JP2002080992A - 銅めっき液、めっき方法並びにめっき装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルカリ金属やシアンを含むことなく、シー
ド層の薄肉部を補強したり、高アスペクト比の微細窪み
の内部に銅を確実に埋込む銅めっきを施すことができる
ようにする。 【解決手段】 ２価の銅イオンと、アルカリ金属及びシ
アンを含まない物質からなる錯化剤とを有し、必要に応
じて、アルカリ金属及びシアン以外の物質からなるｐＨ
調整剤を添加した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銅めっき液、めっ
き方法並びにめっき装置に係り、特に半導体基板の表面
に形成した配線用の微細窪みにめっきにより銅を埋込ん
で銅配線を形成するのに使用される銅めっき液、めっき
方法並びにめっき装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体基板上に配線回路を形成す
るための金属材料として、アルミニウムまたはアルミニ
ウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグ
レーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著に
なっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微
細凹みの内部に銅を埋込むことによって一般に形成され
る。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパ
ッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれに
しても、基板のほぼ全表面に銅を成膜し、化学的機械的
研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしてい
る。

【０００３】図３９は、この種の銅配線基板Ｗの製造例
を工程順に示すもので、図３９（ａ）に示すように、半
導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上に
ＳｉＯ_２からなる酸化膜２を堆積し、リソグラフィ・エ
ッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４
を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリア層５、更に
その上に電解めっきの給電層としてシード層７を形成す
る。

【０００４】そして、図３９（ｂ）に示すように、基板
Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基材１のコン
タクトホール３及び溝４内に銅を充填するとともに、酸
化膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学的機械的研
磨（ＣＭＰ）により、酸化膜２上の銅膜６を除去して、
コンタクトホール３および配線用の溝４に充填させた銅
膜６の表面と酸化膜２の表面とをほぼ同一平面にする。
これにより、図３９（ｃ）に示すように銅膜６からなる
配線が形成される。

【０００５】ここに、シード層７は、一般にスパッタリ
ングやＣＶＤによって形成され、また、銅膜６を形成す
る電解銅めっきにあっては、めっき液として、その組成
に硫酸銅と硫酸を含む硫酸銅めっき液が一般に使用され
ていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】微細配線化が進み、配
線溝或いはプラグの形状が高アスペクト比となるに従っ
て、スパッタリング等で形成されるシード層が溝底部ま
で均一に届かなくなり、図４０（ａ）に示すように、溝
底部の側壁におけるシード層７の膜厚ｔ_１が基板表面付
近における膜厚ｔ_２に比べ１／１０またはそれ以下にな
る可能性がある。このような状態で硫酸銅めっき液を使
用した電解銅めっきで銅の埋込みを行うと、シード層７
の極端に薄い部分には電流が流れ難くなるために、図４
０（ｂ）に示すように、銅膜６の内部にめっき未析出部
（ボイド）８ができる。これを防止するため、シード層
７の膜厚を厚くして溝底部に均一な膜を付けようとする
と、溝の入口部分に銅が厚くついてしまうために、結果
的に入口が先に閉じてボイドができる。

【０００７】一方、硫酸銅等のベースに錯化剤及びｐＨ
調整剤を添付して、ｐＨを中性付近に維持するようにし
た銅めっき液が開発されているが、これらの銅めっき液
は、安定性が乏しく実用的でないばかりでなく、このｐ
Ｈ調整剤には、一般にナトリウムやカリウム等のアルカ
リ金属が含まれており、このようにアルカリ金属が混入
しためっき液を半導体分野に使用すると、エレクトロマ
イグレーションを引き起こして半導体を劣化させてしま
う。なお、シアン化銅系の銅めっき液もあるが、シアン
は人体に有害であるので、作業面や環境面からその使用
を避けることが求められている。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みて為されたもの
で、アルカリ金属やシアンを含むことなく、シード層の
薄肉部を補強したり、高アスペクト比の微細窪みの内部
に銅を確実に埋込む銅めっきを施すことができるように
した銅めっき液、及びこの銅めっき液を使用しためっき
方法並びにめっき装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、２価の銅イオンと錯化剤とを有し、アルカリ金属及
びシアンを含まない物質からなることを特徴とする銅め
っき液である。このように、銅めっき液中に錯化剤を有
することで、めっき浴としての分極を大きくして均一電
着性を向上させることができ、これによって、シード層
の薄い部分の補強や高アスペクト比のトレンチやホール
等の微細窪みの奥までの銅の均一な埋込みが可能とな
る。しかも析出するめっきは緻密であり、マイクロボイ
ドの危険も回避できる。更に、アルカリ金属及びシアン
を含んでいないので、アルカリ金属の存在に伴うエレク
トロマイグレーションによって半導体を劣化させてしま
うことを防止するとともに、シアンの使用を避けるとの
要請に応えることができる。

【００１０】ここで、２価の銅イオンの濃度は、低いと
電流効率が悪くなって銅の析出効率が落ち、高いと電着
性が悪くなるため、０．１〜１００ｇ／Ｌ程度が好まし
く、１〜１０ｇ／Ｌ程度がより好ましい。また、錯化剤
の濃度は、低いと銅の錯体化が完全にされず沈殿物が発
生し易くなり、高いとヤケめっき状態となり外観が悪く
なるばかりでなく、排水処理困難となるため、１〜５０
０ｇ／Ｌ程度が好ましく、２０〜２００ｇ／Ｌ程度がよ
り好ましい。

【００１１】請求項２に記載の発明は、前記錯化剤が、
エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン、Ｎ，
Ｎ'，Ｎ''，Ｎ'''エチレンジニトロテトラプロパン−２
オール、ピロリン酸、イミノ二酢酸、ジエチレントリア
ミン五酢酸、ジエチレントリアミン、トリエチレンテト
ラミン、テトラエチレンペンタミン、ジアミノブタン、
ヒドロキシエチルエチレンジアミン、エチレンジアミン
テトラプロピオン酸、エチレンジアミンテトラメチレン
ホスホン酸、ジエチレントリアミンテトラメチレンホス
ホン酸、ジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン
酸またはそれらの誘導体であることを特徴とする請求項
１記載の銅めっき液である。

【００１２】請求項３に記載の発明は、硫酸、塩酸、リ
ン酸、コリン、アンモニアまたは水酸化テトラメチルア
ンモニウムなどのアルカリ金属及びシアンを含まない物
質からなるｐＨ調整剤を更に有することを特徴とする請
求項１または２記載の銅めっき液である。このように、
必要に応じてｐＨ調整剤を添加して、めっき液をｐＨ７
〜１４、好ましくはｐＨ８〜１１，より好ましくはｐＨ
８〜９程度にすることにより、ｐＨが低すぎて錯体が有
効に結びつかずに不完全となったり、逆に高すぎて錯体
が別の形となって沈殿物ができることを防止することが
できる。

【００１３】請求項４に記載の発明は、バリア層及び／
またはシード層で覆われた微細窪みを有する基板にめっ
きを施して該微細窪みに金属を充填するめっき方法にお
いて、前記基板を第１のめっき液中に浸漬させて第１段
めっき処理を行った後、第２のめっき液中に浸漬させて
第２段めっき処理を行うにあたり、前記第１のめっき液
の分極が前記第２のめっき液の分極より大きいことを特
徴とするめっき方法である。

【００１４】これにより、例えシード層に薄肉部があっ
ても、この薄肉部を第１段めっき処理で補強して完全な
ものとし、第２段めっき処理で、この完全となったシー
ド層を給電層として微細窪みの内部に銅等の金属を埋込
みながら表面を平坦としためっき膜を形成することがで
きる。

【００１５】請求項５に記載の発明は、バリア層及び／
またはシード層で覆われた微細窪みを有する基板に第１
段めっき処理を施す第１のめっき処理部と、該第１のめ
っき処理部のめっき槽に第１のめっき液を供給する第１
のめっき液供給手段と、該第１段めっき処理が施された
基板に第２段めっき処理を施す第２のめっき処理部と、
該第２のめっき処理部のめっき槽に第２のめっき液を供
給する第２のめっき液供給手段と、該基板を第１のめっ
き処理部から第２のめっき処理部に搬送する搬送手段と
を有し、前記第１のめっき液の分極が前記第２のめっき
液の分極より大きいことを特徴とするめっき装置であ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態のめ
っき装置の平面配置図を示す。このめっき装置は、ロー
ド・アンロード部１０、各一対の洗浄・乾燥処理部１
２、第１基板ステージ１４、ベベルエッチ・薬液洗浄部
１６及び第２基板ステージ１８、基板を１８０゜反転さ
せる機能を有する水洗部２０及び４基のめっき処理部２
２を有している。更に、ロード・アンロード部１０、洗
浄・乾燥処理部１２及び第１基板ステージ１４の間で基
板の受渡しを行う第１搬送装置２４と、第１基板ステー
ジ１４、ベベルエッチ・薬液洗浄部１６及び第２基板ス
テージ１８の間で基板の受渡しを行う第２搬送装置２６
と、第２基板ステージ１８、水洗部２０及びめっき処理
部２２の間で基板の受渡しを行う第３搬送装置２８が備
えられている。

【００１７】めっき装置の内部は、仕切り壁７１１によ
ってめっき空間７１２と清浄空間７１３に仕切られ、こ
れらの各めっき空間７１２と清浄空間７１３は、それぞ
れ独自に給排気できるようになっている。そして、仕切
り壁７１１には、開閉自在なシャッタ（図示せず）が設
けられている。また、清浄空間７１３の圧力は、大気圧
より低く、かつめっき空間７１２の圧力より高くしてあ
り、これにより、清浄空間７１３内の空気がめっき装置
の外部に流出することがなく、かつめっき空間７１２内
の空気が清浄空間７１３内に流入することがないように
なっている。

【００１８】図２は、めっき装置内の気流の流れを示
す。清浄空間７１３においては、配管７３０より新鮮な
外部空気が取込まれ、この外部空気は、ファンにより高
性能フィルタ７３１を通して清浄空間７１３内に押込ま
れ、天井７３２ａよりダウンフローのクリーンエアとし
て洗浄・乾燥処理部１２及びベベルエッチ・薬液洗浄部
１６の周囲に供給される。供給されたクリーンエアの大
部分は、床７３２ｂから循環配管７３３を通して天井７
３２ａ側に戻され、再び高性能フィルタ７３１を通して
ファンにより清浄空間７１３内に押込まれて清浄空間７
１３内を循環する。一部の気流は、洗浄・乾燥処理部１
２及びベベルエッチ・薬液処理部１６内から配管７３４
により外部に排気される。これにより、清浄空間７１３
内は、大気圧より低い圧力に設定される。

【００１９】水洗部２０及びめっき処理部２２が存在す
るめっき空間７１２は、清浄空間ではない（汚染ゾー
ン）とはいいながらも、基板表面にパーティクルが付着
することは許されない。このため、配管７３５から取込
まれ高性能フィルタ７３６を通して天井７３７ａ側から
ファンによりめっき空間７１２内に押込まれたダウンフ
ローのクリーンエアを流すことにより、基板にパーティ
クルが付着することを防止している。しかしながら、ダ
ウンフローを形成するクリーンエアの全流量を外部から
の給排気に依存すると、膨大な給排気量が必要となる。
このため、めっき空間７１２内を清浄空間７１３より低
い圧力に保つ程度に配管７３８より外部排気を行い、ダ
ウンフローの大部分の気流を床７３７ｂから延びる循環
配管７３９を通した循環気流でまかなうようにしてい
る。

【００２０】これにより、循環配管７３９から天井７３
７ａ側に戻ったエアは、再びファンにより押込まれ高性
能フィルタ７３６を通ってめっき空間７１２内にクリー
ンエアとして供給されて循環する。ここで、水洗部２
０、めっき処理部２２、搬送装置２８及びめっき液調整
タンク７４０からの薬液ミストや気体を含むエアは、前
記配管７３８を通して外部に排出されて、めっき空間７
１２内は、清浄空間７１３より低い圧力に設定される。

【００２１】前記めっき処理部２２は、図３に示すよう
に、略円筒状で内部にめっき液４５を収容するめっき処
理槽４６と、このめっき処理槽４６の上方に配置されて
基板Ｗを保持するヘッド部４７とから主に構成されてい
る。なお、図３は、ヘッド部４７で基板Ｗを保持してめ
っき液４５の液面を上昇させためっき位置にある時の状
態を示している。

【００２２】前記めっき処理槽４６には、上方に開放
し、アノード４８を底部に配置しためっき室４９を有
し、このめっき室４９内にめっき液４５を保有するめっ
き槽５０が備えられている。前記めっき槽５０の内周壁
には、めっき室４９の中心に向かって水平に突出するめ
っき液噴出ノズル５３が円周方向に沿って等間隔で配置
され、このめっき液噴出ノズル５３は、めっき槽５０の
内部を上下に延びるめっき液供給路に連通している。

【００２３】このめっき液供給路は、図４に示すめっき
液供給管５５を介してめっき液調整タンク４０に接続さ
れ、このめっき液供給管５５の途中に、二次側の圧力を
一定に制御する制御弁５６が介装されている。

【００２４】更に、この例では、めっき室４９内のアノ
ード４８の上方位置に、例えば３ｍｍ程度の多数の穴を
設けたパンチプレート２２０が配置され、これによっ
て、アノード４８の表面に形成されたブラックフィルム
がめっき液４５によって巻き上げられ、流れ出すことを
防止するようになっている。

【００２５】また、めっき槽５０には、めっき室４９内
のめっき液４５を該めっき室４９の底部周縁から引抜く
第１めっき液排出口５７と、めっき槽５０の上端部に設
けた堰部材５８をオーバーフローしためっき液４５を排
出する第２めっき液排出口５９と、この堰部材５８をオ
ーバーフローする前のめっき液４５を排出する第３めっ
き液排出口１２０が設けられている。第２めっき液排出
口５９と第３めっき液排出口１２０を流れるめっき液
は、めっき槽の下端部で一緒になって排出される。第３
めっき液排出口１２０を設ける代わりに、図９に示すよ
うに、堰部材５８の下部に所定間隔毎に所定幅の開口２
２２を設け、この開口２２２を通過させためっき液を第
２めっき液排出口５９に排出するようにしてもよい。

【００２６】これによって、めっき処理時にあって、供
給めっき量が大きい時には、めっき液を第３めっき液排
出口１２０から外部に排出するか、または、開口２２２
を通過させて第２めっき液排出口５９から外部に排出
し、同時に、図９（ａ）に示すように、堰部材５８をオ
ーバーフローさせ、第２めっき液排出口５９からも外部
に排出する。また、めっき処理時にあって、供給めっき
量が小さい時には、めっき液を第３めっき液排出口１２
０から外部に排出するか、または第３めっき液排出口１
２０を設ける代わりに、図９（ｂ）に示すように、開口
２２２を通過させて第２めっき液排出口５９からも外部
に排出し、これによって、めっき量の大小に容易に対処
できるようになっている。

【００２７】更に、図９（ｄ）に示すように、めっき液
噴出ノズル５３の上方に位置して、めっき室４９と第２
めっき液排出口５９とを連通する液面制御用の貫通孔２
２４が円周方向に沿った所定のピッチで設けられ、これ
によって、非めっき時にめっき液を貫通孔２２４を通過
させ第２めっき液排出口５９から外部に排出すること
で、めっき液の液面を制御するようになっている。な
お、この貫通孔２２４は、めっき処理時にオリフィスの
如き役割を果たして、ここから流れ出すめっき液の量が
制限される。

【００２８】図４に示すように、第１めっき液排出口５
７は、めっき液排出管６０ａを介してリザーバ２２６に
接続され、このめっき液排出管６０ａの途中に流量調整
器６１ａが介装されている。第２めっき液排出口５９と
第３めっき液排出口１２０は、めっき槽５０の内部で合
流した後、めっき液排出管６０ｂを介して直接リザーバ
２２６に接続されている。

【００２９】このリザーバ２２６に入っためっき液は、
リザーバ２２６からポンプ２２８によりめっき液調整タ
ンク４０に入る。このめっき液調整タンク４０には、温
度コントローラ２３０や、サンプル液を取り出して分析
するめっき液分析ユニット２３２が付設されており、ポ
ンプ２３４の駆動に伴って、めっき液調整タンク４０か
らフィルタ２３６を通して、めっき液４５がめっき処理
部２２のめっき液噴出ノズル５３に供給されるようにな
っている。このめっき液調整タンク４０からめっき処理
部２２に延びるめっき液供給管５５の途中に、二次側の
圧力を一定にする制御弁５６が備えられている。

【００３０】図３に戻って、めっき室４９の内部の周辺
近傍に位置して、該めっき室４９内のめっき液４５の上
下に分かれた上方の流れでめっき液面の中央部を上方に
押上げ、下方の流れをスムーズにするとともに、電流密
度の分布をより均一になるようにした鉛直整流リング６
２と水平整流リング６３が該水平整流リング６３の外周
端をめっき槽５０に固着して配置されている。

【００３１】一方、ヘッド部４７には、回転自在な下方
に開口した有底円筒状で周壁に開口９６を有するハウジ
ング７０と、下端に押圧リング２４０を取付けた上下動
自在な押圧ロッド２４２が備えられている。ハウジング
７０の下端には、図８に示すように、内方に突出するリ
ング状の基板保持部７２が設けられ、この基板保持部７
２に、内方に突出し、上面の先端が上方に尖塔状に突出
するリング状のシール材２４４が取付けられている。更
に、このシール材２４４の上方にカソード電極用接点７
６が配置されている。また、基板保持部７２には、水平
方向に外方に延び、更に外方に向けて上方に傾斜して延
びる空気抜き穴７５が円周方向に沿って等間隔に設けら
れている。

【００３２】これによって、図６に示すように、めっき
液４５の液面を下げた状態で、図７及び図８に示すよう
に、基板Ｗを吸着ハンドＨ等で保持してハウジング７０
の内部に入れて基板保持部７２のシール材２４４の上面
に載置し、吸着ハンドＨをハウジング７０から引き抜い
た後、押圧リング２４０を下降させることで、基板Ｗの
周縁部をシール材２４４と押圧リング２４０の下面で狭
持して基板Ｗを保持し、しかも基板Ｗを保持した時に基
板Ｗの下面とシール材２４４が圧接して、ここを確実に
シールし、同時に基板Ｗとカソード電極用接点７６とが
通電するようになっている。

【００３３】図３に戻って、ハウジング７０は、モータ
２４６の出力軸２４８に連結されて、モータ２４６の駆
動によって回転するように構成されている。また、押圧
ロッド２４２は、モータ２４６を囲繞する支持体２５０
に固着したガイド付きシリンダ２５２の作動によって上
下動するスライダ２５４の下端にベアリング２５６を介
して回転自在に支承したリング状の支持枠２５８の円周
方向に沿った所定位置に垂設され、これによって、シリ
ンダ２５２の作動によって上下動し、しかも基板Ｗを保
持した時にハウジング７０と一体に回転するようになっ
ている。

【００３４】支持体２５０は、モータ２６０の駆動に伴
って回転するボールねじ２６１と螺合して上下動するス
ライドベース２６２に取付けられ、更に上部ハウジング
２６４で囲繞されて、モータ２６０の駆動に伴って、上
部ハウジング２６４と共に上下動するようになってい
る。また、めっき槽５０の上面には、めっき処理時にハ
ウジング７０の周囲を囲繞する下部ハウジング２６６が
取付けられている。

【００３５】これによって、図６に示すように、支持体
２５０と上部ハウジング２６４とを上昇させた状態で、
メンテナンスを行うことができるようになっている。ま
た、堰部材５８の内周面にはめっき液の結晶が付着し易
いが、このように、支持体２５０と上部ハウジング２６
４とを上昇させた状態で多量のめっき液を流して堰部材
５８をオーバーフローさせることで、堰部材５８の内周
面へのめっき液の結晶の付着を防止することができる。
また、めっき槽５０には、めっき処理時にオーバーフロ
ーするめっき液の上方を覆うめっき液飛散防止カバー５
０ｂが一体に設けられているが、このめっき液飛散防止
カバー５０ｂの下面に、例えばＨＩＲＥＣ（ＮＴＴアド
バンステクノロジ社製）等の超撥水材をコーティングす
ることで、ここにめっき液の結晶が付着することを防止
することができる。

【００３６】ハウジング７０の基板保持部７２の上方に
位置して、基板Ｗの芯出しを行う基板芯出し機構２７０
が、この例では円周方向に沿った４カ所に設けられてい
る。図１０は、この基板芯出し機構２７０の詳細を示す
もので、これは、ハウジング７０に固定した門形のブラ
ケット２７２と、このブラケット２７２内に配置した位
置決めブロック２７４とを有し、この位置決めブロック
２７４は、その上部において、ブラケット２７２に水平
方向に固定した枢軸２７６を介して揺動自在に支承さ
れ、更にハウジング７０と位置決めブロック２７４との
間に圧縮コイルばね２７８が介装されている。これによ
って、位置決めブロック２７４は、圧縮コイルばね２７
８を介して枢軸２７６を中心に下部が内方に突出するよ
うに付勢され、その上面２７４ａがストッパとしての役
割を果たしブラケット２７２の上部下面２７２ａに当接
することで、位置決めブロック２７４の動きが規制され
るようになっている。更に、位置決めブロック２７４の
内面は、上方に向けて外方に拡がるテーパ面２７４ｂと
なっている。

【００３７】これによって、例えば搬送ロボット等の吸
着ハンドで基板を保持しハウジング７０内に搬送して基
板保持部７２の上に載置した際、基板の中心が基板保持
部７２の中心からずれていると圧縮コイルばね２７８の
弾性力に抗して位置決めブロック２７４が外方に回動
し、搬送ロボット等の吸着ハンドによる把持を解くと、
圧縮コイルばね２７８の弾性力で位置決めブロック２７
４が元の位置に復帰することで、基板の芯出しを行うこ
とができるようになっている。

【００３８】図１１は、カソード電極用接点７６のカソ
ード電極板２０８に給電する給電接点（プローブ）７７
を示すもので、この給電接点７７は、プランジャで構成
されているとともに、カソード電極板２０８に達する円
筒状の保護体２８０で包囲されて、めっき液から保護さ
れている。

【００３９】次に、このめっき処理部２２によるめっき
処理について説明する。先ず、めっき処理部２２に基板
を受渡す時には、図１に示す第３搬送装置２８の吸着ハ
ンドと該ハンドで表面を下に向けて吸着保持した基板Ｗ
を、ハウジング７０の開口９６からこの内部に挿入し、
吸着ハンドを下方に移動させた後、真空吸着を解除し
て、基板Ｗをハウジング７０の基板保持部７２上に載置
し、しかる後、吸着ハンドを上昇させてハウジング７０
から引き抜く。次に、押圧リング２４０を下降させて、
基板Ｗの周縁部を基板保持部７２と押圧リング２４０の
下面で挟持して基板Ｗを保持する。

【００４０】そして、めっき液噴出ノズル５３からめっ
き液４５を噴出させ、同時にハウジング７０とそれに保
持された基板Ｗを中速で回転させ、めっき液４５が所定
の量まで充たされ、更に数秒経過した時に、ハウジング
７０の回転速度を低速回転（例えば、１００ｍｉ
ｎ^−１）に低下させ、アノード４８を陽極、基板処理面
を陰極としてめっき電流を流して電解めっきを行う。

【００４１】通電を終了した後、図９（ｄ）に示すよう
に、めっき液噴出ノズル５３の上方に位置する液面制御
用の貫通孔２２４のみからめっき液が外部に流出するよ
うにめっき液の供給量を減少させ、これにより、ハウジ
ング７０及びそれに保持された基板Ｗをめっき液面上に
露出させる。このハウジング７０とそれに保持された基
板Ｗが液面より上にある位置で、高速（例えば、５００
〜８００ｍｉｎ^−１）で回転させてめっき液を遠心力に
より液切りする。液切りが終了した後、ハウジング７０
が所定の方向に向くようにしてハウジング７０の回転を
停止させる。

【００４２】ハウジング７０が完全に停止した後、押圧
リング２４０を上昇させる。次に、第３搬送装置２８の
吸着ハンドを、その吸着面を下に向けて、ハウジング７
０の開口９６からこの内部に挿入し、吸着ハンドが基板
を吸着できる位置にまで吸着ハンドを下降させる。そし
て、基板を吸着ハンドにより真空吸着し、吸着ハンドを
ハウジング７０の開口９６の上部の位置にまで移動させ
て、ハウジング７０の開口９６から吸着ハンドとそれに
保持した基板を取り出す。

【００４３】このめっき処理部２２によれば、ヘッド部
４７の機構的な簡素化及びコンパクト化を図り、かつめ
っき処理槽４６内のめっき液の液面がめっき時液面にあ
る時にめっき処置を、基板受渡し時液面にある時に基板
の水切りと受渡しを行い、しかもアノード４８の表面に
生成されたブラックフィルムの乾燥や酸化を防止するこ
とができる。

【００４４】図１２は洗浄・乾燥処理部１２を示す概略
図であり、洗浄・乾燥処理部１２では、半導体基板Ｗの
表面及び裏面をＰＶＡスポンジロール９−２，９−２で
スクラブ洗浄する。ノズル９−４から噴出する洗浄水と
しては、純水が主であるが、界面活性剤やキレート剤若
しくは両者を混合した後にｐＨ調整を行い、酸化銅のゼ
ーター電位にあわせたものを使用してもよい。また、ノ
ズル９−４には超音波振動素子９−３を設け、噴出する
洗浄水に超音波振動を加えてもよい。なお、符号９−１
は半導体基板Ｗを水平面内で回転させるための回転用コ
ロである。

【００４５】ベベルエッチ・薬液洗浄部１６は、エッジ
（ベベル）Ｃｕエッチングと裏面洗浄が同時に行え、ま
た基板表面の回路形成部の銅の自然酸化膜の成長を抑え
ることが可能である。図１３に、ベベルエッチ・薬液洗
浄部１６の概略を示す。図１３に示すように、ベベルエ
ッチ・薬液洗浄部１６は、有底円筒状の防水カバー４２
０の内部に位置して基板Ｗをフェイスアップでその周縁
部の円周方向に沿った複数箇所でスピンチャック４２１
により水平に保持して高速回転させる基板保持部４２２
と、この基板保持部４２２で保持された基板Ｗの表面側
のほぼ中央部上方に配置されたセンタノズル４２４と、
基板Ｗの周縁部の上方に配置されたエッジノズル４２６
とを備えている。センタノズル４２４及びエッジノズル
４２６はそれぞれ下向きで配置されている。また基板Ｗ
の裏面側のほぼ中央部の下方に位置してバックノズル４
２８が上向きで配置されている。前記エッジノズル４２
６は基板Ｗの直径方向及び高さ方向を移動自在に構成さ
れている。

【００４６】このエッジノズル４２６の移動幅Ｌは、基
板の外周端面から中心部方向に任意の位置決めが可能に
なっていて、基板Ｗの大きさや使用目的等に合わせて、
設定値の入力を行う。通常、２ｍｍから５ｍｍの範囲で
エッジカット幅Ｃを設定し、裏面から表面への液の回り
込み量が問題にならない回転数以上であれば、その設定
されたカット幅Ｃ内の銅膜を除去することができる。

【００４７】次に、このベベルエッチ・薬液洗浄部１６
による処理方法について説明する。まず、基板をスピン
チャック４２１を介して基板保持部４２２で水平に保持
した状態で、半導体基板Ｗを基板保持部４２２と一体に
水平回転させる。この状態で、センタノズル４２４から
基板Ｗの表面側の中央部に酸溶液を供給する。この酸溶
液としては非酸化性の酸であればよく、例えばフッ酸、
塩酸、硫酸、クエン酸、蓚酸等を用いる。一方、エッジ
ノズル４２６から基板Ｗの周縁部に酸化剤溶液を連続的
または間欠的に供給する。この酸化剤溶液としては、オ
ゾン水、過酸化水素水、硝酸水、次亜塩素酸ナトリウム
水等のいずれかを用いるか、またはそれらの組み合わせ
を用いる。

【００４８】これにより、半導体基板Ｗの周縁部Ｃの領
域では上面及び端面に成膜された銅膜等は酸化剤溶液で
急速に酸化され、同時にセンタノズル４２４から供給さ
れて基板の表面全面に拡がる酸溶液によってエッチング
され溶解除去される。このように、基板周縁部で酸溶液
と酸化剤溶液を混合させることで、予めそれらの混合水
をノズルから供給するのに比べて急峻なエッチングプロ
フィールを得ることができる。このときそれらの濃度に
より銅のエッチングレートが決定される。また、基板の
表面の回路形成部に銅の自然酸化膜が形成されていた場
合、この自然酸化物は基板の回転に伴って基板の表面全
面に亘って広がる酸溶液で直ちに除去されて成長するこ
とはない。

【００４９】すなわち、表面からＨＦを流すことで、め
っきの時に形成された表面の酸化銅を除去することがで
き、またエッチング中にも酸化膜の形成が起きない。半
導体基板の表面に銅の酸化膜が存在するとＣＭＰのとき
に酸化銅の部分のみ先に研磨されてしまうため、ＣＭＰ
後の表面の平坦性に悪影響を与えてしまうが、このよう
に銅の酸化膜を除去することで、このような弊害を回避
できる。

【００５０】なお、センタノズル４２４からの酸溶液の
供給を停止した後、エッジノズル４２６からの酸化剤溶
液の供給を停止することで、表面に露出しているシリコ
ンを酸化して、銅の付着を抑制することができる。

【００５１】つまり、例えば、Ｓｉのような活性面が露
出する基板の場合には、Ｈ_２Ｏ_２を後に止めて表面を酸
化し不活性化することで、その後のＣＭＰでスクラッチ
の原因となる大きなパーティクルの吸着を防ぐことがで
きる。このように、Ｈ_２Ｏ_２で銅を酸化し、その酸化し
た銅をＨＦで除去する工程を繰り返すことにより、混合
液を使用して銅の酸化と除去を同時に行う場合に比較し
て、銅の除去率を向上させることができる。

【００５２】一方、バックノズル４２８から基板の裏面
中央部に酸化剤溶液とシリコン酸化膜エッチング剤とを
同時または交互に供給する。これにより半導体基板Ｗの
裏面側に金属状で付着している銅等を基板のシリコンご
と酸化剤溶液で酸化しシリコン酸化膜エッチング剤でエ
ッチングして除去することができる。なおこの酸化剤溶
液としては表面に供給する酸化剤溶液と同じものにする
方が薬品の種類を少なくする上で好ましい。またシリコ
ン酸化膜エッチング剤としては、フッ酸を用いることが
でき、基板の表面側の酸溶液もフッ酸を用いると薬品の
種類を少なくすることができる。

【００５３】これにより、酸化剤供給を先に停止すれば
疎水面が得られ、エッチング剤溶液を先に停止すれば飽
水面（親水面）が得られて、その後のプロセスの要求に
応じた裏面に調整することもできる。このように酸溶液
すなわちエッチング液を基板に供給して、基板Ｗの表面
に残留する金属イオンを除去した後、更に純水を供給し
て、純水置換を行ってエッチング液を除去し、その後、
スピン乾燥を行う。このようにして半導体基板表面の周
縁部のエッジカット幅Ｃ内の銅膜の除去と裏面の銅汚染
除去を同時に行って、この処理を例えば８０秒以内に完
了させることができる。なお、エッジのエッチングカッ
ト幅を任意（２ｍｍ〜５ｍｍ）に設定することが可能で
あるが、エッチングに要する時間はカット幅に依存しな
い。

【００５４】図１４乃至図１７は、前記洗浄・乾燥処理
部１２及びベベルエッチ・薬液洗浄部１６に使用して最
適な基板回転装置４４０を示す。この基板回転装置４４
０は、基板Ｗを水平に保持して回転させるためのもので
あり、水平に設定されて、回転駆動軸４４２によって回
転される円板状の回転部材４４４と、基板Ｗを回転部材
４４４上に保持するための複数の保持部材４４６とを有
している。この保持部材４４６は、回転駆動軸４４２を
中心とする円に沿って所定間隔（図示の例では、６０
°）を空けて回転部材４４４の外周縁部分に設けられ
て、基板Ｗの周縁Ｗ′に係合することにより、基板Ｗを
水平に保持する。図１４において、参照番号４４７は、
回転駆動軸４４２とモータＭとを駆動連結するためのベ
ルト駆動装置であり、Ｈは当該回転保持装置４４０を収
納するハウジングで、ノズルＮによって基板Ｗ上に供給
される洗浄液等が周囲に飛散するのを防いで集め、排出
管Ｄから排出するようになっている。

【００５５】図１６に保持部材４４６の詳細を示す。す
なわち、保持部材４４６は、ほぼ円柱状で、その上部先
端近くに、環状溝のように形成された係合周面４４８を
有している。この係合周面４４８が基板Ｗの周縁Ｗ′と
摩擦係合するようにされている。保持部材４４６は、回
転部材４４４の外周縁部分に半径方向に延びるように形
成されたスロット４５０を垂直に貫通し、その下端は、
回転部材４４４の下方に延出して、回転部材４４４と一
体に回転されるように構成された保持板４５２に回転自
在に支承されている。これによって、保持部材４４６
は、その軸心を中心に回動可能に保持されている。すな
わち、保持板４５２は、垂直上方に延びる小径軸４５４
を有しており、一方、保持部材４４６にはその下端から
上方に向けて延びる孔４５６が形成されており、該孔４
５６が小径軸４５４に遊嵌して、保持部材４４６が、小
径軸４５４を中心に回動するようになっている。

【００５６】また、保持部材４４６の下端には、ウェイ
ト４５８が固定されて水平方向に延びており、回転部材
４４４が回転されて保持部材４４６が回転部材４４４の
回転軸線（すなわち、回転駆動軸４４２）を中心に回転
（公転）されると、ウェイト４５８に遠心力が働き、そ
れにより保持部材４４６が、その軸心の周りで回動（自
転）するようになされている。図１７に実線で示すウェ
イト４５８の位置は、ホームポジションであり、図示し
ない弾性手段によってこの位置に押圧されており、所定
の遠心力が加わると、ウェイト４５８は、一点鎖線で示
す位置に向けて矢印Ａの方向に動き、これに伴って、基
板Ｗが矢印Ｂの方向に回動される。

【００５７】保持板４５２は、図示しないリンク機構等
によって、上記スロット４５０に沿って、回転部材４４
４の半径方向Ｃに向けて水平に移動可能になるように支
持されており、保持板４５２が基板Ｗの周縁Ｗ′に係合
する係合保持位置（図１６の位置）と、この係合保持位
置よりも半径方向外側に位置し、基板Ｗの周縁Ｗ′から
離れる離脱位置との間を移動可能としている。また、保
持板４５２は、ばね４６０で回転部材４４４の半径方向
内側に向けて付勢されており、係合保持位置にある保持
部材４４６の係合周面４４８が、ばね４６０を介して弾
性的に基板Ｗの周縁Ｗ′に係合するようにされている。

【００５８】この回転保持装置４４０によって、基板Ｗ
を保持して回転させるには、先ず、保持部材４４６をば
ね４６０の付勢力に抗して回転部材４４４の半径方向外
側の離脱位置まで移動させる。この状態で基板Ｗを回転
部材４４４の上方位置に水平に設定し、保持部材４４６
を係合位置まで戻して、その係合周面４４８を基板Ｗの
周縁Ｗ′に係合させ、基板Ｗを弾性的に保持する。

【００５９】回転部材４４４が回転駆動され、保持部材
４４６が公転運動を行うと、ウェイト４５８には遠心力
が働く。回転部材４４４の回転速度が低速の場合には、
ウェイト４５８に作用する遠心力は小さく、保持部材４
４６を上記ホームポジションに押圧しているばね圧によ
って、ウェイト４５８は揺動されない状態に保持される
が、回転部材４４４の回転速度が所定以上になると、ウ
ェイト４５８に作用する遠心力が同ばねの圧に抗して、
ウェイト４５８が揺動し、これによって、保持部材４４
６はその軸心を中心として回動（自転）する。上述の通
り、保持部材４４６は、基板Ｗの周縁Ｗ′と摩擦係合し
ているため、保持部材４４６が回動することにより、基
板Ｗが図１７の矢印Ｂ方向に回動され、従って、基板Ｗ
の周縁Ｗ′の保持部材４４６との係合位置は変わる。

【００６０】図示の例においては、保持部材４４６に該
保持部材４４６の軸心と偏心した位置に重心を持つウェ
イト４５８を取付け、これにより、回転部材４４４の回
転に伴って、保持部材４４６がその軸心を中心に回動
（自転）するようにした例を示しているが、保持部材４
４６の回動（自転）は、必ずしも、これに限られるもの
ではなく、例えば、保持部材４４６に何らかのリンク機
構を接続しておき、このリンク機構を作動させることに
より、保持部材４４６を回動（自転）させるようにして
もよい。

【００６１】この回転保持装置４４０は、上述の如き構
成及び作用を有するものであり、例えば、基板Ｗを洗浄
処理するときに、この回転保持装置４４０によって基板
Ｗを保持して回転するようにすれば、この洗浄処理中
に、基板Ｗと保持部材４４６との係合位置を変えること
ができるので、基板Ｗの洗浄処理に用いられる洗浄液等
を基板Ｗの周縁の全ての部分に行き渡らせることがで
き、従って、適正な処理が可能となる。

【００６２】この回転保持装置４４０は、全ての洗浄装
置に適用できるが、ベベルエッチ・薬液洗浄部１６に最
適である。つまり、ベベルエッチ・薬液洗浄部１６に適
用すると、基板Ｗを確実に保持するとともに、基板のエ
ッジ（周縁Ｗ′）と保持部材４４６との係合位置を変え
ることで、基板Ｗのエッジやベベル部を残すことなくエ
ッチングできる。

【００６３】図１８は、搬送装置２６と該搬送装置２６
のハンドに設けた乾燥状態膜厚測定機４１３の構成例を
示す図である。図１８（ａ）は搬送装置２６の外観を示
す図であり、図１８（ｂ）および図１８（ｃ）はそれぞ
れロボットハンドの平面図および断面図である。図示す
るように、搬送装置２６は上下に二つのハンド３−１，
３−１を有し、該ハンド３−１，３−１はそれぞれアー
ム３−２，３−２の先端に取付けられ、旋回移動できる
ようになっている。そしてハンド３−１，３−１で半導
体基板Ｗを掬い上げ（半導体基板Ｗを凹部に落とし込
む）、所定の場所に移送することができるようになって
いる。

【００６４】ハンド３−１の半導体基板Ｗの落とし込み
面には、乾燥状態膜厚測定機４１３を構成する渦電流セ
ンサ４１３ａが複数個（図では４個）設けられ、載置さ
れた半導体基板Ｗの膜厚を測定できるようになってい
る。

【００６５】このように、搬送装置２６に乾燥状態膜厚
測定機３１３を取付けることで、ロボットハンド３−
１，３−１上で膜厚を測定できる。そして、この膜厚測
定結果を半導体基板Ｗの加工記録として残したり、この
結果を基に、次の工程に持っていけるか否かの判定を行
うことができる。なお、搬送装置２８もこの搬送装置２
６と同様な構成であり、この搬送装置２８側に乾燥状態
膜厚測定機３１３を取付けるようにしてもよい。

【００６６】次に、図１９を参照して本発明のめっき方
法について説明する。この例は、図１に示す４基のめっ
き処理部２２の内の１基を第１段めっき処理用の第１の
めっき処理部２２ａとして、他の３基を第２段めっき処
理用の第２のめっき処理部２２ｂとして使用すること
で、図４０（ａ）に示すシード層７の薄肉部を第１のめ
っき処理部２２ａによる第１段めっき処理で補強して薄
肉部のない完全なものとし、このように補強した状態
で、第２のめっき処理部２２ｂによる第２段めっき処
理、つまり銅の埋込みを行うようにしたものである。

【００６７】ここで、第１のめっき処理部２２ａにあっ
ては、そのめっき液４５（図３参照）として、２価の銅
イオン、錯化剤及びｐＨ調整剤とを有し、アルカリ金属
及びシアン金属を含まないめっき液、例えばピロリン酸
銅、ピロリン酸及びコリンからなる均一導電性に優れた
めっき液（第１のめっき液）を使用している。この第１
のめっき液は、コリン等のｐＨ調整剤を添加して、ｐＨ
７〜１４、好ましくはｐＨ８〜１１、更に好ましくはｐ
Ｈ８〜９程度にすることで、ｐＨが低すぎて錯体が有効
に結びつかずに不完全となったり、逆に高すぎて錯体が
別の形となって沈殿物ができることを防止しているが、
ｐＨ調整剤は、必ずしも必要ではない。この２価の銅イ
オンは、例えばピロリン酸銅の他、硫酸銅、酢酸銅、塩
化銅、ＥＤＴＡ−Ｃｕ、炭酸銅、硝酸銅、スルファミン
酸銅などの銅塩を溶解することによって得られる。第２
のめっき処理部２２ｂにあっては、そのめっき液４５
（図３参照）として、その組成に硫酸銅と硫酸を含むレ
ベリング性に優れた硫酸銅めっき液（第２のめっき液）
を使用している。

【００６８】先ず、表面にシード層７（図３９（ａ）参
照）を形成した基板Ｗをロード・アンロード部１０から
第１搬送装置２４で一枚ずつ取り出し、第１基板ステー
ジ１４及び第２基板ステージ１８を経由して第１のめっ
き処理部２２ａに搬入する（ステップ１）。

【００６９】次に、この第１のめっき処理部２２ａで第
１のめっき液による第１段めっき処理を行って、シード
層７の薄肉部を補強しこれを完全なものとする（ステッ
プ２）。つまり、この第１のめっき処理部２２ａに使用
される第１のめっき液は、例えばピロリン酸銅をベース
として、これにピロリン酸等の錯化剤が添加されている
ため、通常の硫酸銅めっき液（第２のめっき液）よりも
分極が高い。ここで、分極が高いとは、電流密度の変化
に対する電圧の変化の比が大きいこと、つまり電位の振
れに対して電流密度の変動が少ないことを意味する。例
えば、図２０に示す陰分極曲線を有するＡ浴とＢ浴とを
比較したとき、Ｂ浴におけるｂ／（Ｄ_２−Ｄ_１）の方が
Ａ浴におけるａ／（Ｄ_２−Ｄ_１）より大きいため、Ｂ浴
の方がＡ浴より分極が高い。これによって、例えシード
層７の膜厚に差があり、通電時に電位差が生じても、電
流密度の変動を少なくすることができる。このため、析
出電位を上昇させ、電着性の均一性を向上させて、通常
の硫酸銅めっき液では析出が困難だったシード層の薄い
部分にもめっきが析出する。ここで、錯体自体あるいは
ｐＨ調整剤にアルカリ金属が含まれていないので、アル
カリ金属が膜中に取り込まれて半導体特性を劣化させる
ことはない。

【００７０】電源としては、直流、パルス、ＰＲパルス
等を使用するができるが、パルス、ＰＲパルス等を使用
することが好ましい。これにより、銅イオンの拡散を改
善して均一電着性をより向上させ、直流よりも大きな電
流を流して析出銅膜を緻密なものにし、更にめっき時間
の短縮も可能となる。

【００７１】ここで、直流電源の場合、電流密度は、
０.０１Ａ／ｄｍ^２〜３０Ａ／ｄｍ^２程度が適用可能で
あり、０.１Ａ／ｄｍ^２〜３Ａ／ｄｍ^２程度が好まし
い。パルス電源の場合は、０.０１Ａ／ｄｍ^２〜２００
Ａ／ｄｍ^２程度が適用可能である。これにより、生産性
の低下を防止するとともに、ヤケめっきの発生を防止す
ることができる。また、銅めっき液の温度は、低すぎる
と析出効率が悪くなって物性が悪くなり、高すぎるとめ
っき液の安定性（均一性）が悪化して管理が困難となる
ため、１０℃〜８０℃程度が適用可能であり、２５℃程
度が好ましい。

【００７２】そして、第１段めっき処理終了後、必要に
応じて、基板Ｗを水洗部２０に搬送して水洗し（ステッ
プ３）、しかる後、水洗後の基板Ｗを第２のめっき処理
部２２ｂの一つに搬送する。

【００７３】次に、この第２のめっき処理部２２ｂで、
基板Ｗの表面に、硫酸銅の濃度が高く、硫酸濃度が低
い、例えば硫酸銅１００〜３００ｇ／Ｌ、硫酸１０〜１
００ｇ／Ｌ程度の組成を有し、レベリング性を向上させ
る添加剤を含有したレベリング性に優れた硫酸銅めっき
液（第２のめっき液）を使用した第２段めっき処理を施
して、銅の埋込みを行う（ステップ４）。この時、第１
段めっき処理を施すことで、シード層７（図３９（ａ）
及び図４０（ａ）参照）が補強されて薄肉部のない完全
なものとなっているため、シード層７に均一に電流が流
れて、ボイドのない銅の埋込みが可能となる。

【００７４】このレベリング性を向上させる効果のある
添加剤は、例えば有機窒素系化合物であり、具体的に
は、フェナチジン系化合物、フタロシアニン系化合物、
ポリエチレンイミン、ポリベンジルエチレンイミンなど
のポリアルキレンイミンおよびその誘導体、Ｎ−染料置
換体化合物などのチオ尿素誘導体、フェノサフラニン、
サフラニンアゾナフトール、ジエチルサフラニンアゾフ
ェノール、ジメチルサフラニンジメチルアニリンなどの
サフラニン化合物、ポリエピクロルヒドリンおよびその
誘導体、チオフラビン等のフェニルチアゾニウム化合
物、アクリルアミド、プロピルアミド、ポリアクリル酸
アミドなどのアミド類等の含窒素化合物を挙げることが
できる。

【００７５】ここで、レベリング性とは、表面平坦度に
対する性質を意味し、レベリング性に優れためっき液を
使用してめっきを行うと、微細窪みの入口での膜成長が
遅くなり、これによって、ボイドの発生を防止しつつ、
微細窪み内に銅を均一に隙間なく充填し、しかも表面を
より平坦にすることができる。

【００７６】なお、第１のめっき液の分極範囲（銅の析
出電位）は、例えば電極としてＡｇ−ＡｇＣｌ電極を使
用した場合は、−０．２Ｖ以下、より好ましくは−１．
５〜−０．２Ｖ程度であり、第２のめっき液の分極範囲
（銅の析出範囲）は、例えば電極としてＡｇ−ＡｇＣｌ
電極を使用した場合は、約０．１〜−０．１Ｖ程度であ
る。

【００７７】コンタクトホールの内部、特にコンタクト
ホール下部の側壁は、シード層の厚さが薄いために、導
電性が一般に悪く（析出電位が高いため抵抗が高く）、
小さい分極のめっき液を使用すると銅めっきが析出しず
らいが、第１のめっき液として分極が高く、高い電圧で
ないと銅が析出しないものを使用することで、厚みが異
なり、析出電位の異なるシード層表面（シード層が全面
に付着せずバリア層が露出している場合はバリア層表
面）に均一に銅めっきを施すことができる。

【００７８】第２段めっき処理終了後、必要に応じて、
基板Ｗを水洗部２０に搬送して水洗し（ステップ５）、
しかる後、水洗後の基板Ｗをベベルエッチ・薬液洗浄部
１６に搬送する。そして、このベベルエッチ・薬液洗浄
部１６で、銅めっき処理後の基板Ｗを薬液で洗浄すると
ともに、基板Ｗのベベル部に薄く形成された銅薄膜等を
エッチング除去する（ステップ６）。次に、この基板
を、洗浄・乾燥処理部１２に搬送し、ここで基板Ｗの洗
浄・乾燥処理を行い（ステップ７）、しかる後、この基
板を第１搬送装置２４でロード・アンロード部１０のカ
セットに戻す（ステップ８）。

【００７９】ステップ７とステップ８の間に、基板Ｗの
熱処理工程を入れることもできる。例えば、２００〜５
００℃、好ましくは４００℃程度の熱処理により、銅膜
の電気特性を向上させることができる。例えば、図１に
示す洗浄・乾燥処理部１２の機能をベベルエッチ・薬液
洗浄部１６に持たせることにより、洗浄・乾燥処理部１
２の代わりに、アニール処理部（熱処理部）を設けるこ
ともできる。

【００８０】次に、図２１を参照して、本発明の他のめ
っき方法について説明する。この例は、図１に示す４基
のめっき処理部２２を全て銅埋込み用に使用して、前述
のようなシード層の薄肉部の補強を行うことなく、めっ
き処理部２２による銅の埋込みを行うようにしたもので
ある。

【００８１】ここで、このめっき処理部２２にあって
は、その銅めっき液４５（図３参照）として、２価の銅
イオン、錯化剤及びｐＨ調整剤とを有し、更に銅の埋込
み性を向上させるため、例えばチアゾール系の添加剤を
添加しためっき液を使用している。その他の条件は、第
１の実施の形態の第１のめっき処理部２２ａに使用され
た銅めっき液（第１のめっき液）とほぼ同様である。

【００８２】先ず、表面にシード層７（図３９（ａ）参
照）を形成した基板Ｗをロード・アンロード部１０から
第１搬送装置２４で一枚ずつ取り出し、第１基板ステー
ジ１４及び第２基板ステージ１８を経由して一つのめっ
き処理部２２に搬入する（ステップ１）。

【００８３】次に、このめっき処理部２２でめっき処理
を行って、銅の埋込みを行う（ステップ２）。つまり、
この銅めっき液は、第１の実施の形態の第１のめっき処
理部２２ａに使用された第１のめっき液と同様に分極が
高く、これによって、析出電位を上昇させ、電着性の均
一性を向上させて、通常の硫酸銅めっき液では析出が困
難だったシード層の薄い部分にもめっきを析出させ、更
にこのめっきを成長させてボイドのない銅の埋込みが可
能となる。なお、この時のめっき条件等は、第１の実施
の形態の第１段めっき処理とほぼ同様である。

【００８４】次に、めっき処理終了後、必要に応じて、
基板Ｗを水洗部２０に搬送して水洗し（ステップ３）、
しかる後、水洗後の基板Ｗをベベルエッチ・薬液洗浄部
１６に搬送する。そして、このベベルエッチ・薬液洗浄
部１６で銅めっき処理後の基板Ｗを薬液で洗浄するとと
もに、基板Ｗのベベル部に薄く形成された銅薄膜等をエ
ッチング除去して（ステップ４）、基板を洗浄・乾燥処
理部１２に搬送する。そして、この洗浄・乾燥処理部１
２で基板Ｗの洗浄・乾燥処理を行い（ステップ５）、し
かる後、この基板を第１搬送装置２４でロード・アンロ
ード部１０のカセットに戻す（ステップ６）。図２１に
示す洗浄・乾燥処理（ステップ５）とアンロード（ステ
ップ６）との間にアニール処理工程を入れることができ
る。

【００８５】次に、本発明の実施例について説明する。
先ず、表１に示す錯体浴組成１〜４からなる銅めっき液
と、表２に示す硫酸銅浴組成１，２からなる銅めっき液
を作成した。この錯体浴１〜３と硫酸銅浴１の電流・電
圧曲線を図２２に示す。これにより、錯体浴１〜３の方
が硫酸銅浴１よりも分極が高いことが判る。

【００８６】

【表１】

【００８７】

【表２】

【００８８】（実施例１）錯体浴組成１の銅めっき液を
第１の実施の形態の第１のめっき処理部２２ａの銅めっ
き液に使用し、電流密度０.５Ａ／ｄｍ^２ 、めっき時
間２５秒の第１段めっき処理（シード層補強）を行い、
しかる後、硫酸銅浴組成１の銅めっき液を第２のめっき
処理部２２ｂの銅めっき液に使用し、電流密度２.５Ａ
／ｄｍ^２、めっき時間２分の第２段めっき処理（銅の埋
込み）を行った。

【００８９】（実施例２）錯体浴組成２の銅めっき液を
第２の実施の形態のめっき処理部２２の銅めっき液に使
用し、電流密度１Ａ／ｄｍ^２ 、めっき時間５分のめっ
き処理（銅の埋込み）を行った。

【００９０】（実施例３）錯体浴組成３の銅めっき液を
第１の実施の形態の第１のめっき処理部２２ａの銅めっ
き液に使用し、電流密度０.５Ａ／ｄｍ^２ 、めっき時
間２５秒の第１段めっき処理（シード層補強）を行い、
しかる後、硫酸銅浴組成１の銅めっき液を第２のめっき
処理部２２ｂの銅めっき液に使用し、電流密度２.５Ａ
／ｄｍ^２、めっき時間２分の第２段めっき処理（銅の埋
込み）を行った。

【００９１】（実施例４）錯体浴組成４の銅めっき液を
第２の実施の形態のめっき処理部２２の銅めっき液に使
用し、電流密度１Ａ／ｄｍ^２ 、めっき時間５分のめっ
き処理（銅の埋込み）を行った。

【００９２】（比較例１）硫酸銅浴組成１の銅めっき液
を使用し、電流密度２.５Ａ／ｄｍ^２ 、めっき時間２
分のめっき処理（銅の埋込み）を行った。

【００９３】（比較例２）硫酸銅浴組成２の銅めっき液
を使用し、電流密度２.５Ａ／ｄｍ^２ 、めっき時間２
分のめっき処理（銅の埋込み）を行った。

【００９４】これらの実施例１〜４及び比較例１及び２
によって微細窪みに埋込んだ銅の欠陥の有無をＳＥＭ観
察した。ここで、電析不良有りとは、図２３（ａ）に示
すように、溝の底部に銅が析出しない空洞部Ｖ_１を有す
る状態を指し、シームボイド有りとは、図２３（ｂ）に
示すように、銅の内部に細長いボイドＶ_２を有する状態
を指し、粒状のボイド有りとは、図２３（ｃ）に示すよ
うに、銅の内部に粒状のボイドＶ_３を有する状態を指
す。

【００９５】

【表３】 これにより、実施例１〜４にあっては、電析不良やボイ
ドのない銅の埋込みを行えることが判る。

【００９６】次に、表４に示す錯体浴組成１〜４からな
る銅めっき液と、表５に示す硫酸銅浴組成１，２からな
る銅めっき液を作成し、前記実施例１〜４及び比較例
１，２と同様にめっき処理を施したところ、前記とほぼ
同様な結果が得られた。

【００９７】

【表４】

【００９８】

【表５】

【００９９】以上説明したように、本発明によれば、銅
めっき液中に錯化剤を有することで、めっき浴としての
分極を大きくして、シード層の薄い部分の補強や高アス
ペクト比のトレンチやホール等の微細窪みの奥までの銅
の均一な埋込みが可能となり、しかも析出するめっきは
緻密であり、マイクロボイドの危険も回避できる。更
に、アルカリ金属及びシアンを含んでいないので、アル
カリ金属の存在に伴うエレクトロマイグレーションによ
って半導体を劣化させてしまうことを防止するととも
に、シアンの使用を避けるとの要請に応えることができ
る。

【０１００】図２４は、本発明に係るめっき装置の他の
実施の形態の平面配置構成を示す図である。このめっき
装置は、第１搬送装置６００及び第２搬送装置６０２を
囲むように、ロード・アンロード部６０４、２基のアニ
ール処理部６０６及び洗浄処理部６０８が配置され、更
に、洗浄処理部６０８、４基のめっき処理部６１０に囲
まれた位置に第３搬送装置６１２が配置された構成であ
る。更に、各めっき処理部６１０にめっき液を供給する
薬液供給システム６１４が備えられている。

【０１０１】このめっき装置で、図２４に示すように、
シード層の補強と銅の埋込みの２段のめっき処理を行う
ときには、４基のめっき処理部６１０の少なくとも１基
を、前述と同様な組成の第１のめっき液を使用した第１
段めっき処理用のめっき処理部として、他をめっき処理
部６１０を、前述と同様な組成の第２のめっき液を使用
した第２段めっき処理用のめっき処理部として使用す
る。

【０１０２】図２５は、例えば半導体基板Ｗの表面にめ
っきを施して銅膜からなる配線を形成し、更にこの配線
の表面を無電解めっきによる保護層で選択的に覆って保
護するようにした工程の一例を示す。

【０１０３】半導体基板Ｗには、図２５（ａ）に示すよ
うに、半導体素子が形成された基板１００の導電層１０
１ａの上にＳｉＯ_２からなる絶縁膜１０２が堆積され、
リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール
１０３と配線用の溝１０４が形成され、その上にＴａＮ
等からなるバリア層１０５、更にその上にシード層１０
７が形成される。なおシード層１０７は、スパッタなど
によって予め形成しておき、このシード層１０７の上に
これを補強するために補強シード層を形成してもよい。
そして図２５（ｂ）に示すように、半導体基板Ｗ表面に
銅めっきを施すことで、半導体基板Ｗのコンタクトホー
ル１０３及び溝１０４内に銅を充填させると共に、絶縁
膜２上に銅膜１０６を堆積させる。その後化学的機械的
研磨（ＣＭＰ）により絶縁膜１０２上の銅膜１０６を除
去して、図２５（ｃ）に示すように、コンタクトホール
１０３および配線用の溝１０４に充填した銅膜１０６の
表面と絶縁膜１０２の表面とを略同一平面にし、露出す
る金属表面の上に配線保護膜１０８を形成する。

【０１０４】図２６は、無電解めっき装置の概略構成図
である。図２６に示すように、この無電解めっき装置
は、被めっき部材である半導体基板Ｗをその上面に保持
する保持手段３１１と、保持手段３１１に保持された半
導体基板Ｗの被めっき面（上面）の周縁部に当接して該
周縁部をシールする堰部材３３１と、堰部材３３１でそ
の周縁部をシールされた半導体基板Ｗの被めっき面にめ
っき液を供給するシャワーヘッド３４１を備えている。
無電解めっき装置は、さらに保持手段３１１の上部外周
近傍に設置されて半導体基板Ｗの被めっき面に洗浄液を
供給する洗浄液供給手段３５１と、排出された洗浄液等
（めっき廃液）を回収する回収容器３６１と、半導体基
板Ｗ上に保持しためっき液を吸引して回収するめっき液
回収ノズル（図示せず）と、前記保持手段３１１を回転
駆動するモータ（回転駆動手段）Ｍとを備えている。

【０１０５】保持手段３１１の上方には、ランプヒータ
３１７が設置され、このランプヒータ３１７とシャワー
ヘッド３４１とは一体化されている。即ち、例えば複数
の半径の異なるリング状のランプヒータ３１７を同心円
状に設置し、ランプヒータ３１７の間の隙間からシャワ
ーヘッド３４１の多数のノズル３４３をリング状に開口
させている。なおランプヒータ３１７としては、渦巻状
の一本のランプヒータで構成しても良いし、さらにそれ
以外の各種構造・配置のランプヒータで構成しても良
い。

【０１０６】保持手段３１１は、その上面に半導体基板
Ｗを載置して保持する基板載置部３１３を設けている。
この基板載置部３１３は半導体基板Ｗを載置して固定す
るように構成されており、具体的には半導体基板Ｗをそ
の裏面側に真空吸着する図示しない真空吸着機構を設置
している。この保持手段３１１はモータＭによって回転
駆動されると共に、図示しない昇降手段によって上下動
できるように構成されている。堰部材３３１は筒状であ
ってその下部に半導体基板Ｗの外周縁をシールするシー
ル部３３３を設け、図示の位置から上下動しないように
設置されている。

【０１０７】シャワーヘッド３４１は、多数のノズル３
４３を設けることで、供給されためっき液をシャワー状
に分散して半導体基板Ｗの被めっき面に略均一に供給す
る構造のものである。また洗浄液供給手段３５１は、ノ
ズル３５３から洗浄液を噴出する構造である。めっき液
回収ノズルは上下動且つ旋回できるように構成されてい
て、その先端が半導体基板Ｗの上面周縁部の堰部材３３
１の内側に下降して半導体基板Ｗ上のめっき液を吸引す
るように構成されている。

【０１０８】次にこの無電解めっき装置の動作を説明す
る。まず図示の状態よりも保持手段３１１を下降して堰
部材３３１との間に所定寸法の隙間を設け、基板載置部
３１３に半導体基板Ｗを載置・固定する。半導体基板Ｗ
としては例えばφ８インチウエハを用いる。

【０１０９】次に、保持手段３１１を上昇して図示のよ
うにその上面を堰部材３３１の下面に当接し、同時に半
導体基板Ｗの外周を堰部材３３１のシール部３３３によ
ってシールする。このとき半導体基板Ｗの表面は開放さ
れた状態となっている。

【０１１０】次に、ランプヒータ３１７によって半導体
基板Ｗ自体を直接加熱して、例えば半導体基板Ｗの温度
を７０℃にし（めっき終了まで維持する）、次にシャワ
ーヘッド３４１から例えば５０℃に加熱されためっき液
を噴出して半導体基板Ｗの表面の略全体にめっき液を降
り注ぐ。半導体基板Ｗの表面は堰部材３３１によって囲
まれているので、注入しためっき液は全て半導体基板Ｗ
の表面に保持される。供給するめっき液の量は半導体基
板Ｗの表面に１ｍｍ厚（約３０ｍｌ）となる程度の少量
で良い。なお被めっき面上に保持するめっき液の深さは
１０ｍｍ以下であれば良く、１ｍｍでも良い。このよう
に供給するめっき液が少量で済めばこれを加熱する加熱
装置も小型のもので良くなる。そしてこの例において
は、半導体基板Ｗの温度を７０℃に、めっき液の温度を
５０℃に加熱しているので、半導体基板Ｗの被めっき面
は例えば６０℃になり、めっき反応に最適な温度にでき
る。このように半導体基板Ｗ自体を加熱するように構成
すれば、加熱するのに大きな消費電力の必要なめっき液
の温度をそれほど高く昇温しなくても良いので、消費電
力の低減化やめっき液の材質変化の防止が図れ、好適で
ある。なお半導体基板Ｗ自体の加熱のための消費電力は
小さくて良く、また半導体基板Ｗ上に溜めるめっき液の
量は少ないので、ランプヒータ３１７による半導体基板
Ｗの保温は容易に行え、ランプヒータ３１７の容量は小
さくて良く装置のコンパクト化を図ることができる。ま
た半導体基板Ｗ自体を直接冷却する手段をも用いれば、
めっき中に加熱・冷却を切替えてめっき条件を変化させ
ることも可能である。半導体基板上に保持されているめ
っき液は少量なので、感度良く温度制御が行える。

【０１１１】そして、モータＭによって半導体基板Ｗを
瞬時回転させて被めっき面の均一な液濡れを行い、その
後半導体基板Ｗを静止した状態で被めっき面のめっきを
行う。具体的には、半導体基板Ｗを１ｓｅｃだけ１００
ｒｐｍ以下で回転して半導体基板Ｗの被めっき面上をめ
っき液で均一に濡らし、その後静止させて１ｍｉｎ間無
電解めっきを行わせる。なお瞬時回転時間は長くても１
０ｓｅｃ以下とする。

【０１１２】上記めっき処理が完了した後、めっき液回
収ノズル３６５の先端を半導体基板Ｗの表面周縁部の堰
部材３３１内側近傍に下降し、めっき液を吸い込む。こ
のとき半導体基板Ｗを例えば１００ｒｐｍ以下の回転速
度で回転させれば、半導体基板Ｗ上に残っためっき液を
遠心力で半導体基板Ｗの周縁部の堰部材３３１の部分に
集めることができ、効率良く、且つ高い回収率でめっき
液の回収ができる。そして保持手段３１１を下降させて
半導体基板Ｗを堰部材３３１から離し、半導体基板Ｗの
回転を開始して洗浄液供給手段３５１のノズル３５３か
ら洗浄液（超純水）を半導体基板Ｗの被めっき面に噴射
して被めっき面を冷却すると同時に希釈化・洗浄するこ
とで無電解めっき反応を停止させる。このときノズル３
５３から噴射される洗浄液を堰部材３３１にも当てるこ
とで堰部材３３１の洗浄を同時に行っても良い。このと
きのめっき廃液は、回収容器３６１に回収され、廃棄さ
れる。

【０１１３】なお、一度使用しためっき液は再利用せ
ず、使い捨てとする。前述のようにこの装置において使
用されるめっき液の量は従来に比べて非常に少なくでき
るので、再利用しなくても廃棄するめっき液の量は少な
い。なお場合によってはめっき液回収ノズルを設置しな
いで、使用後のめっき液も洗浄液と共にめっき廃液とし
て回収容器３６１に回収しても良い。そしてモータＭに
よって半導体基板Ｗを高速回転してスピン乾燥した後、
保持手段３１１から取り出す。

【０１１４】図２７は 研磨処理部を一体に組み込ん
で、めっき直後に基板表面の研磨が行えるようにした、
本発明の他の実施の形態のめっき装置を示す全体配置図
である。このめっき装置は、ロード・アンロードを行う
基板カセット５３１，５３１と、めっき処理部５１２
と、基板を洗浄する洗浄処理部５３５，５３５と、２台
の搬送装置５１４ａ，５１４ｂと、反転機５３９，５３
９と、研磨処理部５４１，５４１と、スピン乾燥機５３
４とを備えている。

【０１１５】そして基板Ｗの流れは、例えば以下の通り
である。まず搬送装置５１４ａが何れかのロード用の基
板カセット５３１から処理前の基板Ｗを取り出し、めっ
き処理部５１２でめっき処理を施した後、搬送装置５１
４ａが基板Ｗを何れかの反転機５３９に受け渡しその被
処理面を下向きにした後、もう一方の搬送装置５１４ｂ
に受け渡される。搬送装置５１４ｂは基板Ｗを何れかの
研磨処理部５４１に受け渡し、所定の研磨がなされる。
研磨後の基板Ｗは搬送装置５１４ｂによって取り出さ
れ、何れかの洗浄処理部５３５で洗浄された後、他方の
研磨処理部５４１に受け渡されて再度研磨された後、搬
送装置５１４ｂにより他方の洗浄処理部５３５に搬送さ
れて洗浄が行われる。洗浄後の基板Ｗは、搬送装置５１
４ｂにより他方の反転機５３９に搬送されて被処理面が
上向きに反転された後、搬送装置５１４ａによりスピン
乾燥機５３４に搬送されてスピン乾燥され、その後再び
搬送装置５１４ａによりアンロード用の基板カセット５
３１に収納される。

【０１１６】図２８は、この種の研磨処理部５４１の一
例を示す。図２８に示すように、トップリングトップリ
ング１０−２は半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル１
０−１の研磨面１０−１ａに半導体基板Ｗの銅膜６（図
３９（ｂ）参照）形成面を当接押圧して研磨を行う。こ
の研磨では、基本的に銅膜６が研磨される。研磨テーブ
ル１０−１の研磨面１０−１ａはＩＣ１０００のような
発泡ポリウレタン、又は砥粒を固定若しくは含浸させた
もので構成されている。該研磨面１０−１ａと半導体基
板Ｗの相対運動で銅膜６が研磨される。

【０１１７】上記銅膜６の研磨を行うための砥粒、若し
くはスラリーノズル１０−６から噴出されるスラリーに
は、シリカ、アルミナ、セリア等が用いられ、酸化剤と
しては、過酸化水素等の主に酸性の材料でＣｕを酸化さ
せる材料を用いる。研磨テーブル１０−１内には温度を
所定の値に保つため、所定の温度に調温された液体を通
すための調温流体配管５４２が接続されている。スラリ
ーの温度も所定の値に保つため、スラリーノズル１０−
６には温度調整器１０−７が設けられている。また図示
は省略するが、ドレッシング時の水等は、調温されてい
る。このように、研磨テーブル１０−１の温度、スラリ
ーの温度、ドレッシング時の水等の温度を所定の値に保
つことにより、化学反応速度を一定に保っている。特に
研磨テーブル１０−１には、熱伝導性のよいアルミナや
ＳｉＣ等のセラミックが用いられる。

【０１１８】研磨の終点の検知には、研磨テーブル１０
−１に設けた渦電流式の膜厚測定機１０−８若しくは光
学式の膜厚測定機１０−９を使用し、銅膜６の膜厚測
定、若しくはバリア膜５（図３９（ａ）参照）の表面検
知を行って、銅膜６の膜厚が０又はバリア膜５の表面を
検知したら研磨（一次研磨）の終点とする。

【０１１９】図２９は、上記研磨テーブル１０−１の研
磨面１０−１ａを洗浄する洗浄機構の構成を示す図であ
る。図示するように研磨テーブル１０−１の上方には、
純水と窒素ガスを混合して噴射する混合噴射ノズル１０
−１１ａ〜１０−１１ｄが複数個（図では４個）配置さ
れている。各混合噴射ノズル１０−１１ａ〜１０−１１
ｄには、窒素ガス供給源２１４からレギュレータ２１６
で圧力調整された窒素ガスがエアオペレータバルブ２１
８を通して供給されると共に、純水供給源２１５からレ
ギュレータ２１７で圧力を調整された純水がエアオペレ
ータバルブ２１９を通して供給される。

【０１２０】混合された気体と液体は、噴射ノズルによ
ってそれぞれ液体及び／又は気体の圧力、温度、ノズル
形状などのパラメータを変更することによって、供給す
る液体はノズル噴射によりそれぞれ、液体微粒子化、
液体が凝固した微粒子固体化、液体が蒸発して気体
化（これら、、をここでは霧状化又はアトマイズ
と呼ぶ）され、液体由来成分と気体成分の混合体が研磨
テーブル１０−１の研磨面に向けて所定の方向性を有し
て噴射される。

【０１２１】研磨面１０−１ａとドレッサー１０−１０
の相対運動により、研磨面１０−１ａを再生（ドレッシ
ング）するとき、混合噴射ノズル１０−１１ａ〜１１−
１１ｄから純水と窒素ガスの混合流体を研磨面１０−１
ａに噴射して洗浄する。窒素ガスの圧力と純水の圧力は
独立して設定できるようになっている。この例では純水
ライン、窒素ラインともにマニュアル駆動のレギュレー
タを用いているが、外部信号に基づいて設定圧力を変更
できるレギュレータをそれぞれ用いても良い。上記洗浄
機構を用いて研磨面１０−１ａを洗浄した結果、５〜２
０秒の洗浄を行なうことにより、上記研磨工程で研磨面
上に残ったスラリーを除去することができた。

【０１２２】図３０は搬送装置５１４ａ（５１４ｂ）を
示す斜視図である。また図３１は前記搬送装置５１４ａ
（５１４ｂ）に取付けられるロボットハンド５４０を示
す図であり、図３１（ａ）は平面図、図３１（ｂ）は側
断面図である。

【０１２３】搬送装置５１４ａ（５１４ｂ）は、ロボッ
ト本体５４３の上部に取付けた二本のアーム５４２，５
４２の先端にそれぞれロボットハンド５４０，５４０を
取付けて構成されている。両ロボットハンド５４０，５
４０は上下に所定の隙間を介して重なるように配置され
ている。そしてアーム５４２が伸縮することによりロボ
ットハンド５４０上に載置した基板Ｗの前後方向への搬
送を可能にしている。またロボット本体５４３が回転及
び／又は移動することで任意の方向への基板Ｗの搬送が
可能となる。

【０１２４】そして図３１に示すようにロボットハンド
５４０には、直接４つの膜厚センサＳが埋め込まれて取
付けられている。膜厚センサＳとしては、膜厚を測定で
きるものであれば何でも良いが、好ましくは渦電流セン
サを用いる。なお渦電流センサは渦電流を発生させ、基
板Ｗを導通して帰ってきた電流の周波数や損失を検出す
ることにより膜厚を測定するものであり、非接触で用い
られる。更に膜厚センサＳとしては、光学的センサも好
適である。光学的センサは、試料に光を照射し、反射す
る光の情報から膜厚を直接的に測定することができるも
のであり、金属膜だけでなく酸化膜などの絶縁膜の膜厚
測定も可能である。膜厚センサＳの設置位置は図示のも
のに限定されず、測定したい箇所に任意の個数を取付け
る。またロボットハンド５４０には乾いた基板Ｗを扱う
ドライハンドと、濡れた基板Ｗを扱うウエットハンドが
あり、どちらにも前記膜厚センサＳを取付けることが可
能である。しかしながらこの搬送装置５１４ａ（５１４
ｂ）を、めっき処理部５１２に用いた場合は、シード層
のみ付いた状態で最初に基板Ｗの膜厚を測定する必要が
あるため、基板カセット５３１，５３１に基板Ｗが置か
れているドライの状態で最初に基板Ｗの厚さを測定する
必要がある。したがってドライハンドに膜厚センサＳを
取付けるのが望ましい。

【０１２５】膜厚センサＳで検出された信号は演算装置
に送られ、処理前の基板Ｗの膜厚と処理後の基板Ｗの膜
厚との差分を取る等の演算が行われ、膜厚を所定のディ
スプレイ等に出力する。演算方法は膜厚を適切に測定で
きればいかなる方法でも良い。

【０１２６】この例によれば、ロボットハンド５４０が
基板Ｗを搬送している最中に膜厚を測定できるため、基
板処理工程中にわざわざ別途膜厚測定工程を設ける必要
がなく、スループットを低下させることがないという効
果が得られる。またロボットハンド５４０に膜厚センサ
Ｓを取付けるため、省スペース化が実現できる。

【０１２７】図３２は、搬送装置５１４ａ（５１４ｂ）
の他の例を示す図であり、図３２（ａ）は概略平面図、
図３２（ｂ）は概略側面図である。図３２に示すよう
に、この例では、ロボット本体５４３のロボットハンド
５４０の下部に５つの膜厚センサＳを取付けている。即
ちロボットハンド５４０の下部に基板Ｗと略同サイズの
円盤状の取付け板５４５を設置し、この取付け板５４５
の上に５つの膜厚センサＳを取付ける。取付け板５４５
はロボット本体５４３に固定されているが、他の部材に
固定しても良い。

【０１２８】各膜厚センサＳは、図示するようにロボッ
トハンド５４０と重ならない位置に取付けることによ
り、基板Ｗ全体の広い領域での膜厚の測定が可能とな
る。またこの例によっても省スペース化を実現でき、極
めて短時間で測定が可能となる。そして取付け板５４５
の上で基板Ｗを停止させることで基板Ｗの固定点におけ
る膜厚の測定が可能になり、一方、停止させないで取付
け板５４５上をロボットハンド５４０上の基板Ｗが通過
するようにすればスキャンしながらの測定も可能にな
る。また膜厚センサＳはロボット本体５４３と一体であ
るため、安定した検出が行える。また、取付け板５４５
をロボット本体５４３でなく他の部材に固定した場合
は、ロボットハンドの高さを任意に変えることで、基板
Ｗとセンサ間の距離を調整することも可能となる。

【０１２９】検出後の信号が演算装置に送られて膜厚が
測定される点は、図３１に示す例と同様である。但し、
スキャンしながらの測定の場合は、測定点が時間の経過
と共に変化するため、移動平均法により演算して膜厚を
算出するのが好適である。

【０１３０】図３３は、膜厚測定の他の例を示す図であ
り、図３３（ａ）は概略平面図、図３３（ｂ）は概略側
面図である。図３３に示す例では、図２７に示すめっき
処理部５１２の基板Ｗの出入口部５５０の上部に３つの
膜厚センサＳを設置している。即ち、出入口部５５０の
上部に長方形状の取付け板５５１を設置し、この取付け
板５５１の下面に３つの膜厚センサＳを直列に取付け
る。取付け板５５１はめっき処理部５１２に固定しても
良いし、搬送装置５１４ａ（５１４ｂ）のロボット本体
５４３に固定しても良いし、それ以外の部材に固定して
も良い。

【０１３１】このように構成すれば、めっき処理部５１
２に基板Ｗを入れる際と出す際の何れにおいても膜厚セ
ンサＳが基板Ｗを走査することとなるため、スキャン測
定に適している。またこの例のように膜厚センサＳを何
列か設置することにより、基板Ｗ上の任意の点をスキャ
ン測定することができる。また、ロボットハンドの高さ
を任意に変えることで、基板Ｗとセンサ間の距離を調整
することが可能である。この膜厚センサＳで検出された
信号は、演算装置により演算されるが、スキャン測定の
場合は、移動平均法による演算処理が好適である。

【０１３２】また、図２７に示す研磨処理部５４１の基
板Ｗを出し入れする出入口付近に前記膜厚センサＳを設
置しても良い。なお研磨処理部５４１に基板Ｗを搬入す
るときは基板Ｗの被処理面は下向きであるため、研磨処
理部５４１の基板Ｗを搬入する場所の下側に膜厚センサ
Ｓを設置することが好ましい（もちろん上側に膜厚セン
サＳを設置しても膜厚測定は可能であるが、下側の方が
より精度がよくなる）。研磨が終了した後は、基板Ｗの
被処理面がウエットな状態であるが、ウエットな状態で
も測定可能な膜厚センサを用いれば前記めっき処理部５
１２の場合と同様な方法で膜厚が測定できる。

【０１３３】図３４は、反転機５３９付近の概略正面
図、図３５は反転アーム５５３，５５３部分の平面図で
ある。図３４及び図３５に示すように、反転アーム５５
３，５５３は、基板Ｗの外周をその左右両側から挟み込
んで保持し、これを１８０°回動することで反転させる
機能を有する。そしてこの反転アーム５５３，５５３の
直下に円形の取付け台５５５を設置し、取付け台５５５
上に複数の膜厚センサＳを設置する。取付台５５５は駆
動機構５５７によって上下動自在に構成されている。

【０１３４】そして基板Ｗの反転時には、取付け台５５
５は基板Ｗの下方の実線の位置に待機しており、反転の
前又は後に取付け台５５５を点線で示す位置まで上昇し
て膜厚センサＳを反転アーム５５３，５５３に把持した
基板Ｗに接近させ、その膜厚を測定する。

【０１３５】この例によれば、搬送ロボット５１４のア
ーム５４２などの制約がないため、取付け台５５５上の
任意の位置に膜厚センサＳを設置できる。また、取付け
台５５５は上下動自在な構成となっているので、測定時
に基板Ｗとセンサ間の距離を調整することも可能であ
る。また、検出目的に応じた複数の種類のセンサを取付
けて、各々のセンサの測定毎に基板Ｗと各センサ間の距
離を変更することも可能である。但し取付け台５５５が
上下動するため、測定時間をやや要することになる。

【０１３６】図３６は、本発明の更に他の実施の形態の
めっき装置の全体配置図を示す。このめっき装置は、ロ
ード・アンロード部９１５、各一対のアニール処理部９
８６、ベベルエッチ・薬液洗浄部９８４及び基板ステー
ジ９７８、基板を１８０゜反転させる機能を有する水洗
部９８２、図１９に示す第１段めっき処理（シード層補
強）を行う１基の第１のめっき処理部９８０及び図１９
に示す第２段めっき処理（銅の埋込み）を行う３基の第
２のめっき処理部９７２を有している。更に、ロード・
アンロード部９１５、アニール処理部９８６、ベベルエ
ッチ・薬液洗浄部９８４及び基板ステージ９７８の間で
基板の受渡しを行う走行自在な第１搬送装置９１７と、
基板ステージ９７８、水洗部９８２、第１のめっき処理
部９８０及び第２のめっき処理部９７２の間で基板の受
渡しを行う走行自在な第２搬送装置９２４が備えられて
いる。

【０１３７】この例では、先ず、表面にシード層７（図
３９（ａ）参照）を形成した基板Ｗをロード・アンロー
ド部９１５から第１搬送装置９１７で一枚ずつ取り出
し、基板ステージ９７８を経由して第１のめっき処理部
９８０に搬入する。

【０１３８】次に、この第１のめっき処理部９８０で、
基板の表面に第１のめっき液を使用した第１段めっき処
理を施して、シード層７の薄肉部を補強しこれを完全な
ものとする。この第１のめっき液は、前述のように、例
えばピロリン酸銅をベースとして、これにピロリン酸等
の錯化剤を添加することで、通常の硫酸銅めっき液より
も分極を高めたものである。そして、第１段めっき処理
終了後、必要に応じて、基板Ｗを水洗部９８２に搬送し
て水洗し、しかる後、水洗後の基板Ｗを第２のめっき処
理部９７２の一つに搬送する。

【０１３９】次に、この第２のめっき処理部９７２で、
基板Ｗの表面に第２のめっき液を使用した第２段めっき
処理を施して、銅の埋込みを行う。この時、第１段めっ
き処理を施すことで、シード層７（図３９（ａ）及び図
４０（ａ）参照）が補強されて薄肉部のない完全なもの
となっているため、シード層７に均一に電流が流れて、
ボイドのない銅の埋込みが可能となる。この第２のめっ
き液は、前述のように、例えば硫酸の濃度が低いレベリ
ング性の優れた組成を有するものである。

【０１４０】第２段めっき処理終了後、必要に応じて、
基板Ｗを水洗部９８２に搬送して水洗し、しかる後、水
洗後の基板Ｗをベベルエッチ・薬液洗浄部９８４に搬送
する。そして、このベベルエッチ・薬液洗浄部９８４
で、銅めっき処理後の基板Ｗを薬液で洗浄するととも
に、基板Ｗのベベル部に薄く形成された銅薄膜等をエッ
チング除去し、更に純水でリンスした後、高速回転させ
てスピンドライする。しかる後、このスピンドライ後の
基板をアニールユニット９８６に搬送してアニールし、
アニール終了後に、第１搬送装置９１７でロード・アン
ロード部９１５のカセットに戻す。

【０１４１】図３７は、本発明の更に他の実施の形態の
めっき装置の全体配置図である。このめっき装置は、ロ
ード・アンロード部８００と処理部８０２と備え、半導
ウエハのスループット等を考慮して、この処理部８０２
の中央部に１台の搬送装置８０４を、搬送装置８０４の
周囲に複数のめっき処理部８０６と洗浄・乾燥処理部
（スピン−リンス−ドライユニット）８０８をそれぞれ
配置したものである。この例では、１台の搬送装置８０
４の周りに３台のめっき処理部８０６と３台の洗浄・乾
燥処理部８０８を配置している。なお、洗浄・乾燥処理
部８０６の代わりに、ベベルエッチ・薬液洗浄部を配置
してもよい。めっき処理部８０８は、いわゆるフェィス
アップ型でもよいし、いわゆるフェースダウン型でもよ
い。

【０１４２】図３８は、本発明の更に他の実施の形態の
めっき装置の全体配置図である。このめっき装置は、ロ
ードステーション８２０内に位置して、半導体ウエハ等
の基板Ｗを収納した基板カセット８２２を搭載する２台
のカセットテーブルアニール処理部８３０を有してい
る。また、メインフレーム８３２内に位置して、１対の
洗浄乾燥部８３４、前述の第１段めっき処理を行う１対
の第１のめっき処理部８３６及び前述の第２段めっき処
理を行う２対の第２のめっき処理部８３８とを有してい
る。

【０１４３】そして、ロードステーション８２０内に位
置して、基板カセット８２２、アニール処理部８３０及
び洗浄・乾燥部８３４との間で基板の受渡しを行う第１
搬送装置８４０が、メインフレーム８３２内に位置し
て、洗浄乾燥部８３４、第１のめっき処理部８３６及び
第２のめっき処理部８３８との間で基板の受渡しを行う
第２の搬送装置８４２がそれぞれ配置されている。

【０１４４】図４１は、本発明の更に他の実施の形態の
めっき装置の全体配置図である。このめっき装置は、ロ
ード・アンロード部９００、アニール処理部９０３、２
基のベベルエッチ・薬液洗浄部９０２、基板ステージ９
０６及び３基のめっき処理部９０１とを有している。更
に、ロード・アンロード部９００と基板ステージ９０６
との間で基板の受渡しを行う走行自在な第１搬送装置９
０４と、基板ステージ９０６、アニール処理部９０３、
ベベルエッチ・薬液洗浄部９０２及びめっき処理部９０
１との間で基板の受渡しを行う走行自在な第２搬送装置
９０５が備えられている。

【０１４５】図４２は、本発明の更に他の実施の形態の
めっき装置の全体配置図である。このめっき装置は、ロ
ード・アンロード部１０００、ベベルエッチ・薬液洗浄
部１０５０、洗浄・乾燥処理部（スピン−リンス−ドラ
イユニット）１０４０、図１９に示す第１段めっき処理
（シード層補強）を行う１基の第１のめっき処理部１０
１０、図１９に示す第２段めっき処理（銅の埋込み）を
行う２基の第２のめっき処理部１０２０及び第１のめっ
き処理と第２のめっき処理との間で基板を洗浄する洗浄
部１０３０を有している。更に、ロード・アンロード部
１０００、ベベルエッチ・薬液洗浄部１０５０及び洗浄
・乾燥処理部１０４０との間で基板の受渡しを行う第１
搬送装置１０６０と、ベベルエッチ・薬液洗浄部１０５
０、洗浄・乾燥処理部１０４０、第１のめっき処理部１
０１０、第２のめっき処理部１０２０及び洗浄部１０３
０との間で基板の受渡しを行う走行自在な第２搬送装置
１０７０が備えられている。

【０１４６】なお、図４１に示すめっき処理部９０１、
図４２に示すめっき処理部１０１０，１０２０を、適
宜、前記第１のめっき液を用いて第１段めっき処理を行
う第１のめっき処理部、第２のめっき液を用いて第２段
めっき処理を行う第２のめっき処理部として使用しても
よいことは勿論である。

【０１４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
銅めっき液中に錯化剤を有することで、めっき浴として
の分極を大きくして、シード層の薄い部分の補強や高ア
スペクト比のトレンチやホール等の微細窪みの奥までの
銅の均一な埋込みが可能となり、しかも析出するめっき
は緻密であり、マイクロボイドの危険も回避できる。更
に、アルカリ金属及びシアンを含んでいないので、アル
カリ金属の存在に伴うエレクトロマイグレーションによ
って半導体を劣化させてしまうことを防止するととも
に、シアンの使用を避けるとの要請に応えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のめっき装置の平面配置図
である。

【図２】図１に示すめっき装置内の気体の流れを示す説
明図である。

【図３】図１に使用されているめっき処理部のめっき処
理時における全体を示す断面図である。

【図４】めっき処理部のめっき液の流れの状態を示すめ
っき液フロー図である。

【図５】めっき処理部の非めっき時（基板受渡し時）に
おける全体を示す断面図である。

【図６】めっき処理部のメンテナンス時における全体を
示す断面図である。

【図７】めっき処理部の基板の受渡し時におけるハウジ
ング、押圧リング及び基板の関係の説明に付する断面図
である。

【図８】図７の一部拡大図である。

【図９】めっき処理部のめっき処理時及び非めっき時に
おけるめっき液の流れの説明に付する図である。

【図１０】めっき処理部の芯出し機構の拡大断面図であ
る。

【図１１】めっき処理部の給電接点（プローブ）を示す
断面図である。

【図１２】洗浄・乾燥処理部の概略構成例を示す図であ
る。

【図１３】ベベルエッチ・薬液洗浄部の概略構成例を示
す図である。

【図１４】洗浄・乾燥処理部及びベベルエッチ・薬液洗
浄部に使用される回転保持装置を示す側面図である。

【図１５】図１４の平面図である。

【図１６】図１４に示す回転保持装置における円板状部
材を支持するための保持部材の詳細を示す部分断面図で
ある。

【図１７】図１６のＡ−Ａ線に沿って見た図である。

【図１８】搬送装置を示す図で、（ａ）は外観を示す
図、（ｂ）はロボットハンドの平面図、（ｃ）はロボッ
トハンドの断面図である。

【図１９】本発明の実施の形態のめっき方法における処
理の流れを示す図である。

【図２０】２つの異なる分極の銅めっき液における電圧
と電流密度の関係を示すグラフである。

【図２１】本発明の他の実施の形態のめっき方法におけ
る処理の流れを示す図である。

【図２２】実施例における錯体浴１〜３及び硫酸銅浴１
の電流・電圧曲線を示すグラフである。

【図２３】ＳＥＭ観察における電析不良、シームボイド
及び粒状のボイドを模式的に示す図である。

【図２４】本発明のめっき装置の他の例を示す平面配置
図である。

【図２５】めっき工程の他の例を示す模式図である。

【図２６】無電解めっき処理部の概略構成図である。

【図２７】研磨処理部を組込んだめっき装置の平面配置
図である。

【図２８】研磨処理部の概略構成例を示す図である。

【図２９】研磨テーブル洗浄機の概略構成を示す図であ
る。

【図３０】搬送装置を示す斜視図である。

【図３１】搬送装置に取付けられるロボットハンドを示
す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図であ
る。

【図３２】搬送装置の他の例を示す図であり、（ａ）は
概略平面図、（ｂ）は概略側面図である。

【図３３】膜厚測定の更に他の例を示す図であり、
（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図である。

【図３４】反転機付近の概略正面図である。

【図３５】反転アーム部分の平面図である。

【図３６】本発明のめっき装置の更に他の例を示す平面
配置図である。

【図３７】本発明のめっき装置の更に他の例を示す平面
配置図である。

【図３８】本発明のめっき装置の更に他の例を示す平面
配置図である。

【図３９】銅めっき処置によって銅配線を形成する例を
工程順に示す図である。

【図４０】従来例におけるシード層の状態と、それに伴
って生じするボイドを模式的に示す図である。

【図４１】本発明のめっき装置の更に他の例を示す平面
配置図である。

【図４２】本発明のめっき装置の更に他の例を示す平面
配置図である。

【符号の説明】

５ バリア層 ６ 銅膜 ７ シード層 １０ ロード・アンロード部 １２ 洗浄・乾燥処理部 １４ 第１基板ステージ １６ ベベルエッチ・薬液洗浄部 １８ 第２基板ステージ ２０ 水洗部 ２２ めっき処理部 ２２ａ 第１のめっき処理部 ２２ｂ 第２のめっき処理部 ２４，２６，２８ 搬送装置 ４５ めっき液 ４６ めっき処理槽 ４７ ヘッド部 ４８ アノード ４９ めっき室 ５０ めっき槽 ５３ めっき液噴出ノズル ５５ めっき液供給管 ５７，５９，１２０ めっき液排出口 ５８ 堰部材 ６２ 鉛直整流リング ６３ 水平整流リング ７０ ハウジング ７２ 基板保持部 ７５ 空気抜き穴 ７６ カソード電極用接点 ７７ 給電接点 ２４０ 押圧リング ２４２ 押圧ロッド ２４４ シール材 ２７０ 芯出し機構 ２７２ ブラケット ２７４ ブロック ２７６ 枢軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/768 Ｈ０１Ｌ 21/90 Ａ (72)発明者 君塚 亮一 神奈川県藤沢市善行坂１−１−６ 荏原ユ ージライト株式会社中央研究所内 (72)発明者 小林 健 神奈川県藤沢市善行坂１−１−６ 荏原ユ ージライト株式会社中央研究所内 Ｆターム(参考） 4K023 AA19 BA06 BA12 CA09 CB13 DA03 DA07 4K024 AA09 BA15 BB12 CA01 CA02 CA03 CB01 GA16 4M104 BB04 BB32 DD16 DD37 DD52 DD53 DD75 EE09 EE16 FF13 FF16 FF22 HH16 5F033 HH11 HH21 HH32 KK11 KK21 KK32 MM02 MM08 MM12 MM13 NN06 NN07 PP17 PP27 PP28 QQ09 QQ37 QQ48 RR04 XX01 XX10

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２価の銅イオンと錯化剤とを有し、アル
   カリ金属及びシアンを含まない物質からなることを特徴
   とする銅めっき液。
2. 【請求項２】 前記錯化剤が、エチレンジアミン四酢
   酸、エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ'，Ｎ''，Ｎ'''エチレン
   ジニトロテトラプロパン−２オール、ピロリン酸、イミ
   ノ二酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、ジエチレント
   リアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペ
   ンタミン、ジアミノブタン、ヒドロキシエチルエチレン
   ジアミン、エチレンジアミンテトラプロピオン酸、エチ
   レンジアミンテトラメチレンホスホン酸、ジエチレント
   リアミンテトラメチレンホスホン酸、ジエチレントリア
   ミンペンタメチレンホスホン酸またはそれらの誘導体で
   あることを特徴とする請求項１記載の銅めっき液。
3. 【請求項３】 硫酸、塩酸、リン酸、コリン、アンモニ
   アまたは水酸化テトラメチルアンモニウムなどのアルカ
   リ金属及びシアンを含まない物質からなるｐＨ調整剤を
   更に有することを特徴とする請求項１または２記載の銅
   めっき液。
4. 【請求項４】 バリア層及び／またはシード層で覆われ
   た微細窪みを有する基板にめっきを施して該微細窪みに
   金属を充填するめっき方法において、 前記基板を第１のめっき液中に浸漬させて第１段めっき
   処理を行った後、第２のめっき液中に浸漬させて第２段
   めっき処理を行うにあたり、 前記第１のめっき液の分極が前記第２のめっき液の分極
   より大きいことを特徴とするめっき方法。
5. 【請求項５】 バリア層及び／またはシード層で覆われ
   た微細窪みを有する基板に第１段めっき処理を施す第１
   のめっき処理部と、 該第１のめっき処理部のめっき槽に第１のめっき液を供
   給する第１のめっき液供給手段と、 該第１段めっき処理が施された基板に第２段めっき処理
   を施す第２のめっき処理部と、 該第２のめっき処理部のめっき槽に第２のめっき液を供
   給する第２のめっき液供給手段と、 該基板を第１のめっき処理部から第２のめっき処理部に
   搬送する搬送手段とを有し、 前記第１のめっき液の分極が前記第２のめっき液の分極
   より大きいことを特徴とするめっき装置。