基板処理装置
【課題】生産性の高いバッチ処理を採用して装置としての処理能力を高め、しかも、無電解めっき装置に適用した場合に、均一な膜厚のめっき膜を選択性よく形成できるようにする。
【解決手段】処理液を保持する処理槽１０と、複数枚の基板Ｗを保持して処理槽１０内の処理液Ｑ中に浸漬させる基板ホルダ１６と、処理槽１０内の処理液Ｑの温度を制御する温度制御部５２と、処理槽１０内の処理液Ｑを循環させる処理液循環系４０，４２，４４と、基板ホルダ１６を、複数枚の基板Ｗを保持したまま処理槽１０内の処理液Ｑ中で回転させる回転機構２６，２８，３０，３２を有する。
【解決手段】処理液を保持する処理槽１０と、複数枚の基板Ｗを保持して処理槽１０内の処理液Ｑ中に浸漬させる基板ホルダ１６と、処理槽１０内の処理液Ｑの温度を制御する温度制御部５２と、処理槽１０内の処理液Ｑを循環させる処理液循環系４０，４２，４４と、基板ホルダ１６を、複数枚の基板Ｗを保持したまま処理槽１０内の処理液Ｑ中で回転させる回転機構２６，２８，３０，３２を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板処理装置に係り、特に生産性の高いバッチ処理を採用しながら、半導体ウエハ等の基板の表面に均一な膜厚の導電膜を成膜できるようにした無電解めっき装置やめっき前処理装置に使用して最適な基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスには、小型化、高速化、低消費電力化、及び高機能化といった様々な面での性能向上が求められており、それに向けて半導体デバイスの微細化や材料の見直し、新規素子構造の導入、アーキテクチャの変更などが幅広く検討されている。例えば、材料の見直しとしては、ゲート絶縁膜のｈｉｇｈ−ｋ化、配線材料のアルミニウムから銅への変更、層間絶縁膜のｌｏｗ−ｋ化などが実施されている。更に、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）構造の採用やマルチコア化、並列処理化や低消費電力モードへの動作切替え、非シリコン基板の採用など、ハード、ソフト両面から工夫が行われている。
【０００３】
一方、半導体デバイスの内部構造だけでなく、複数の半導体デバイスを組合せることで、システムとしての小型化、高速化を図る方法も検討されている。例えばＳＩＰ（System In Package）やＭＣＭ（Multi Chip Module）といった、パッケージレベルでの性能の向上がその例である。
【０００４】
１つの半導体パッケージの中に複数の半導体デバイスを組み込む技術が１９９０年代後半にＤＲＡＭの容量拡大を目的として実用化された当初は、半導体パッケージ内に半導体チップを２枚重ねし、リードフレームにそれぞれの半導体チップの電極をワイヤボンディングする形式であり、実質的に２つの半導体チップが１つの半導体パッケージに入っただけの構造であった。しかしその後、種類の異なった半導体チップを同一面上に並べた面実装型ＭＣＭ、さらに実装面積を小型化するために半導体チップを重ね合わせた積層型ＭＣＭへと発展している。
【０００５】
半導体パッケージ内部の電気的な接続を考えた場合、複数の半導体チップを１つの半導体パッケージ内に収めると、半導体チップの数の増加に従い、半導体チップ間、及び半導体チップと基板（リードフレームやインターポーザ）間を電気的に接続するための配線の数が飛躍的に増大する。古くから半導体パッケージ内の配線には、金線を使用したワイヤボンディングが使用されてきたが、半導体パッケージ内の配線数が増加するに伴い、金線を通す物理的な空間を確保するのが難しくなっている。そこで半導体チップの表面にめっき法によりバンプを形成し、インターポーザに面実装する方法や、シリコン基板に貫通孔を開け、その中にめっき法で配線を形成して基板どうしを相互に接続する方法が開発されている。
【０００６】
ワイヤボンディングを使わずに接続を行うこれらの方法には、電解めっき法や無電解めっき法が多く使用される。半導体分野では、電解めっき法は、バンプ形成や銅配線の形成に既に広く使用されており、今後も様々な応用が期待される。一方、無電解めっき法についても、めっきする下地の材質により反応性が変化することを利用して、選択的にめっきを行うことを目的に広く検討されている。例えば、半導体基板の表面に金属と絶縁膜が混在している場合、金属の表面にのみ無電解めっきでめっき膜を形成することが可能であり、パターン形成のためのリソグラフィ工程やエッチング工程を省略できる。しかし、これまでのところ、無電解めっきは、銅配線上の拡散防止膜の形成やバンプ形成に一部実用化されているものの、多くは開発段階であるのが現状である。
【０００７】
半導体基板上に無電解めっきを行う場合の問題点としては、めっき膜厚の均一性や選択性などが挙げられる。また、無電解めっきは、電解めっきと比べて一般に成膜速度が遅いため、製造コストの面から枚葉処理よりもバッチ処理の方が有利である。これまで無電解めっき法は、キャリア治具に半導体ウエハを入れて固定し、半導体ウエハをキャリア治具ごとめっき液中に浸漬させる方法が広く採られてきた。一方、めっき膜厚の均一性は、無電解めっきが化学反応によることから、めっき液濃度、めっき液温度の分布が大きく影響するので、めっき膜厚の面内均一性が重要な工程では、一般に枚葉処理が行なわれている。これは、従来用いられていたキャリア治具では、めっき液の流れやめっき液温分布を均一に抑制するのが難しいためで、結果として、製造コストを重視すると、めっき膜厚や膜質に面内分布が発生してしまっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体デバイス製造用の無電解めっき装置は、半導体ウエハ等の基板を保持する基板カセットに基板を複数枚固定し、基板を基板カセットごとめっき液に浸漬するバッチ処理と、基板を１枚ずつめっき液に浸漬し、必要に応じて、めっき液の循環や撹拌を行う枚葉処理とがある。
【０００９】
従来のバッチ処理では、めっき液は、めっき中に固定された基板表面に沿って一定方向に流れるため、基板表面に成膜されるめっき膜には、めっき液の流れ方向に依存した膜厚及び膜質分布が生じてしまう。また、枚葉処理においては、基板毎に適当なめっき液の撹拌が行えるため、成膜されるめっき膜の膜厚及び膜質分布を大幅に改善できる一方で、必要なめっき膜の膜厚が厚くなると処理時間が長くなってしまい、装置の処理能力に限界があった。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、生産性の高いバッチ処理を採用して装置としての処理能力を高め、しかも無電解めっき装置も適用した場合に、均一な膜厚のめっき膜を選択性よく形成できるようにした基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、処理液を保持する処理槽と、複数枚の基板を保持して前記処理槽内の処理液中に浸漬させる基板ホルダと、前記処理槽内の処理液の温度を制御する温度制御部と、前記処理槽内の処理液を循環させる処理液循環系と、前記基板ホルダを、複数枚の基板を保持したまま前記処理槽内の処理液中で回転させる回転機構を有することを特徴とする基板処理装置である。
【００１２】
このように、複数枚の基板を基板ホルダで保持し処理槽内の処理液に浸漬させて処理を行う、バッチ処理方式を採用して、装置としての処理能力を高め、この処理中に、基板ホルダで保持した基板を基板ホルダと共に回転させることで、例えば無電解めっき装置に適用した場合に、基板表面に、めっき液の流れの方向に依存しない、膜厚及び膜質の面内均一性に優れためっき膜を選択性よく成膜することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記処理液循環系は、前記基板ホルダで保持して前記処理槽内の処理液に浸漬させた基板に向かって処理液を噴出する処理液噴出機構を有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置である。
【００１４】
このように、基板ホルダで保持して処理槽内の処理液に浸漬させた基板に向かって処理液を噴出することで、処理液が基板表面に沿って互いに平行に流れるようにして、例えば無電解めっき装置に適用した場合に、成膜されるめっき膜の膜厚及び膜質の面内均一性を更に向上させることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記回転機構の動力源として、前記処理液循環系によって前記処理槽内に導入される処理液の液流を使用することを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置である。
【００１６】
これにより、モータ等の動力源を使用することなく、回転機構を回転させることができる。この場合、回転機構を高速で回転させることができず、また、処理を開始した初期に回転機構の回転が安定しない問題があるが、例えば無電解めっき装置に適用した場合、実際の無電解めっきにおけるめっき膜の成長速度は、一般に数１０ｎｍ/ｍｉｎ〜数１００ｎｍ/ｍｉｎ程度と比較的遅いため、めっき膜の膜厚や膜質への影響は小さい。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、基板処理装置は、処理液としてめっき液を使用する無電解めっき装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置である。
請求項５に記載の発明は、基板処理装置は、無電解めっきに先立って、基板表面に触媒を付与するめっき前処理装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数枚の基板を同時に処理するバッチ処理を採用して、装置としての生産能力を高め、しかも、例えば無電解めっき装置に適用した場合に、基板表面に、めっき液の流れ方向に依存することなく、膜厚及び膜質の面内均一性を改善しためっき膜を成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の例において、同一または相当する部材には同一符号を付して、重複した説明を省略する。
【００２０】
図１は、無電解めっき装置に適用した、本発明の実施の形態の基板処理装置の要部を示す縦断正面図で、図２は、図１の縦断側面図である。この例では、処理液としてめっき液を使用し、めっき液（処理液）中に基板を浸漬させることで基板表面にめっき膜を成膜する、無電解めっき装置に適用しているが、処理液として、めっき液に代えて触媒付与液を使用し、触媒付与液（処理液）中に基板を浸漬させることで、基板表面に触媒付与処理（めっき前処理）を行うめっき前処理装置に適用することもできる。
【００２１】
この無電解めっき装置（基板処理装置）は、内部に処理液としてのめっき液Ｑを保持するめっき槽（処理槽）１０と、搬送アーム１２に把持されて搬送される門形の支持枠１４と、複数枚の半導体ウエハ等の基板Ｗを垂直に立てた状態で保持して、複数枚の基板Ｗをめっき槽１０内のめっき液Ｑに同時に浸漬させる基板ホルダ１６を備えている。支持枠１４は、横方向に延びるケース本体１８と、該ケース本体１８の両側端に下方に向けて連結した一対の側ケース２０を有しており、これらのケース本体１８及び側ケース２０は、防水されて密閉されている。基板ホルダ１６は、側ケース２０の下端に、軸受を介して、回転自在に支承されている。これにより、支持枠１４及び基板ホルダ１６は、支持枠１４が搬送アーム１２に把持されて搬送アーム１２と一体に搬送される。
【００２２】
基板ホルダ１６は、円板状の一対の側板２２と、該一対の側板２２間を繋ぐ３本の支持棒２４を備えており、この支持棒２４の長さ方向に沿った所定の位置には、基板Ｗの外周部を嵌入させて基板Ｗを保持する溝が形成されている。そして、３本の支持棒２４の内、１本の支持棒２４は着脱自在で、１本の支持棒２４を外した状態で、基板ホルダ１６の所定の位置に基板Ｗを順次セットし、しかる後、外しておいて支持棒２４を取付けることで、複数の基板Ｗを基板ホルダ１６に固定（保持）するようになっている。なお、この例では、基板ホルダ１６で８枚の基板Ｗを同時に保持するようにしているが、８枚に限ることなく、必要に応じて基板の保持枚数を増減してもよいことは勿論である。
【００２３】
基板ホルダ１６の一方の端部には従動プーリ２６が、支持枠１４のケース本体１８内に収容された回転モータ２８の出力軸には駆動プーリ３０がそれぞれ固定され、この従動プーリ２６と駆動プーリ３０との間に駆動ベルト３２が掛け渡されている。これによって、回転モータ２８の駆動に伴って、駆動ベルト３２を介して動力が伝達されて基板ホルダ１６が回転する、回転機構が構成されている。回転モータ２８の制御は、搬送アーム１２に内蔵したモータ接点１２ａ，１２ａを通して、回転モータ２８に供給する電力を調整することで行う。
【００２４】
従動プーリ２６、駆動プーリ３０及び駆動ベルト３２からなる回転機構は、支持枠１４の一方の側ケース２０の内部に収納されている。また、回転モータ２８は、前述のように、支持枠１４のケース本体１８内に収納されている。このように、従動プーリ２６、駆動プーリ３０及び駆動ベルト３２（回転機構）を密閉され防水された側ケース２０内に、回転モータ２８を密閉され防水されたケース本体１８内にそれぞれ収めることで、めっき槽１０内のめっき液Ｑから基板ホルダ１６を引き上げる時に結晶が発生したり、めっき槽１０内のめっき液Ｑの濃度が変動したりするのを防止することができる。
【００２５】
めっき槽１０の周囲には、めっき槽１０の周壁をオーバフローしためっき液Ｑを溜める循環槽４０が配置され、この循環槽４０内に溜められためっき液Ｑは、循環ポンプ４２の駆動に伴って、めっき槽１０の内部に戻って循環する。これによって、めっき液循環系が構成されている。
【００２６】
この例では、めっき槽１０の底部に、長さ方向に沿った所定の位置に多数のめっき液噴出口を有する複数のめっき液噴出管４４が平行に配置されている。このめっき液噴出管４４はめっき液噴出機構を構成する。これにより、循環ポンプ４２から吐き出されためっき液は、複数枚の基板Ｗを保持した基板ホルダ１６をめっき槽１０内に配置した時、めっき液噴出管（めっき液噴出機構）４４のめっき液噴出口から基板Ｗの表面に平行なめっき液の流れを発生させるようにめっき槽１０内に噴出される。
【００２７】
めっき槽１０の上方には、めっき槽１０の上方を覆って、めっき槽１０内のめっき液Ｑの温度低下と蒸発による液組成の変動を抑制する蓋体４６が配置され、この蓋体４６は、循環槽４０の上端にヒンジ４８を介して開閉自在に取付けられている。蓋体４６は、基板ホルダ１６を搬送アーム１２によりめっき槽１０内に出し入れする際に、搬送アーム１２の動作と連動して開閉するようになっている。
【００２８】
めっき槽１０と循環槽４０には、これらの内部に溜まっためっき液Ｑの温度を測定する熱電対５０ａ，５０ｂがそれぞれ設置されている。この熱電対５０ａ，５０ｂからの出力信号は、温度制御部５２に入力され、この温度制御部５２からの出力信号により、循環槽４０内に設置したヒータ５４が制御され、これによって、めっき液温度が一定に保持される。
【００２９】
めっき槽１０には、図２に示すように、めっき液分析・補給装置５６が付設され、めっき槽１０内のめっき液Ｑは、めっき液分析・補給装置５６に送られ、ここでめっき液Ｑの各成分の濃度やｐＨ等が分析された後、必要なめっき液成分が補給されて循環槽４０に戻される。
【００３０】
以上の構成により、基板ホルダ１６に保持された複数枚の基板Ｗを、基板ホルダ１６ごとめっき槽１０内のめっき液Ｑに浸漬させて基板Ｗの表面にめっきを行う。つまり、基板ホルダ１６の内部に複数枚の基板Wを保持した後、基板ホルダ１６を回転自在に支承する支持枠１４を搬送アーム１２で把持してめっき槽１０の直上方まで搬送する。次に、搬送アーム１２を下降させて、基板ホルダ１６で保持した基板Ｗをめっき槽１０内のめっき液Ｑに浸漬させる。この搬送アーム１２の下降に伴って、基板ホルダ１６の通過を阻害しないように、蓋体４６が開閉する。
【００３１】
このめっき時に、循環ポンプ４２を駆動して、めっき液Ｑをめっき槽１０と循環槽４０との間を循環させながら、めっき液Ｑの液温を、温度制御部５２により一定に保持する。同時に、回転モータ２８を駆動して、基板ホルダ１６を回転させて、基板ホルダ１６で保持した複数の基板Ｗをめっき槽１０内のめっき液Ｑ中で鉛直方向に回転させる。これにより、バッチ処理方式を採用して、装置としての処理能力を高め、このめっき処理中に、基板ホルダ１６で保持した基板Ｗを基板ホルダ１６と共に回転させることで、基板表面に、めっき液の流れの方向に依存しない、膜厚及び膜質の面内均一性に優れためっき膜を選択性よく成膜することができる。
【００３２】
特に、この例では、めっき槽１０の底部に配置しためっき液噴出管４４のめっき液噴出口からめっき槽１０内にめっき液を噴出させてめっき液を循環させることで、基板Ｗの表面に平行なめっき液の流れを発生させて、基板表面に成膜されるめっき膜の膜厚及び膜質の面内均一性をより高めることができる。
【００３３】
図３及び図４は、電解めっき装置に適用した、本発明の他の実施の形態の基板処理装置を示す。この無電解めっき装置（基板処理装置）の図１及び図２に示す無電解めっき装置と異なる点は、回転モータから基板ホルダへの動力伝達手段として、駆動ベルトの代わりにリンクを用いている点にある。
【００３４】
つまり、この例の無電解めっき装置は、回転モータ２８を別置きとして支持枠１４の側方に配置し、この回転モータ２８の駆動軸に固定した、小径の駆動ギア６０と、支持枠１４のケース本体１８に回転自在に支承した、大径の被動ギア６２とを互いに噛合せている。また、基板ホルダ１６の回転軸１６ａを、一方の側ケース２０の側方まで延出させ、この回転軸１６ａの端部に回転板６４を固定している。そして、被動ギア６２の中心から偏心した位置にリンク６６の一端を、回転板６４の中心から偏心した位置にリンク６６の他端を、それぞれ回転自在に連結して、被動ギア６２、回転板６４及びリンク６６で回転機構（平行運動機構）を構成し、これによって、被動ギア６２の回転に伴って、回転機構（平行運動機構）を介して、基板ホルダ１６の回転軸１６ａが回転するようにしている。
【００３５】
この例にあっては、回転モータ２８を、基板ホルダ１６側ではなく、めっき槽１０側に固定できるため、基板ホルダ１６の軽量化が可能になり、搬送アーム１２への負荷を軽減することができる。さらに、駆動系を密閉しないで済むため、メンテナンス性にも優れている。また、リンク６６による動力の伝達により、めっき槽１０内のめっき液Ｑが回転モータ２８の付近まで引き上げられるのを比較的簡単に防止することができるといったメリットがある。
【００３６】
図５及び図６は、無電解めっき装置に適用した、本発明の更に他の実施の形態の基板処理装置を示す。この例の無電解めっき装置（基板処理装置）の図１及び図２に示す無電解めっき装置と異なる点は、回転モータ及びその動力伝達手段を備えることなく、めっき液Ｑの流れにより基板ホルダ１６を回転させるようにしている点にある。
【００３７】
つまり、この例の無電解めっき装置は、基板ホルダ１６として、側板２２の側方に、周縁部に複数の羽根６８ａを有する羽根車６８を取付けたものを使用し、更に、めっき液噴出管４４のめっき液噴出口から噴出されるめっき液の流れの一部が羽根車６８の羽根６８ａに直接当たるようにして、回転機構を構成している。これによって、循環ポンプ４２の駆動に伴って、めっき液噴出管４４のめっき液噴出口からめっき液が噴出されると、このめっき液の流れの一部が羽根車６８の羽根６８ａに直接当たって基板ホルダ１６が回転する。この例においては、めっき液噴出管４４のめっき液噴出口から噴出されるめっき液の流量及び流速で基板ホルダ１６の回転速度を調整することができる。
【００３８】
この例にあっては、前述の各例における無電解めっき装置に比べて、基板ホルダ１６の高い回転速度が得にくく、めっき初期時に基板ホルダ１６の回転が安定しない問題がある。しかし、実際の無電解めっきでは、めっき膜の成長速度は、数１０ｎｍ/ｍｉｎ〜数１００ｎｍ/ｍｉｎ程度と比較的遅いため、基板表面に成膜されるめっき膜の膜厚及び膜質への影響は比較的小さい。
【００３９】
図７は、例えば、図１及び図２に示す構成の基板処理装置（無電解めっき装置）を使用した基板処理システムの平面配置図を示す。この基板処理システムは、例えば、半導体ウエハ等の基板Ｗのアルミニウム配線上に、ジンケート処理（亜鉛触媒化処理）、無電解Ｎｉめっき、及び無電解Ａｕめっきを順次行うようにしている。なお、図１及び図２に示す基板処理装置（無電解めっき装置）の代わりに、図３及び図４、または図５及び図６に示す基板処理装置（無電解めっき装置）を適用してもよいことは勿論である。
【００４０】
この基板処理システムは、基板Ｗを基板カセットに入れた状態でセットするロード／アンロードポート７０と装置フレーム７２を有している。装置フレーム７２の内部には、基板カセット内の基板Ｗを基板ホルダ１６に移送する移送部７４と、Ｚｎ処理槽７６と、Ｎｉめっき槽７８と、Ａｕめっき槽８０と、３つのリンス槽８２ａ，８２ｂ，８２ｃと、ドライ（乾燥）槽８４と、基板ホルダ１６を一時的にストックするバッファ槽８６が配置されている。更に、装置フレーム７２内に位置して、ロード／アンロードポート７０と移送部７４との間に搬送ロボット８８が配置されている。
【００４１】
なお、図７では、基板ホルダ１６のみを図示しているが、図１及び図２に示すように、基板ホルダ１６は、支持枠１４で回転自在に支承されて搬送アーム１２で搬送され、Ｚｎ処理槽７６との間で本発明の基板処理装置としてのジンケート処理装置（めっき前処理装置）が、Ｎｉめっき槽７８との間で本発明の基板処理装置としての無電解Ｎｉめっき装置が、Ａｕめっき槽８０との間で本発明の基板処理装置としての無電解Ａｕめっき装置が構成されるようになっている。
【００４２】
次に、この基板処理システムによる基板処理について説明する。
基板Ｗを基板カセットに入れた形でロード／アンロードポート７０にセットする。搬送用ロボット８８は、ロード／アンロードポート７０にセットした基板カセットから基板Ｗを受取って、移送部７４に位置する基板ホルダ１６の内部に移送し、これによって、基板Ｗを基板ホルダ１６の所定の位置にセットする。この操作を、基板ホルダ１６で保持する基板Ｗの枚数だけ繰返す。この時、めっき液中で基板の裏面からの異物が隣の基板の表面に転写するのを防ぐため、表面の方向が交互になるように、基板Ｗを基板ホルダ１６にセットすることが望ましい。更に、基板ホルダ１６の両端に位置する基板は、他の基板と比較して、めっき液の流れの分布に差ができやすい。このため、必要に応じて、表面がＳｉＯ２やＳｉＮで覆われたダミーウエハを基板ホルダ１６にセットすることが好ましい。基板Ｗを基板ホルダ１６にセットし終わったら、基板Ｗの端部を押さえて基板Ｗを固定し、しかる後、搬送アーム１２（図１及び図２参照）により基板ホルダ１６を移動する。
【００４３】
先ず、基板ホルダ１６をＺｎ処理槽７６に移動させ、基板ホルダ１６で保持した複数の基板ＷをＺｎ処理槽７６内の処理液中に所定時間浸漬させてジンケート処理（亜鉛触媒化処理）を行う。Ｚｎ処理槽７６内では、回転モータ２８（図１及び図２参照）を駆動して基板ホルダ１６を回転させて、該基板ホルダ１６で保持した基板Ｗを同時に回転させ、これによって、処理液の撹拌を行う。ジンケート処理後、搬送アーム１２により基板ホルダ１６をリンス槽８２ａに移動させ、基板ホルダ１６で保持した基板Ｗをリンス槽８２ａ内のリンス液（純水）に所定時間浸漬させてリンス（水洗）を行う。この時、必要に応じて、基板ホルダ１６をリンス液中で回転させる。
【００４４】
更に、基板ホルダ１６をＮｉめっき槽７８に移動させ、前述とほぼ同様にして、基板ホルダ１６を回転させながら、基板ホルダ１６で保持した基板Ｗの表面に無電解Ｎｉめっきを所定時間行って、アルミニウム配線上にＮｉめっき膜を成膜する。そして、基板ホルダ１６をリンス槽８０ｂに移動させて基板Ｗをリンスする。次に、基板ホルダ１６をＡｕめっき槽８０に移動させ、前述とほぼ同様にして、基板ホルダ１６を回転させながら、基板ホルダ１６で保持した基板Ｗの表面に無電解Ａｕめっきを所定時間行って、Ｎｉめっき膜上にＡｕめっき膜を成膜する。そして、基板ホルダ１６をリンス槽８０ｃに移動させて基板Ｗをリンスする。これにより、アルミニウム配線上に、無電解Ｎｉめっき及び無電解Ａｕめっきを処置した基板（半導体ウエハ）を得る。
【００４５】
めっき終了後、基板ホルダ１６をドライ槽８４に移動させる。ドライ槽８４では基板Ｗを基板ホルダ１６ごと加熱したＩＰＡ（Isopropyl Alcohol）に浸漬させて水分とＩＰＡを置換したのち、加熱雰囲気で基板ＷをＩＰＡから引き上げて基板Ｗを乾燥させる。そして、基板ホルダ１６を移送部７４に移送し、基板ホルダ１６で保持した乾燥後の基板Ｗを搬送ロボット８８により基板カセットの元の位置に戻す。
【００４６】
バッファ槽８６は、各槽の処理時間の差を吸収するために一時的に基板ホルダ１６をストックする槽で、設置場所や設置位置は、それぞれのめっき及び洗浄処理時間のバランスに応じて決定される。更に、各めっき層の膜厚バランスにより、めっき槽の数を増やし、複数の基板ホルダを同時に処理することで、装置全体の処理能力を向上させることができる。
【実施例】
【００４７】
半導体ウエハを面方向に回転できるウエハホルダを準備し、PVD-AL-Cu（膜厚800nm）付きシリコンウエハに対して、ジンケート処理及び無電解Ｎｉめっきを行った。この処理に際して、処理液噴出口から処理液を噴出させて、処理液の上方への流れを作り、ウエハを回転させながら、ジンケート処理、次に無電解Ｎｉめっきを行って、ウエハのパッド上にＮｉめっき膜を成膜した。ジンケート処理には、奥野製薬工業製のサブスターＡＺを、無電解Ｎｉめっきには奥野製薬工業製のＩＣＰニコロンＧＭを用い、ジンケート処理は室温で、無電解Ｎｉめっきは８０℃でそれぞれ行い、Ｎｉめっき膜の膜厚が５μmとなるようにめっき時間を調節した。
【００４８】
比較例として、実施例と同じ条件で、ウエハを回転させることなく、ジンケート処理および無電解Ｎｉめっきを行って、ウエハのパッド上にＮｉめっき膜を成膜した。
【００４９】
実施例及び比較例によってパッド表面に成膜されたＮｉめっき膜の外観と膜厚分布を測定した結果、めっき槽中でウエハの回転を行わなかった比較例の場合、めっき膜の表面にめっき液の流れに起因する縦方向の模様が観察されたが、めっき槽中でウエハを回転させた実施例の場合では、めっき膜の表面にめっき液の流れに起因する縦方向の模様は観察されず、無電解めっき中にウエハを回転することによる効果が確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】無電解めっき装置に適用した、本発明の実施の形態の基板処理装置を示す縦断正面図である。
【図２】無電解めっき装置に適用した、本発明の実施の形態の基板処理装置を示す縦断側面図である。
【図３】無電解めっき装置に適用した、本発明の他の実施の形態の基板処理装置を示す縦断正面図である。
【図４】無電解めっき装置に適用した、本発明の他の実施の形態の基板処理装置を示す縦断側面図である。
【図５】無電解めっき装置に適用した、本発明の更に他の実施の形態の基板処理装置を示す縦断正面図である。
【図６】無電解めっき装置に適用した、本発明の更に他の実施の形態の基板処理装置を示す縦断側面図である。
【図７】基板処理システムの一例を示す平面配置図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ めっき槽（処理槽）
１２ 搬送アーム
１４ 支持枠
１６ 基板ホルダ
１８ ケース本体
２０ 側ケース
２２ 側板
２４ 支持棒
２６ 従動プーリ
２８ 回転モータ
３０ 駆動プーリ
３２ 駆動ベルト（回転機構）
４０ 循環槽
４２ 循環ポンプ
４４ めっき液噴出管（めっき液噴出機構）
４６ 蓋体
５０ａ，５０ｂ 熱電対
５２ 温度制御部
５４ ヒータ
５６ めっき液分析・補給装置
６０ 駆動ギア
６２ 被動ギア
６４ 回転板
６６ リンク
６８ 羽根車
７０ ロード／アンロードポート
７２ 装置フレーム
７４ 移送部
７６ Ｚｎ処理槽
７８ Ｎｉめっき槽
８０ Ａｕめっき槽
８４ ドライ槽
８６ バッファ槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板処理装置に係り、特に生産性の高いバッチ処理を採用しながら、半導体ウエハ等の基板の表面に均一な膜厚の導電膜を成膜できるようにした無電解めっき装置やめっき前処理装置に使用して最適な基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスには、小型化、高速化、低消費電力化、及び高機能化といった様々な面での性能向上が求められており、それに向けて半導体デバイスの微細化や材料の見直し、新規素子構造の導入、アーキテクチャの変更などが幅広く検討されている。例えば、材料の見直しとしては、ゲート絶縁膜のｈｉｇｈ−ｋ化、配線材料のアルミニウムから銅への変更、層間絶縁膜のｌｏｗ−ｋ化などが実施されている。更に、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）構造の採用やマルチコア化、並列処理化や低消費電力モードへの動作切替え、非シリコン基板の採用など、ハード、ソフト両面から工夫が行われている。
【０００３】
一方、半導体デバイスの内部構造だけでなく、複数の半導体デバイスを組合せることで、システムとしての小型化、高速化を図る方法も検討されている。例えばＳＩＰ（System In Package）やＭＣＭ（Multi Chip Module）といった、パッケージレベルでの性能の向上がその例である。
【０００４】
１つの半導体パッケージの中に複数の半導体デバイスを組み込む技術が１９９０年代後半にＤＲＡＭの容量拡大を目的として実用化された当初は、半導体パッケージ内に半導体チップを２枚重ねし、リードフレームにそれぞれの半導体チップの電極をワイヤボンディングする形式であり、実質的に２つの半導体チップが１つの半導体パッケージに入っただけの構造であった。しかしその後、種類の異なった半導体チップを同一面上に並べた面実装型ＭＣＭ、さらに実装面積を小型化するために半導体チップを重ね合わせた積層型ＭＣＭへと発展している。
【０００５】
半導体パッケージ内部の電気的な接続を考えた場合、複数の半導体チップを１つの半導体パッケージ内に収めると、半導体チップの数の増加に従い、半導体チップ間、及び半導体チップと基板（リードフレームやインターポーザ）間を電気的に接続するための配線の数が飛躍的に増大する。古くから半導体パッケージ内の配線には、金線を使用したワイヤボンディングが使用されてきたが、半導体パッケージ内の配線数が増加するに伴い、金線を通す物理的な空間を確保するのが難しくなっている。そこで半導体チップの表面にめっき法によりバンプを形成し、インターポーザに面実装する方法や、シリコン基板に貫通孔を開け、その中にめっき法で配線を形成して基板どうしを相互に接続する方法が開発されている。
【０００６】
ワイヤボンディングを使わずに接続を行うこれらの方法には、電解めっき法や無電解めっき法が多く使用される。半導体分野では、電解めっき法は、バンプ形成や銅配線の形成に既に広く使用されており、今後も様々な応用が期待される。一方、無電解めっき法についても、めっきする下地の材質により反応性が変化することを利用して、選択的にめっきを行うことを目的に広く検討されている。例えば、半導体基板の表面に金属と絶縁膜が混在している場合、金属の表面にのみ無電解めっきでめっき膜を形成することが可能であり、パターン形成のためのリソグラフィ工程やエッチング工程を省略できる。しかし、これまでのところ、無電解めっきは、銅配線上の拡散防止膜の形成やバンプ形成に一部実用化されているものの、多くは開発段階であるのが現状である。
【０００７】
半導体基板上に無電解めっきを行う場合の問題点としては、めっき膜厚の均一性や選択性などが挙げられる。また、無電解めっきは、電解めっきと比べて一般に成膜速度が遅いため、製造コストの面から枚葉処理よりもバッチ処理の方が有利である。これまで無電解めっき法は、キャリア治具に半導体ウエハを入れて固定し、半導体ウエハをキャリア治具ごとめっき液中に浸漬させる方法が広く採られてきた。一方、めっき膜厚の均一性は、無電解めっきが化学反応によることから、めっき液濃度、めっき液温度の分布が大きく影響するので、めっき膜厚の面内均一性が重要な工程では、一般に枚葉処理が行なわれている。これは、従来用いられていたキャリア治具では、めっき液の流れやめっき液温分布を均一に抑制するのが難しいためで、結果として、製造コストを重視すると、めっき膜厚や膜質に面内分布が発生してしまっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体デバイス製造用の無電解めっき装置は、半導体ウエハ等の基板を保持する基板カセットに基板を複数枚固定し、基板を基板カセットごとめっき液に浸漬するバッチ処理と、基板を１枚ずつめっき液に浸漬し、必要に応じて、めっき液の循環や撹拌を行う枚葉処理とがある。
【０００９】
従来のバッチ処理では、めっき液は、めっき中に固定された基板表面に沿って一定方向に流れるため、基板表面に成膜されるめっき膜には、めっき液の流れ方向に依存した膜厚及び膜質分布が生じてしまう。また、枚葉処理においては、基板毎に適当なめっき液の撹拌が行えるため、成膜されるめっき膜の膜厚及び膜質分布を大幅に改善できる一方で、必要なめっき膜の膜厚が厚くなると処理時間が長くなってしまい、装置の処理能力に限界があった。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、生産性の高いバッチ処理を採用して装置としての処理能力を高め、しかも無電解めっき装置も適用した場合に、均一な膜厚のめっき膜を選択性よく形成できるようにした基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、処理液を保持する処理槽と、複数枚の基板を保持して前記処理槽内の処理液中に浸漬させる基板ホルダと、前記処理槽内の処理液の温度を制御する温度制御部と、前記処理槽内の処理液を循環させる処理液循環系と、前記基板ホルダを、複数枚の基板を保持したまま前記処理槽内の処理液中で回転させる回転機構を有することを特徴とする基板処理装置である。
【００１２】
このように、複数枚の基板を基板ホルダで保持し処理槽内の処理液に浸漬させて処理を行う、バッチ処理方式を採用して、装置としての処理能力を高め、この処理中に、基板ホルダで保持した基板を基板ホルダと共に回転させることで、例えば無電解めっき装置に適用した場合に、基板表面に、めっき液の流れの方向に依存しない、膜厚及び膜質の面内均一性に優れためっき膜を選択性よく成膜することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記処理液循環系は、前記基板ホルダで保持して前記処理槽内の処理液に浸漬させた基板に向かって処理液を噴出する処理液噴出機構を有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置である。
【００１４】
このように、基板ホルダで保持して処理槽内の処理液に浸漬させた基板に向かって処理液を噴出することで、処理液が基板表面に沿って互いに平行に流れるようにして、例えば無電解めっき装置に適用した場合に、成膜されるめっき膜の膜厚及び膜質の面内均一性を更に向上させることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記回転機構の動力源として、前記処理液循環系によって前記処理槽内に導入される処理液の液流を使用することを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置である。
【００１６】
これにより、モータ等の動力源を使用することなく、回転機構を回転させることができる。この場合、回転機構を高速で回転させることができず、また、処理を開始した初期に回転機構の回転が安定しない問題があるが、例えば無電解めっき装置に適用した場合、実際の無電解めっきにおけるめっき膜の成長速度は、一般に数１０ｎｍ/ｍｉｎ〜数１００ｎｍ/ｍｉｎ程度と比較的遅いため、めっき膜の膜厚や膜質への影響は小さい。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、基板処理装置は、処理液としてめっき液を使用する無電解めっき装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置である。
請求項５に記載の発明は、基板処理装置は、無電解めっきに先立って、基板表面に触媒を付与するめっき前処理装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数枚の基板を同時に処理するバッチ処理を採用して、装置としての生産能力を高め、しかも、例えば無電解めっき装置に適用した場合に、基板表面に、めっき液の流れ方向に依存することなく、膜厚及び膜質の面内均一性を改善しためっき膜を成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の例において、同一または相当する部材には同一符号を付して、重複した説明を省略する。
【００２０】
図１は、無電解めっき装置に適用した、本発明の実施の形態の基板処理装置の要部を示す縦断正面図で、図２は、図１の縦断側面図である。この例では、処理液としてめっき液を使用し、めっき液（処理液）中に基板を浸漬させることで基板表面にめっき膜を成膜する、無電解めっき装置に適用しているが、処理液として、めっき液に代えて触媒付与液を使用し、触媒付与液（処理液）中に基板を浸漬させることで、基板表面に触媒付与処理（めっき前処理）を行うめっき前処理装置に適用することもできる。
【００２１】
この無電解めっき装置（基板処理装置）は、内部に処理液としてのめっき液Ｑを保持するめっき槽（処理槽）１０と、搬送アーム１２に把持されて搬送される門形の支持枠１４と、複数枚の半導体ウエハ等の基板Ｗを垂直に立てた状態で保持して、複数枚の基板Ｗをめっき槽１０内のめっき液Ｑに同時に浸漬させる基板ホルダ１６を備えている。支持枠１４は、横方向に延びるケース本体１８と、該ケース本体１８の両側端に下方に向けて連結した一対の側ケース２０を有しており、これらのケース本体１８及び側ケース２０は、防水されて密閉されている。基板ホルダ１６は、側ケース２０の下端に、軸受を介して、回転自在に支承されている。これにより、支持枠１４及び基板ホルダ１６は、支持枠１４が搬送アーム１２に把持されて搬送アーム１２と一体に搬送される。
【００２２】
基板ホルダ１６は、円板状の一対の側板２２と、該一対の側板２２間を繋ぐ３本の支持棒２４を備えており、この支持棒２４の長さ方向に沿った所定の位置には、基板Ｗの外周部を嵌入させて基板Ｗを保持する溝が形成されている。そして、３本の支持棒２４の内、１本の支持棒２４は着脱自在で、１本の支持棒２４を外した状態で、基板ホルダ１６の所定の位置に基板Ｗを順次セットし、しかる後、外しておいて支持棒２４を取付けることで、複数の基板Ｗを基板ホルダ１６に固定（保持）するようになっている。なお、この例では、基板ホルダ１６で８枚の基板Ｗを同時に保持するようにしているが、８枚に限ることなく、必要に応じて基板の保持枚数を増減してもよいことは勿論である。
【００２３】
基板ホルダ１６の一方の端部には従動プーリ２６が、支持枠１４のケース本体１８内に収容された回転モータ２８の出力軸には駆動プーリ３０がそれぞれ固定され、この従動プーリ２６と駆動プーリ３０との間に駆動ベルト３２が掛け渡されている。これによって、回転モータ２８の駆動に伴って、駆動ベルト３２を介して動力が伝達されて基板ホルダ１６が回転する、回転機構が構成されている。回転モータ２８の制御は、搬送アーム１２に内蔵したモータ接点１２ａ，１２ａを通して、回転モータ２８に供給する電力を調整することで行う。
【００２４】
従動プーリ２６、駆動プーリ３０及び駆動ベルト３２からなる回転機構は、支持枠１４の一方の側ケース２０の内部に収納されている。また、回転モータ２８は、前述のように、支持枠１４のケース本体１８内に収納されている。このように、従動プーリ２６、駆動プーリ３０及び駆動ベルト３２（回転機構）を密閉され防水された側ケース２０内に、回転モータ２８を密閉され防水されたケース本体１８内にそれぞれ収めることで、めっき槽１０内のめっき液Ｑから基板ホルダ１６を引き上げる時に結晶が発生したり、めっき槽１０内のめっき液Ｑの濃度が変動したりするのを防止することができる。
【００２５】
めっき槽１０の周囲には、めっき槽１０の周壁をオーバフローしためっき液Ｑを溜める循環槽４０が配置され、この循環槽４０内に溜められためっき液Ｑは、循環ポンプ４２の駆動に伴って、めっき槽１０の内部に戻って循環する。これによって、めっき液循環系が構成されている。
【００２６】
この例では、めっき槽１０の底部に、長さ方向に沿った所定の位置に多数のめっき液噴出口を有する複数のめっき液噴出管４４が平行に配置されている。このめっき液噴出管４４はめっき液噴出機構を構成する。これにより、循環ポンプ４２から吐き出されためっき液は、複数枚の基板Ｗを保持した基板ホルダ１６をめっき槽１０内に配置した時、めっき液噴出管（めっき液噴出機構）４４のめっき液噴出口から基板Ｗの表面に平行なめっき液の流れを発生させるようにめっき槽１０内に噴出される。
【００２７】
めっき槽１０の上方には、めっき槽１０の上方を覆って、めっき槽１０内のめっき液Ｑの温度低下と蒸発による液組成の変動を抑制する蓋体４６が配置され、この蓋体４６は、循環槽４０の上端にヒンジ４８を介して開閉自在に取付けられている。蓋体４６は、基板ホルダ１６を搬送アーム１２によりめっき槽１０内に出し入れする際に、搬送アーム１２の動作と連動して開閉するようになっている。
【００２８】
めっき槽１０と循環槽４０には、これらの内部に溜まっためっき液Ｑの温度を測定する熱電対５０ａ，５０ｂがそれぞれ設置されている。この熱電対５０ａ，５０ｂからの出力信号は、温度制御部５２に入力され、この温度制御部５２からの出力信号により、循環槽４０内に設置したヒータ５４が制御され、これによって、めっき液温度が一定に保持される。
【００２９】
めっき槽１０には、図２に示すように、めっき液分析・補給装置５６が付設され、めっき槽１０内のめっき液Ｑは、めっき液分析・補給装置５６に送られ、ここでめっき液Ｑの各成分の濃度やｐＨ等が分析された後、必要なめっき液成分が補給されて循環槽４０に戻される。
【００３０】
以上の構成により、基板ホルダ１６に保持された複数枚の基板Ｗを、基板ホルダ１６ごとめっき槽１０内のめっき液Ｑに浸漬させて基板Ｗの表面にめっきを行う。つまり、基板ホルダ１６の内部に複数枚の基板Wを保持した後、基板ホルダ１６を回転自在に支承する支持枠１４を搬送アーム１２で把持してめっき槽１０の直上方まで搬送する。次に、搬送アーム１２を下降させて、基板ホルダ１６で保持した基板Ｗをめっき槽１０内のめっき液Ｑに浸漬させる。この搬送アーム１２の下降に伴って、基板ホルダ１６の通過を阻害しないように、蓋体４６が開閉する。
【００３１】
このめっき時に、循環ポンプ４２を駆動して、めっき液Ｑをめっき槽１０と循環槽４０との間を循環させながら、めっき液Ｑの液温を、温度制御部５２により一定に保持する。同時に、回転モータ２８を駆動して、基板ホルダ１６を回転させて、基板ホルダ１６で保持した複数の基板Ｗをめっき槽１０内のめっき液Ｑ中で鉛直方向に回転させる。これにより、バッチ処理方式を採用して、装置としての処理能力を高め、このめっき処理中に、基板ホルダ１６で保持した基板Ｗを基板ホルダ１６と共に回転させることで、基板表面に、めっき液の流れの方向に依存しない、膜厚及び膜質の面内均一性に優れためっき膜を選択性よく成膜することができる。
【００３２】
特に、この例では、めっき槽１０の底部に配置しためっき液噴出管４４のめっき液噴出口からめっき槽１０内にめっき液を噴出させてめっき液を循環させることで、基板Ｗの表面に平行なめっき液の流れを発生させて、基板表面に成膜されるめっき膜の膜厚及び膜質の面内均一性をより高めることができる。
【００３３】
図３及び図４は、電解めっき装置に適用した、本発明の他の実施の形態の基板処理装置を示す。この無電解めっき装置（基板処理装置）の図１及び図２に示す無電解めっき装置と異なる点は、回転モータから基板ホルダへの動力伝達手段として、駆動ベルトの代わりにリンクを用いている点にある。
【００３４】
つまり、この例の無電解めっき装置は、回転モータ２８を別置きとして支持枠１４の側方に配置し、この回転モータ２８の駆動軸に固定した、小径の駆動ギア６０と、支持枠１４のケース本体１８に回転自在に支承した、大径の被動ギア６２とを互いに噛合せている。また、基板ホルダ１６の回転軸１６ａを、一方の側ケース２０の側方まで延出させ、この回転軸１６ａの端部に回転板６４を固定している。そして、被動ギア６２の中心から偏心した位置にリンク６６の一端を、回転板６４の中心から偏心した位置にリンク６６の他端を、それぞれ回転自在に連結して、被動ギア６２、回転板６４及びリンク６６で回転機構（平行運動機構）を構成し、これによって、被動ギア６２の回転に伴って、回転機構（平行運動機構）を介して、基板ホルダ１６の回転軸１６ａが回転するようにしている。
【００３５】
この例にあっては、回転モータ２８を、基板ホルダ１６側ではなく、めっき槽１０側に固定できるため、基板ホルダ１６の軽量化が可能になり、搬送アーム１２への負荷を軽減することができる。さらに、駆動系を密閉しないで済むため、メンテナンス性にも優れている。また、リンク６６による動力の伝達により、めっき槽１０内のめっき液Ｑが回転モータ２８の付近まで引き上げられるのを比較的簡単に防止することができるといったメリットがある。
【００３６】
図５及び図６は、無電解めっき装置に適用した、本発明の更に他の実施の形態の基板処理装置を示す。この例の無電解めっき装置（基板処理装置）の図１及び図２に示す無電解めっき装置と異なる点は、回転モータ及びその動力伝達手段を備えることなく、めっき液Ｑの流れにより基板ホルダ１６を回転させるようにしている点にある。
【００３７】
つまり、この例の無電解めっき装置は、基板ホルダ１６として、側板２２の側方に、周縁部に複数の羽根６８ａを有する羽根車６８を取付けたものを使用し、更に、めっき液噴出管４４のめっき液噴出口から噴出されるめっき液の流れの一部が羽根車６８の羽根６８ａに直接当たるようにして、回転機構を構成している。これによって、循環ポンプ４２の駆動に伴って、めっき液噴出管４４のめっき液噴出口からめっき液が噴出されると、このめっき液の流れの一部が羽根車６８の羽根６８ａに直接当たって基板ホルダ１６が回転する。この例においては、めっき液噴出管４４のめっき液噴出口から噴出されるめっき液の流量及び流速で基板ホルダ１６の回転速度を調整することができる。
【００３８】
この例にあっては、前述の各例における無電解めっき装置に比べて、基板ホルダ１６の高い回転速度が得にくく、めっき初期時に基板ホルダ１６の回転が安定しない問題がある。しかし、実際の無電解めっきでは、めっき膜の成長速度は、数１０ｎｍ/ｍｉｎ〜数１００ｎｍ/ｍｉｎ程度と比較的遅いため、基板表面に成膜されるめっき膜の膜厚及び膜質への影響は比較的小さい。
【００３９】
図７は、例えば、図１及び図２に示す構成の基板処理装置（無電解めっき装置）を使用した基板処理システムの平面配置図を示す。この基板処理システムは、例えば、半導体ウエハ等の基板Ｗのアルミニウム配線上に、ジンケート処理（亜鉛触媒化処理）、無電解Ｎｉめっき、及び無電解Ａｕめっきを順次行うようにしている。なお、図１及び図２に示す基板処理装置（無電解めっき装置）の代わりに、図３及び図４、または図５及び図６に示す基板処理装置（無電解めっき装置）を適用してもよいことは勿論である。
【００４０】
この基板処理システムは、基板Ｗを基板カセットに入れた状態でセットするロード／アンロードポート７０と装置フレーム７２を有している。装置フレーム７２の内部には、基板カセット内の基板Ｗを基板ホルダ１６に移送する移送部７４と、Ｚｎ処理槽７６と、Ｎｉめっき槽７８と、Ａｕめっき槽８０と、３つのリンス槽８２ａ，８２ｂ，８２ｃと、ドライ（乾燥）槽８４と、基板ホルダ１６を一時的にストックするバッファ槽８６が配置されている。更に、装置フレーム７２内に位置して、ロード／アンロードポート７０と移送部７４との間に搬送ロボット８８が配置されている。
【００４１】
なお、図７では、基板ホルダ１６のみを図示しているが、図１及び図２に示すように、基板ホルダ１６は、支持枠１４で回転自在に支承されて搬送アーム１２で搬送され、Ｚｎ処理槽７６との間で本発明の基板処理装置としてのジンケート処理装置（めっき前処理装置）が、Ｎｉめっき槽７８との間で本発明の基板処理装置としての無電解Ｎｉめっき装置が、Ａｕめっき槽８０との間で本発明の基板処理装置としての無電解Ａｕめっき装置が構成されるようになっている。
【００４２】
次に、この基板処理システムによる基板処理について説明する。
基板Ｗを基板カセットに入れた形でロード／アンロードポート７０にセットする。搬送用ロボット８８は、ロード／アンロードポート７０にセットした基板カセットから基板Ｗを受取って、移送部７４に位置する基板ホルダ１６の内部に移送し、これによって、基板Ｗを基板ホルダ１６の所定の位置にセットする。この操作を、基板ホルダ１６で保持する基板Ｗの枚数だけ繰返す。この時、めっき液中で基板の裏面からの異物が隣の基板の表面に転写するのを防ぐため、表面の方向が交互になるように、基板Ｗを基板ホルダ１６にセットすることが望ましい。更に、基板ホルダ１６の両端に位置する基板は、他の基板と比較して、めっき液の流れの分布に差ができやすい。このため、必要に応じて、表面がＳｉＯ２やＳｉＮで覆われたダミーウエハを基板ホルダ１６にセットすることが好ましい。基板Ｗを基板ホルダ１６にセットし終わったら、基板Ｗの端部を押さえて基板Ｗを固定し、しかる後、搬送アーム１２（図１及び図２参照）により基板ホルダ１６を移動する。
【００４３】
先ず、基板ホルダ１６をＺｎ処理槽７６に移動させ、基板ホルダ１６で保持した複数の基板ＷをＺｎ処理槽７６内の処理液中に所定時間浸漬させてジンケート処理（亜鉛触媒化処理）を行う。Ｚｎ処理槽７６内では、回転モータ２８（図１及び図２参照）を駆動して基板ホルダ１６を回転させて、該基板ホルダ１６で保持した基板Ｗを同時に回転させ、これによって、処理液の撹拌を行う。ジンケート処理後、搬送アーム１２により基板ホルダ１６をリンス槽８２ａに移動させ、基板ホルダ１６で保持した基板Ｗをリンス槽８２ａ内のリンス液（純水）に所定時間浸漬させてリンス（水洗）を行う。この時、必要に応じて、基板ホルダ１６をリンス液中で回転させる。
【００４４】
更に、基板ホルダ１６をＮｉめっき槽７８に移動させ、前述とほぼ同様にして、基板ホルダ１６を回転させながら、基板ホルダ１６で保持した基板Ｗの表面に無電解Ｎｉめっきを所定時間行って、アルミニウム配線上にＮｉめっき膜を成膜する。そして、基板ホルダ１６をリンス槽８０ｂに移動させて基板Ｗをリンスする。次に、基板ホルダ１６をＡｕめっき槽８０に移動させ、前述とほぼ同様にして、基板ホルダ１６を回転させながら、基板ホルダ１６で保持した基板Ｗの表面に無電解Ａｕめっきを所定時間行って、Ｎｉめっき膜上にＡｕめっき膜を成膜する。そして、基板ホルダ１６をリンス槽８０ｃに移動させて基板Ｗをリンスする。これにより、アルミニウム配線上に、無電解Ｎｉめっき及び無電解Ａｕめっきを処置した基板（半導体ウエハ）を得る。
【００４５】
めっき終了後、基板ホルダ１６をドライ槽８４に移動させる。ドライ槽８４では基板Ｗを基板ホルダ１６ごと加熱したＩＰＡ（Isopropyl Alcohol）に浸漬させて水分とＩＰＡを置換したのち、加熱雰囲気で基板ＷをＩＰＡから引き上げて基板Ｗを乾燥させる。そして、基板ホルダ１６を移送部７４に移送し、基板ホルダ１６で保持した乾燥後の基板Ｗを搬送ロボット８８により基板カセットの元の位置に戻す。
【００４６】
バッファ槽８６は、各槽の処理時間の差を吸収するために一時的に基板ホルダ１６をストックする槽で、設置場所や設置位置は、それぞれのめっき及び洗浄処理時間のバランスに応じて決定される。更に、各めっき層の膜厚バランスにより、めっき槽の数を増やし、複数の基板ホルダを同時に処理することで、装置全体の処理能力を向上させることができる。
【実施例】
【００４７】
半導体ウエハを面方向に回転できるウエハホルダを準備し、PVD-AL-Cu（膜厚800nm）付きシリコンウエハに対して、ジンケート処理及び無電解Ｎｉめっきを行った。この処理に際して、処理液噴出口から処理液を噴出させて、処理液の上方への流れを作り、ウエハを回転させながら、ジンケート処理、次に無電解Ｎｉめっきを行って、ウエハのパッド上にＮｉめっき膜を成膜した。ジンケート処理には、奥野製薬工業製のサブスターＡＺを、無電解Ｎｉめっきには奥野製薬工業製のＩＣＰニコロンＧＭを用い、ジンケート処理は室温で、無電解Ｎｉめっきは８０℃でそれぞれ行い、Ｎｉめっき膜の膜厚が５μmとなるようにめっき時間を調節した。
【００４８】
比較例として、実施例と同じ条件で、ウエハを回転させることなく、ジンケート処理および無電解Ｎｉめっきを行って、ウエハのパッド上にＮｉめっき膜を成膜した。
【００４９】
実施例及び比較例によってパッド表面に成膜されたＮｉめっき膜の外観と膜厚分布を測定した結果、めっき槽中でウエハの回転を行わなかった比較例の場合、めっき膜の表面にめっき液の流れに起因する縦方向の模様が観察されたが、めっき槽中でウエハを回転させた実施例の場合では、めっき膜の表面にめっき液の流れに起因する縦方向の模様は観察されず、無電解めっき中にウエハを回転することによる効果が確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】無電解めっき装置に適用した、本発明の実施の形態の基板処理装置を示す縦断正面図である。
【図２】無電解めっき装置に適用した、本発明の実施の形態の基板処理装置を示す縦断側面図である。
【図３】無電解めっき装置に適用した、本発明の他の実施の形態の基板処理装置を示す縦断正面図である。
【図４】無電解めっき装置に適用した、本発明の他の実施の形態の基板処理装置を示す縦断側面図である。
【図５】無電解めっき装置に適用した、本発明の更に他の実施の形態の基板処理装置を示す縦断正面図である。
【図６】無電解めっき装置に適用した、本発明の更に他の実施の形態の基板処理装置を示す縦断側面図である。
【図７】基板処理システムの一例を示す平面配置図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ めっき槽（処理槽）
１２ 搬送アーム
１４ 支持枠
１６ 基板ホルダ
１８ ケース本体
２０ 側ケース
２２ 側板
２４ 支持棒
２６ 従動プーリ
２８ 回転モータ
３０ 駆動プーリ
３２ 駆動ベルト（回転機構）
４０ 循環槽
４２ 循環ポンプ
４４ めっき液噴出管（めっき液噴出機構）
４６ 蓋体
５０ａ，５０ｂ 熱電対
５２ 温度制御部
５４ ヒータ
５６ めっき液分析・補給装置
６０ 駆動ギア
６２ 被動ギア
６４ 回転板
６６ リンク
６８ 羽根車
７０ ロード／アンロードポート
７２ 装置フレーム
７４ 移送部
７６ Ｚｎ処理槽
７８ Ｎｉめっき槽
８０ Ａｕめっき槽
８４ ドライ槽
８６ バッファ槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理液を保持する処理槽と、
複数枚の基板を保持して前記処理槽内の処理液中に浸漬させる基板ホルダと、
前記処理槽内の処理液の温度を制御する温度制御部と、
前記処理槽内の処理液を循環させる処理液循環系と、
前記基板ホルダを、複数枚の基板を保持したまま前記処理槽内の処理液中で回転させる回転機構を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記処理液循環系は、前記基板ホルダで保持して前記処理槽内の処理液に浸漬させた基板に向かって処理液を噴出する処理液噴出機構を有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記回転機構の動力源として、前記処理液循環系によって前記処理槽内に導入される処理液の液流を使用することを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
【請求項４】
基板処理装置は、処理液としてめっき液を使用する無電解めっき装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項５】
基板処理装置は、無電解めっきに先立って、基板表面に触媒を付与するめっき前処理装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１】
処理液を保持する処理槽と、
複数枚の基板を保持して前記処理槽内の処理液中に浸漬させる基板ホルダと、
前記処理槽内の処理液の温度を制御する温度制御部と、
前記処理槽内の処理液を循環させる処理液循環系と、
前記基板ホルダを、複数枚の基板を保持したまま前記処理槽内の処理液中で回転させる回転機構を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記処理液循環系は、前記基板ホルダで保持して前記処理槽内の処理液に浸漬させた基板に向かって処理液を噴出する処理液噴出機構を有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記回転機構の動力源として、前記処理液循環系によって前記処理槽内に導入される処理液の液流を使用することを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
【請求項４】
基板処理装置は、処理液としてめっき液を使用する無電解めっき装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項５】
基板処理装置は、無電解めっきに先立って、基板表面に触媒を付与するめっき前処理装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−５７５９３（Ｐ２００９−５７５９３Ａ）
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２５１３７（Ｐ２００７−２２５１３７）
【出願日】平成１９年８月３１日（２００７．８．３１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月３１日（２００７．８．３１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]