 반송하는 반송기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 반도체기판 위에 보강시드막층을 형성하기 위한 보강시드층 성막유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 반도체기판 위에 시드막층을 형성하기 위한 시드막층 성막유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 반도체기판 위에 배리어막층을 형성하기 위한 배리어막층 성막유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 반도체기판 위에 덮개도금막층을 형성하기 위한 덮개도금유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 반도체기판의 둘레 가장자리부에 형성된 금속도금막층, 시드막층 및 배리어막층의 적어도 한층을 에칭제거하는 베벨에칭유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 반도체기판 위에 형성된 막의 막두께를 측정하는 막두께측정기 및 막의 표면상태를 검출하는 검출센서의 어느 하나 또는 양쪽을 가지는 막두께 측정유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 각 유닛의 교체가 자유로운 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  17. 제 9항에 있어서,
    상기 금속도금막 성막유닛은 상기 반도체기판을 기판 유지부로 유지한 상태로 도금처리와 세정처리를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  18. 표면에 회로가 형성된 반도체기판을 건조상태로 반출입하는 반출입부와,
    반입된 반도체기판 위에 금속도금막을 형성하는 금속도금막 성막유닛과,
    상기 반도체기판을 어닐링하기 위한 어닐링유닛과,
    상기 반도체기판 위의 금속도금막의 적어도 일부를 연마하는 연마유닛과,
    회전축선을 중심으로 회전하는 회전부재와, 상기 회전부재의 상기 회전축선을 중심으로 한 동일 원주방향을 따라 배치되어 상기 회전부재의 회전에 따라 공전하는 유지부재를 가지고, 상기 유지부재는 이 유지부재의 축심을 중심으로 회동하도록 구성된 회전유지장치로 유지한 반도체기판을 세정하는 세정유닛과,
    상기 반도체기판을 상기 유닛 사이에서 반송하는 반송기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 반도체기판 위에 보강시드막층을 형성하기 위한 보강시드층 성막유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 반도체기판 위에 시드막층을 형성하기 위한 시드막층 성막유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  21. 제 18항에 있어서,
    상기 반도체기판 위에 배리어막층을 형성하기 위한 배리어막층 성막유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  22. 제 18항에 있어서,
    상기 반도체기판 위에 덮개도금막층을 형성하기 위한 덮개도금유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  23. 제 18항에 있어서,
    상기 반도체기판의 둘레 가장자리부에 형성된 금속도금막층, 시드막층 및 배리어막층의 적어도 한 층을 에칭제거하는 베벨에칭유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  24. 제 18항에 있어서,
    상기 반도체기판 위에 형성된 막의 막두께를 측정하는 막두께 측정기 및 막의 표면상태를 검출하는 검출센서 중 어느 하나 또는 양쪽을 가지는 막두께 측정유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  25. 제 18항에 있어서,
    상기 각 유닛의 교체가 자유로운 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  26. 제 18항에 있어서,
    상기 금속도금막 성막유닛은 상기 반도체기판을 기판유지부로 유지한 상태로 도금처리와 세정처리를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  27. 회전축심을 중심으로 한 동일 원주상에 배치되고, 원판형상부재를 유지하는 유지부재로서, 이 유지부재는 상기 회전축의 둘레를 공전함과 동시에, 이 유지부재의 축심을 중심으로 하여 회동하도록 구성되고, 이 유지부재의 상기 회동에 의해 상기 원판형상부재의 상기 유지부재와의 걸어맞춤위치가 변하는 것을 특징으로 하는 회전유지부재.
  28. 표면에 회로가 형성된 반도체기판을 건조상태로 반출입하는 반출입부와,
    반입된 반도체기판 위에 금속도금막을 형성하는 금속도금막 성막유닛과,
    상기 반도체기판을 어닐링하기 위한 어닐링유닛과,
    회전축선을 중심으로 회전하는 회전부재와, 상기 회전부재의 상기 회전축선을 중심으로 한 동일 원주방향을 따라 배치되어 상기 회전부재의 회전에 따라 공전하는 유지부재를 가지고, 상기 유지부재는 이 유지부재의 축심을 중심으로 회동하도록 구성된 회전유지장치로 유지한 반도체기판의 둘레 가장자리부에 형성된 금속도금막층, 시드막층 및 배리어막층의 적어도 한 층을 에칭제거하는 베벨에칭유닛과,
    상기 반도체기판을 상기 각 유닛사이에서 반송하는 반송기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  29. 제 28항에 있어서,
    반도체기판의 오리프라 또는 노치의 위치를 소정의 방향으로 맞추는 얼라이너유닛을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  30. 제 28항에 있어서,
    상기 금속도금막 성막유닛에 도금액을 공급하는 약액공급시스템을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  31. 제 28항에 있어서,
    반도체기판을 세정하는 세정유닛을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  32. 실내를 로드 언로드영역과 처리유닛영역으로 구분하고, 상기 로드 언로드영역내에 카세트를 수납한 로드 언로드부와 상기 처리유닛영역내에 배치한 임시 탑재부와의 사이에서 기판의 반송을 행하는 제 1 로봇을, 상기 처리유닛영역내에 상기 임시 탑재부와 상기 처리유닛영역내에 배치한 각종 처리유닛과의 사이에서 기판의 반송을 행하는 제 2 로봇을 배치한 것을 특징으로 하는 반도체기판처리장치.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 처리유닛은 도금유닛, 베벨에칭유닛, 어닐링유닛인 것을 특징으로 하는 반도체처리장치.
  34. 제 33항에 있어서,
    상기 제 2 로봇의 한쪽측에 도금유닛을, 반대측에 베벨에칭유닛과 어닐링유닛을 각각 배치한 것을 특징으로 하는 반도체처리장치.
  35. 소정의 회전축선을 중심으로 회전되는 회전부재와, 이 회전부재 위에 상기 회전축선을 중심으로 하는 하나의 원을 따라 소정간격을 두고 설치되고, 반도체웨이퍼 등의 원판형상부재의 둘레 가장자리에 걸어맞춤으로써 이 원판형상부재를 상기 회전부재 위에 유지하도록 한 유지부재를 가지는 원판형상부재의 회전유지장치에 있어서,
    상기 유지부재가 원호형상 둘레면을 가지고 있고, 이 원호형상 둘레면에 있어서 상기 원판형상부재의 둘레 가장자리와 마찰 걸어맞춰지도록 되어 있고, 또한 상기 원호형상 둘레면의 원호의 중심축선을 중심으로 회동가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 원판형상부재의 회전유지장치.
  36. 제 35항에 있어서,
    상기 유지부재가 상기 원호형상 둘레면의 원호의 중심축선을 중심으로 각도위치조정 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 원판형상부재의 회전유지장치.
  37. 제 35항에 있어서,
    상기 유지부재의 중심(重心)이 상기 중심(中心)축선에 대하여 편심되어 있는 것을 특징으로 하는 회전유지장치.
  38. 제 35항에 있어서,
    상기 유지부재가 상기 원판형상부재의 둘레 가장자리에 걸어맞추는 걸어맞춤 유지위치와, 상기 걸어맞춤유지장치보다도 반경방향 바깥쪽에 위치하고, 상기 둘레가장자리로부터 떨어지는 이탈위치와의 사이를 변위가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 회전유지장치.
  39. 제 35항에 있어서,
    상기 걸어맞춤 유지위치에 있는 상기 유지부재를 상기 원판형상부재의 둘레 가장자리에 탄성적으로 걸어맞추게 하는 탄성수단을 가지는 것을 특징으로 하는 회전유지장치.
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