JP2003133316A

JP2003133316A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003133316A
Application number: JP2001337851A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Inoue; 裕章井上; Norio Kimura; 憲雄木村
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-08-13
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2003-05-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】埋め込み配線の露出表面を覆って保護する保
護膜の膜厚の不揃いを改善して、多層配線化を図る際
に、層間絶縁膜表面の十分な平坦度を確保できるように
する。また、絶縁膜上に保護膜形成用のめっき材が成膜
されてしまうことを防止する。【解決手段】埋め込み配線構造を有する半導体装置の
露出配線の表面に、無電界めっきで選択的に形成し、表
面を平坦化したＣｏ，Ｃｏ合金，ＮｉまたはＮｉ合金の
少なくとも一種からなる保護膜２０を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特に半導体基板等の表面に設けた配
線用の微細な凹部に銅や銀等の導電体を埋め込んで構成
した埋め込み配線構造を有し、露出配線の表面を保護膜
で保護した半導体装置及びその製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の配線形成プロセスとして、
配線溝及びコンタクトホールに金属（導電体）を埋め込
むようにしたプロセス（いわゆる、ダマシンプロセス）
が使用されつつある。これは、層間絶縁膜に予め形成し
た配線溝やコンタクトホールに、アルミニウム、近年で
は銅や銀等の金属を埋め込んだ後、余分な金属を化学的
機械的研磨（ＣＭＰ）によって除去し平坦化するプロセ
ス技術である。

【０００３】この種の配線にあっては、平坦化後、その
配線の表面が外部に露出しており、この上に埋め込み配
線を形成する際、例えば次工程の層間絶縁膜形成プロセ
スにおけるＳｉＯ_２形成時の表面酸化やビアホールを形
成するためのＳｉＯ_２エッチング等に際して、ビアホー
ル底に露出した配線のエッチャントやレジスト剥離等に
よる表面汚染が懸念されている。このため、従来、表面
が露出している配線形成部のみならず、半導体基板の全
表面にＳｉＮ等の配線保護膜を形成して、配線のエッチ
ャント等による汚染を防止することが一般に行われてい
た。

【０００４】しかしながら、半導体基板の全表面にＳｉ
Ｎ等の保護膜を形成すると、埋め込み配線構造を有する
半導体装置においては、層間絶縁膜の誘電率が上昇して
配線遅延を誘発し、配線材料として銅や銀のような低抵
抗材料を使用したとしても、半導体装置として能力向上
を阻害してしまう。このため、銅や銀等の配線材料との
接合が強く、しかも比抵抗（ρ）が低い、例えば無電解
めっきによって得られるＣｏ（コバルト）またはＣｏ合
金や、Ｎｉ（ニッケル）またはＮｉ合金からなる保護膜
で露出配線の表面を選択的に覆って配線を保護すること
が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
図２８に示すように、ＳｉＯ_２からなる絶縁膜２の内部
に形成した配線用の溝４の内部に、例えば銅を埋め込
み、ＣＭＰ処理を施して銅配線８を形成し、この銅配線
８の露出表面に、無電解めっきにより、例えばＮｉ−Ｂ
からなる保護膜２０を選択的に形成して銅配線８の露出
表面を保護すると、この保護膜２０の膜厚を均一にする
ことが困難で、保護膜２０の膜厚のばらつきが大きくな
る。そして、このように、保護膜２０の膜厚のばらつき
が大きいと、この上に層間絶縁膜を積層して多層配線化
を図る際に、層間絶縁膜表面の十分な平坦度を確保でき
なくなってしまうといった問題があった。また、パター
ン密度によって、パターン密度が大きいところは絶縁膜
上に保護膜がオーバーハングしてしまう部分ができる問
題が生じるケースもあった。

【０００６】更に、パターンの密度や配線幅によって
は、配線以外の絶縁膜上にも保護膜形成用のめっき材が
成膜されてしまうことがあった。例えば、絶縁膜の内部
に形成した配線用の凹部に銅を埋め込んで形成した銅配
線の場合には、銅の元素レベルが一般に高く、特にパタ
ーンが密なところでは、絶縁膜上の銅コンタミネーショ
ンにより、無電解めっきのめっき材がこの絶縁膜上の銅
に反応して、ここに成膜してしまうことがあった。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、埋め込み配線の露出表面を覆って保護する保護膜の
膜厚の不揃いを改善して、多層配線化を図る際に、層間
絶縁膜表面の十分な平坦度を確保できるようにした半導
体装置及びその製造方法を提供することを第１の目的と
する。また、本発明は、絶縁膜上に保護膜形成用のめっ
き材が成膜されてしまうことを防止して、配線の露出表
面のみに保護膜を選択的に形成できるようにした半導体
装置の製造方法及びその方法を提供することを第２の目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、埋め込み配線構造を有する半導体装置の露出配線の
表面に、表面を平坦化した保護膜を選択的に形成したこ
とを特徴とする半導体装置である。このように、膜厚を
均一にすることが一般に困難な保護膜の表面を平坦化す
ることで、保護膜の膜厚の不揃いを改善し、オーバーハ
ング部を除去することができる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、前記保護膜は、
Ｃｏ，Ｃｏ合金，ＮｉまたはＮｉ合金の少なくとも１種
からなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置で
ある。このＣｏ合金としては、例えばＣｏ−Ｗ−Ｐ，Ｃ
ｏ−Ｗ−Ｂ，Ｃｏ−Ｐ，Ｃｏ−Ｂが、Ｎｉ合金として
は、例えばＮｉ−Ｂ，Ｎｉ−Ｐ，Ｎｉ−Ｗ−Ｐ，Ｎｉ−
Ｗ−Ｂが挙げられる。

【００１０】請求項３に記載の発明は、埋め込み配線構
造を有する半導体装置の露出配線の表面に、保護膜を無
電解めっきで選択的に形成し、その後該保護膜が形成さ
れた半導体装置の表面を平坦化することを特徴とする半
導体装置の製造方法である。無電解めっきで保護膜を形
成すると、この膜厚を均一にすることが一般に困難であ
るが、このように、無電解めっき後に保護膜の表面を平
坦化することで、保護膜の膜厚の不揃いを改善し、オー
バーハング部を除去することができる。

【００１１】請求項４に記載の発明は、埋め込み配線構
造を有する半導体装置の表面に設けた配線用の凹部に導
電体をめっきにより埋め込む工程と、該半導体装置の表
面を研磨により平坦にする工程と、該半導体装置の露出
配線の表面に無電解めっきにより保護膜を選択的に形成
する工程と、該半導体装置の表面を研磨により平坦にす
る工程を有することを特徴とする請求項３記載の半導体
装置の製造方法である。この保護膜を形成した後の研磨
は、例えば酸化剤及び砥粒を含むスラリーを供給しつ
つ、不織布、スポンジまたは発泡ウレタン等の樹脂材料
等からなる研磨パッドを用いて行う。これにより、保護
膜は酸化剤によって酸化されスラリーに含まれた砥粒に
よって研磨される。また、予め砥粒を入れた砥石を使用
して研磨してもよい。

【００１２】請求項５に記載の発明は、前記保護膜を無
電解めっきで選択的に形成する前に、めっき前処理を行
うことを特徴とする請求項３または４記載の半導体装置
の製造方法である。このめっき前処理としては、例えば
Ｐｄ触媒を付与する触媒処理や、露出配線の表面に付着
した酸化膜を除去する酸化膜除去処理等が挙げられる。

【００１３】請求項６に記載の発明は、基板の表面に設
けた配線用の凹部に導電体を埋め込む第１のめっきユニ
ットと、この導電体を埋め込んだ基板の表面を研磨する
第１の研磨ユニットと、この研磨後の基板に露出した配
線の表面に保護膜を選択的に形成する第２のめっきユニ
ットと、この保護膜を形成した基板の表面を研磨する第
２の研磨ユニットを備えたことを特徴とする半導体装置
の製造装置である。

【００１４】請求項７に記載の発明は、前記第１のめっ
きユニットは、アノードとカソードを備えた電気めっき
装置であり、前記第２のめっきユニットは、無電解めっ
き装置であることを特徴とする請求項６記載の半導体装
置の製造装置である。

【００１５】請求項８に記載の発明は、基板の表面に設
けた配線用の凹部に導電体をめっきにより埋め込む工程
と、この導電体を埋め込んだ基板の表面を研磨により平
坦にする工程と、この平坦化した基板の表面を該表面の
絶縁膜上の導電体コンタミネーションが５×１０^５ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ^２以下となるように洗浄する工程と、この
洗浄後の基板の露出した配線の表面に無電解めっきによ
り保護膜を選択的に形成する工程とを有することを特徴
とする半導体装置の製造方法である。

【００１６】このように、基板表面の絶縁膜上の導電体
コンタミネーションが５×１０^５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以
下となるように絶縁膜上面を清浄にすることで、この後
の無電解めっきで保護膜を選択的に形成する時に、絶縁
膜上の銅コンタミネーションにより、無電解めっきのめ
っき材がこの絶縁膜上の銅に反応して、ここに成膜して
しまうことを防止することができる。ここで、このよう
に基板表面を洗浄した時には、絶縁膜の上面が清浄な、
例えば５分以内にめっきを行うことが望ましい。

【００１７】請求項９に記載の発明は、基板の表面に設
けた配線用の凹部に導電体を埋め込む第１のめっきユニ
ットと、この導電体を埋め込んだ基板の表面を研磨する
第１の研磨ユニットと、この平坦化した基板の表面を該
表面の絶縁膜上の導電体コンタミネーションが５×１０
^５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以下となるように洗浄する洗浄ユ
ニットと、この洗浄後の基板の露出した配線の表面に保
護膜を選択的に形成する第２のめっきユニットとを備え
たことを特徴とする半導体装置の製造装置である。請求
項１０に記載の発明は、前記洗浄ユニットは、スクラブ
洗浄ユニットであることを特徴とする請求項９記載の半
導体装置の製造装置である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は、半導体装置における銅配線形成例
を工程順に示すもので、図１（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、
例えばＳｉＯ_２からなる絶縁膜２を堆積し、この絶縁膜
２の内部に、例えばリソグラフィ・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Ｔａもしくは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の銅シード層６をスパッ
タリング等により形成する。

【００１９】そして、図１（ｂ）に示すように、半導体
基板Ｗの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３及び溝４内に銅を充填させるととも
に、絶縁膜２上に銅層７を堆積させる。その後、化学的
機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅層７を除
去して、コンタクトホール３及び配線用の溝４に充填さ
せた銅層７の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面に
する。これにより、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜２
の内部に銅シード層６と銅層７からなる配線８を形成す
る。

【００２０】本発明の半導体装置は、上記のようにして
基板Ｗに形成した配線８の露出表面を、図２に示すよう
に、保護膜２０で選択的に覆って保護し、更に、ＣＭＰ
処理を施して保護膜２０の表面を平坦化した後、基板Ｗ
の表面に、例えばＳｉＯ_２やＳｉＯＦ等の絶縁膜２２を
積層して、多層配線構造を構成するようにしている。こ
の時の工程の一部を図３に示す。この例では、先ず、Ｃ
ＭＰ処理後の基板Ｗを洗浄し、例えばＰｄ触媒を付与す
る触媒処理等のめっき前処理を行った後、基板Ｗの表面
に無電解めっきを施して、図２（ａ）に示すように、配
線８の外部への露出表面に、例えばＣｏ合金からなる保
護膜２０を選択的に形成する。そして、洗浄し乾燥させ
た後、図２（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面にＣＭＰ
処理を施して、保護膜２０の表面を平坦化する。そし
て、洗浄し乾燥させた後、図２（ｃ）に示すように、こ
の上に絶縁膜２２を堆積させる。

【００２１】このように、配線８の露出表面を保護膜２
０で選択的に覆うことで、配線８を保護することができ
る。しかも、無電解めっきで保護膜２０を形成すると、
この膜厚を均一にすることが一般に困難であるが、この
ように、無電解めっき後に保護膜２０の表面をＣＭＰ処
理で平坦化することで、保護膜２０の膜厚の不揃いを改
善し、これによって、この上に堆積させた絶縁膜２２の
表面の十分な平坦度を確保することができる。

【００２２】ここで、ＣＭＰ後の洗浄に際し、図１
（ｃ）に示す絶縁膜２上の銅コンタミネーションが５×
１０^５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以下となるように、基板Ｗの
表面を清浄に洗浄することが好ましい。このように、絶
縁膜２上の銅コンタミネーションを５×１０^５ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ^２以下に落とすことで、この後の無電解めっき
で保護膜２０を選択的に形成する時に、絶縁膜２上の銅
コンタミネーションにより、無電解めっきのめっき材が
この絶縁膜２上の銅に反応して、ここに成膜してしまう
ことを防止することができる。つまり、銅の表面に無電
解めっきを施す場合、触媒プロセスであるか否かに拘わ
らず、めっき材が銅の元素に反応して成膜するが、絶縁
膜２の上面から銅を除去することで、絶縁膜上でめっき
材が銅と反応して成膜することを防止することができ
る。このように基板Ｗの表面を清浄に洗浄した時には、
絶縁膜２の上面が清浄な、例えば５分以内に無電解めっ
きを行うことが望ましい。

【００２３】なお、保護膜２０を選択的に形成する際、
配線パターンの集積密度によって影響を受ける場合があ
る。即ち、配線パターンの疎な部分は、配線パターンが
密な部分より膜が付着しにくいため、配線パターンが疎
な部分に保護膜を十分に形成しようとすると、配線パタ
ーンが密な部分には保護膜が厚く形成されるが、その
際、露出配線の表面だけでなく、絶縁膜の表面にも保護
膜が形成される場合がある。このような場合にも、露出
配線の表面に形成された保護膜２０だけではなく、絶縁
膜の表面に形成された保護膜も同時にＣＭＰ処理で平坦
化し、保護膜の不揃いを改善することができる。平坦化
は、保護膜が少し絶縁膜表面より盛り上がっている状態
で止めてもよいが、絶縁膜表面と同じになるまで平坦化
した方が、この上に堆積させる絶縁膜２２の表面の十分
な平坦度を確保しやすい。

【００２４】ここで、この例では、保護膜２０として、
Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金を使用している。つまり、基板Ｗを、
例えばＰｄＣｌ_２＋ＨＣｌの溶液に１分間浸漬させてパ
ラジウム触媒を付与するめっき前処理を施し、しかる
後、コバルトイオン、錯化剤、ｐＨ緩衝剤、ｐＨ調整
剤、還元剤、及びタングステンを含む化合物を含有した
めっき液に基板Ｗの表面を浸漬させることで、保護膜
（Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金層）２０を形成している。

【００２５】このめっき液には、必要に応じて、安定剤
としての重金属化合物または硫黄化合物の１種または２
種以上、または界面活性剤の少なくとも一方が添加さ
れ、また水酸化ナトリウム等のｐＨ調整剤を用いて、ｐ
Ｈが、例えば１０に調整されている。めっき液の温度
は、例えば９０℃である。

【００２６】めっき液のコバルトイオンの供給源として
は、例えば硫酸コバルト、塩化コバルト、酢酸コバルト
等のコバルト塩を挙げることができる。錯化剤として
は、例えば酢酸等のカルボン酸及びそれらの塩、酒石
酸、クエン酸等のオキシカルボン酸及びそれらの塩、グ
リシン等のアミノカルボン酸及びそれらの塩を挙げるこ
とができる。また、それらは単独で使用してもよく、２
種以上併用してもよい。

【００２７】ｐＨ緩衝剤としては、例えば硫酸アンモニ
ウム、塩化アンモニウム、ホウ酸等を挙げることができ
る。還元剤としては、次亜リン酸ナトリウム等を挙げる
ことができる。タングステンを含む化合物としては、例
えばタングステン酸及びそれらの塩、または、タングス
トリン酸（例えば、Ｈ_３(ＰＷ_１２Ｐ_４０)・ｎＨ_２Ｏ）
等のヘテロポリ酸及びそれらの塩等を挙げることができ
る。なお、この例では、保護膜２０として、Ｃｏ−Ｗ−
Ｐ合金を使用しているが、Ｃｏ単体、Ｃｏ−Ｗ−Ｂ合
金、Ｃｏ−Ｐ合金またはＣｏ−Ｂ合金等を使用してもよ
い。

【００２８】また、保護膜２０として、Ｎｉ−Ｂ合金を
使用してよい。つまり、ニッケルイオン、ニッケルイオ
ンの錯化剤、ニッケルイオンの還元剤としてのアルキル
アミンボランまたは硼素化水素化合物及びアンモニアイ
オンを含有し、ｐＨを、例えば８〜１２に調整した無電
解めっき液を使用し、このめっき液に基板Ｗの表面を浸
漬させることで、保護膜（Ｎｉ−Ｂ合金層）２０を形成
してもよい。めっき液の温度は、例えば５０〜９０℃、
好ましくは５５〜７５℃である。

【００２９】ここで、ニッケルイオンの錯化剤として
は、例えばりんご酸やグリシン等を挙げることができ、
硼素化水素化合物としては、例えばＮａＢＨ_４を挙げる
ことができる。更に、保護膜２０として、Ｎｉ単体，Ｎ
ｉ−Ｐ合金，Ｎｉ−Ｗ−ＢまたはＮｉ−Ｗ−Ｐ合金等を
使用してもよい。また、配線材料として、銅を使用した
例を示しているが、銅の他に、銅合金、銀及び銀合金等
を使用しても良い。

【００３０】図４は、銅配線を形成するようにした、本
発明の実施の形態の半導体装置の製造装置の全体構成を
示す配置図で、この装置は、全体が長方形をなす床上の
スペースの一端側に第１の研磨ユニット２４ａと第２の
研磨ユニット２４ｂが左右に対向して配置され、他端側
にそれぞれ半導体ウエハ等の基板Ｗを収納する基板カセ
ット２６ａ，２６ｂを載置する一対のロード・アンロー
ド部が配置されている。そして、研磨ユニット２４ａ，
２４ｂとロード・アンロード部を結ぶ線上に２台の搬送
ロボット２８ａ，２８ｂが配置されている。更に、搬送
ラインに沿った一方側には、銅埋め込み用の第１のめっ
きユニット３０、反転機を備えた銅膜厚検査ユニット３
２及び反転機を備えためっき前処理ユニット３４が配置
され、他方側には、リンス・乾燥装置３６、保護膜形成
用の第２のめっきユニット３８及びロールスポンジを備
えた洗浄ユニット３９が配置されている。研磨ユニット
２４ａ，２４ｂの搬送ライン側には、基板Ｗを研磨ユニ
ット２４ａ，２４ｂとの間で授受する上下動自在なプッ
シャ４２が設けられている。

【００３１】図６乃至図１４は、図４に備えられている
第１のめっきユニット３０を構成する電気めっき装置を
示す。この電気めっき装置は、図６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６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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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、更に、堰部材５８の下部
には、図１２に示すように、所定間隔毎に所定幅の開口
２２２が設けられている。

【００３５】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共に、図１２（ａ）に示
すように、堰部材５８をオーバーフローさせ、更に開口
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と共に、図１２（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。

【００３６】更に、図１２（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
２２４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。

【００３７】図７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。

【００３８】このリザーバ２２６に入っためっき液４５
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、単一のポンプ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
がめっきユニット３０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
からめっきユニット３０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。

【００３９】図６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。

【００４０】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９４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１０及び図１１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７２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７６が配置されている。また、基板保持部７
２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。

【００４１】これによって、図８に示すように、めっき
液４５の液面を下げた状態で、図１０及び図１１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から引抜
いた後、押圧リング２４０を下降させる。これにより、
基板Ｗの周縁部をシール材２４４と押圧リング２４０の
下面で挟持して基板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。

【００４２】図６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。

【００４３】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２５７が
取付けられている。

【００４４】これによって、図９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。

【００４５】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１３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。

【００４６】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。

【００４７】図１４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。

【００４８】次に、この第１のめっきユニット（電気め
っき装置）３０によるめっき処理について説明する。先
ず、めっきユニット３０に基板を受渡す時には、図４に
示す搬送ロボット２８ｂ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９４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。

【００４９】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。

【００５０】通電を終了した後、図１２（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。

【００５１】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、搬送ロボット２８ｂ
の吸着ハンドを吸着面を下に向けて、ハウジング７０の
開口９４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９４の上部の位置にまで移動させて、
ハウジング７０の開口９４から吸着ハンドとそれに保持
した基板を取り出す。

【００５２】このめっきユニット３０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。

【００５３】図１５乃至図２０は、第１のめっきユニッ
ト３０を構成する他の電気めっき装置を示す。この電解
銅めっき装置には、図１５に示すように、めっき処理及
びその付帯処理を行う基板処理部２−１が設けられ、こ
の基板処理部２−１に隣接して、めっき液を溜めるめっ
き液トレー２−２が配置されている。また、回転軸２−
３を中心に揺動するアーム２−４の先端に保持され、基
板処理部２−１とめっき液トレー２−２との間を揺動す
る電極部２−５を有する電極アーム部２−６が備えられ
ている。

【００５４】更に、基板処理部２−１の側方に位置し
て、プレコート・回収アーム２−７と、純水やイオン水
等の薬液、更には気体等を基板に向けて噴射する固定ノ
ズル２−８が配置されている。ここでは、３個の固定ノ
ズル２−８が配置され、その内の１個を純水供給用に用
いている。基板処理部２−１は、図１６及び図１７に示
すように、めっき面を上にして基板Ｗを保持する基板保
持部２−９と、この基板保持部２−９の上方で該基板保
持部２−９の周縁部を囲むように配置されたカソード部
２−１０が備えられている。更に基板保持部２−９の周
囲を囲んで処理中に用いる各種薬液の飛散を防止する有
底略円筒状のカップ２−１１が、エアシリンダ２−１２
を介して上下動自在に配置されている。

【００５５】ここで、基板保持部２−９は、エアシリン
ダ２−１２によって、下方の基板受け渡し位置Ａと、上
方のめっき位置Ｂと、これらの中間の前処理・洗浄位置
Ｃとの間を昇降するようになっている。また基板保持部
２−９は、回転モータ２−１４及びベルト２−１５を介
して任意の加速度及び速度で前記カソード部２−１０と
一体に回転するように構成されている。この基板受け渡
し位置Ａに対向して、電解銅めっき装置のフレーム側面
の搬送ロボット（図示せず）側には、基板搬出入口（図
示せず）が設けられ、基板保持部２−９がめっき位置Ｂ
まで上昇したときに、基板保持部２−９で保持された基
板Ｗの周縁部に下記のカソード部２−１０のシール部材
２−１６とカソード電極２−１７が当接するようになっ
ている。一方、カップ２−１１は、その上端が前記基板
搬出入口の下方に位置し、図３の仮想線で示すように、
上昇したときにカソード部２−１０の上方に達するよう
になっている。

【００５６】基板保持部２−９がめっき位置Ｂまで上昇
した時に、この基板保持部２−９で保持した基板Ｗの周
縁部にカソード電極２−１７が押し付けられ基板Ｗに通
電される。これと同時にシール部材２−１６の内周端部
が基板Ｗの周縁上面に圧接し、ここを水密的にシールし
て、基板Ｗの上面に供給されるめっき液が基板Ｗの端部
から染み出すのを防止すると共に、めっき液がカソード
電極２−１７を汚染するのを防止している。

【００５７】電極アーム部２−６の電極部２−５は、図
１８に示すように、揺動アーム２−４の自由端に、ハウ
ジング２−１８と、このハウジング２−１８の周囲を囲
む中空の支持枠２−１９と、ハウジング２−１８と支持
枠２−１９で周縁部を挟持して固定したアノード２−２
０とを有している。アノード２−２０は、ハウジング２
−１８の開口部を覆っており、ハウジング２−１８の内
部には、吸引室２−２１が形成されている。そして吸引
室２−２１には、図１９及び図２０に示すように、めっ
き液を導入排出するめっき液導入管２−２８及びめっき
液排出管（図示せず）が接続されている。さらにアノー
ド２−２０には、その全面に亘って上下に連通する多数
の通孔２−２０ｂが設けられている。

【００５８】この実施の形態にあっては、アノード２−
２０の下面に該アノード２−２０の全面を覆う保水性材
料からなるめっき液含浸材２−２２を取付け、このめっ
き液含浸材２−２２にめっき液を含ませて、アノード２
−２０の表面を湿潤させることで、ブラックフィルムの
基板のめっき面への脱落を防止し、同時に基板のめっき
面とアノード２−２０との間にめっき液を注入する際
に、空気を外部に抜きやすくしている。このめっき液含
浸材２−２２は、例えばポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、テフロン（登録商
標）、ポリビニルアルコール、ポリウレタン及びこれら
の誘導体の少なくとも１つの材料からなる織布、不織布
またはスポンジ状の構造体、あるいはポーラスセラミッ
クスからなる。

【００５９】めっき液含浸材２−２２のアノード２−２
０への取付けは、次のように行っている。即ち、下端に
頭部を有する多数の固定ピン２−２５を、この頭部をめ
っき液含浸材２−２２の内部に上方に脱出不能に収納し
軸部をアノード２−２０の内部を貫通させて配置し、こ
の固定ピン２−２５をＵ字状の板ばね２−２６を介して
上方に付勢させることで、アノード２−２０の下面にめ
っき液含浸材２−２２を板ばね２−２６の弾性力を介し
て密着させて取付けている。このように構成することに
より、めっきの進行に伴って、アノード２−２０の肉厚
が徐々に薄くなっても、アノード２−２０の下面にめっ
き液含浸材２−２２を確実に密着させることができる。
したがって、アノード２−２０の下面とめっき液含浸材
２−２２との間に空気が混入してめっき不良の原因とな
ることが防止される。

【００６０】なお、アノードの上面側から、例えば径が
２ｍｍ程度の円柱状のＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）または
ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製のピンをアノ
ードを貫通させて配置し、アノード下面に現れた該ピン
の先端面に接着剤を付けてめっき液含浸材と接着固定す
るようにしても良い。アノードとめっき液含浸材は、接
触させて使用することもできるが、アノードとめっき液
含浸材との間に隙間を設け、この隙間にめっき液を保持
させた状態でめっき処理することもできる。この隙間は
２０ｍｍ以下の範囲から選ばれるが、好ましくは０．１
〜１０ｍｍ、より好ましくは１〜７ｍｍの範囲から選ば
れる。特に、溶解性アノードを用いた場合には、下から
アノードが溶解していくので、アノードとめっき液含浸
材の間隙は時間を経るにつれて大きくなり、０〜２０ｍ
ｍ程度の隙間ができる。

【００６１】そして、前記電極部２−５は、基板保持部
２−９がめっき位置Ｂ（図１７参照）にある時に、基板
保持部２−９で保持された基板Ｗとめっき液含浸材２−
２２との隙間が、０．１〜１０ｍｍ程度、好ましくは
０．３〜３ｍｍ、より好ましくは０．５〜１ｍｍ程度と
なるまで下降し、この状態で、めっき液供給管からめっ
き液を供給して、めっき液含浸材２−２２にめっき液を
含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード
２−２０との間にめっき液を満たし、基板Ｗの上面（被
めっき面）とアノード２−２０との間にめっき電源から
電圧を印加することで、基板Ｗの被めっき面にめっきが
施される。

【００６２】次に、このめっきユニット（電気めっき装
置）３０によるめっき処理について説明する。先ず、基
板受け渡し位置Ａにある基板保持部２−９にめっき処理
前の基板Ｗを搬送ロボット２８ｂ（図４参照）で搬入
し、基板保持部２−９上に載置する。次にカップ２−１
１を上昇させ、同時に基板保持部２−９を前処理・洗浄
位置Ｃに上昇させる。この状態で退避位置にあったプレ
コート・回収アーム２−７を基板Ｗの対峙位置へ移動さ
せ、その先端に設けたプレコートノズルから、例えば界
面活性剤からなるプレコート液を基板Ｗの被めっき面に
間欠的に吐出する。この時、基板保持部２−９は回転し
ているため、プレコート液は基板Ｗの全面に行き渡る。
次に、プレコート・回収アーム２−７を退避位置に戻
し、基板保持部２−９の回転速度を増して、遠心力によ
り基板Ｗの被めっき面のプレコート液を振り切って乾燥
させる。

【００６３】続いて、電極アーム部２−６を水平方向に
旋回させ、電極部２−５がめっき液トレー２−２上方か
らめっきを施す位置の上方に位置させ、この位置で電極
２−５をカソード部２−１０に向かって下降させる。電
極部２−５の下降が完了した時点で、アノード２−２０
とカソード部２−１０にめっき電圧を印加し、めっき液
を電極部２−５の内部に供給して、アノード２−２０を
貫通しためっき液供給口よりめっき液含浸材２−２２に
めっき液を供給する。この時、めっき液含浸材２−２２
は基板Ｗの被めっき面に接触せず、０．１〜１０ｍｍ程
度、好ましくは０．３〜３ｍｍ、より好ましくは０．５
〜１ｍｍ程度に接近した状態となっている。

【００６４】めっき液の供給が続くと、めっき液含浸材
２−２２から染み出したＣｕイオンを含んだめっき液
が、めっき液含浸材２−２２と基板Ｗの被めっき面との
間の隙間に満たされ、基板Ｗの被めっき面にＣｕめっき
が施される。この時、基板保持部２−９を低速で回転さ
せても良い。

【００６５】めっき処理が完了すると、電極アーム部２
−６を上昇させた後に旋回させて、電極部２−５をめっ
き液トレー２−２上方へ戻し、通常位置へ下降させる。
次に、プレコート・回収アーム２−７を退避位置から基
板Ｗに対峙する位置へ移動させて下降させ、めっき液回
収ノズル（図示せず）から基板Ｗ上のめっき液の残部を
回収する。このめっき液の残部の回収が終了した後、プ
レコート・回収アーム２−７を待避位置に戻し、基板Ｗ
の中央部に純水を吐出し、同時に基板保持部２−９をス
ピードを増して回転させ基板Ｗの表面のめっき液を純水
に置換する。

【００６６】上記リンス終了後、基板保持部２−９をめ
っき位置Ｂから前処理・洗浄位置Ｃへ下降させ、純水用
の固定ノズル２−８から純水を供給しつつ基板保持部２
−９及びカソード部２−１０を回転させて水洗を実施す
る。この時、カソード部２−１０に直接供給した純水、
又は基板Ｗの面から飛散した純水によってシール部材２
−１６、カソード電極２−１７も基板Ｗと同時に洗浄す
ることができる。

【００６７】水洗完了後に、固定ノズル２−８からの純
水の供給を停止し、更に基板保持部２−９及びカソード
部２−１０の回転スピードを増して、遠心力により基板
Ｗの表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シー
ル部材２−１６及びカソード電極２−１７も乾燥され
る。上記乾燥が終了すると基板保持部２−９及びカソー
ド部２−１０の回転を停止させ、基板保持部２−９を基
板受渡し位置Ａまで下降させる。

【００６８】図２１は、図４に示す第２のめっきユニッ
ト３８を構成する無電解めっき装置を示す。この第２の
めっきユニット（無電解めっき装置）３８は、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（めっき液保持機
構）３３１と、堰部材３３１でその周縁部をシールされ
た基板Ｗの被めっき面にめっき液（無電解めっき処理
液）を供給するシャワーヘッド（無電解めっき処理液
（分散）供給手段）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、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３６５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。

【００６９】保持手段３１１は、その上面に基板Ｗを載
置して保持する基板載置部３１３を有している。この基
板載置部３１３は、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備えている。一方、基
板載置部３１３の裏面側には、面状であって基板Ｗの被
めっき面を下面側から暖めて保温する裏面ヒータ（加熱
手段）３１５が設置されている。この裏面ヒータ３１５
は、例えばラバーヒータまたはセラミックヒータによっ
て構成されている。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。

【００７０】堰部材３３１は、筒状であってその下部に
基板Ｗの外周縁をシールするシール部３３３を有し、図
示の位置から上下動しないように設置されている。シャ
ワーヘッド３４１は、先端に多数のノズルを設けること
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３６５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
基板Ｗの上面周縁部の堰部材３３１の内側に下降して基
板Ｗ上のめっき液を吸引するように構成されている。

【００７１】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に基板Ｗを載置・固定する。基板Ｗの種類として
は、例えばφ６インチウエハ、φ８インチウエハ、φ１
２インチウエハが挙げられる。次に、図２１に示すよう
に、保持手段３１１を上昇させ、その上面を堰部材３３
１の下面に当接させ、同時に基板Ｗの外周を堰部材３３
１のシール部３３３によってシールする。この時、基板
Ｗの表面は開放された状態となっている。

【００７２】次に裏面ヒータ３１５によって基板Ｗ自体
を直接加熱して、シャワーヘッド３４１からめっき液を
噴出して基板Ｗの表面の略全体にめっき液を降り注ぐ。
この時、めっき液も加温し、温度コントロールを行って
もよい。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基板Ｗの表面に保
持される。供給するめっき液の量は基板Ｗの表面に１ｍ
ｍ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、この例のように１ｍｍでも良い。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。

【００７３】このように基板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、また基板Ｗ上に溜めるめっき液の量は少ない
ので、裏面ヒータ３１５による基板Ｗの保温は容易に行
え、裏面ヒータ３１５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。また基板Ｗ自体を直接冷
却する手段を用いれば、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。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。また、ユニット全体を筐体にして、その内
部の雰囲気を所定の温度、例えば７０〜８０℃にコント
ロールしてもよい。

【００７４】そして、モータＭによって基板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、基板Ｗを１ｓｅｃだけ１００ｒｐｍ以下で回転し
て基板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１０ｓｅｃ以下とする。

【００７５】上記めっき処理が完了した後、めっき液回
収ノズル３６５の先端を基板Ｗの表面周縁部の堰部材３
３１内側近傍に下降し、めっき液を吸い込む。このとき
基板Ｗを、例えば１００ｒｐｍ以下の回転速度で回転さ
せれば、基板Ｗ上に残っためっき液を遠心力で基板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を下降させて基板Ｗを堰部材３３１か
ら離し、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３５３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。

【００７６】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６５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６１に回収しても良い。そしてモータＭ
によって基板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。

【００７７】図２２は、図４に示す第２のめっきユニッ
ト３８を構成する他の無電解めっき装置の概略構成図で
ある。図２２において、図２１に示す無電解めっき装置
と相違する点は、保持手段３１１内に裏面ヒータ３１５
を設ける代わりに、保持手段３１１の上方にランプヒー
タ（加熱手段）３１７を設置し、このランプヒータ３１
７とシャワーヘッド３４１−２とを一体化した点であ
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３４１−２の多数のノズ
ル３４３−２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。また、基板の裏面に温
度センサを設け、ランプヒータのＯＮ／ＯＦＦによって
基板の温度をコントロールすることもできる。

【００７８】このように構成しても、めっき液は各ノズ
ル３４３−２から基板Ｗの被めっき面上にシャワー状に
略均等に供給でき、またランプヒータ３１７によって基
板Ｗの加熱・保温も直接均一に行える。ランプヒータ３
１７の場合、基板Ｗとめっき液の他に、その周囲の空気
をも加熱するので基板Ｗの保温効果もある。

【００７９】なおランプヒータ３１７によって基板Ｗを
直接加熱するには、比較的大きい消費電力のランプヒー
タ３１７が必要になるので、その代わりに比較的小さい
消費電力のランプヒータ３１７と前記図２１に示す裏面
ヒータ３１５とを併用して、基板Ｗは主として裏面ヒー
タ３１５によって加熱し、めっき液と周囲の空気の保温
は主としてランプヒータ３１７によって行うようにして
も良い。また基板Ｗを直接、または間接的に冷却する手
段を設けて、温度制御を行っても良い。

【００８０】図２３は、図４に示す研磨ユニット２４
ａ，２４ｂを構成するＣＭＰ装置の一例を示す。これ
は、上面に研磨布（研磨パッド）４２０を貼付して研磨
面を構成する研磨テーブル４２２と、基板Ｗをその被研
磨面を研磨テーブル４２２に向けて保持するトップリン
グ４２４とを備えている。そして、研磨テーブル４２２
とトップリング４２４とをそれぞれ自転させ、研磨テー
ブル４２２の上方に設置された砥液ノズル４２６より砥
液を供給しつつ、トップリング４２４により基板Ｗを一
定の圧力で研磨テーブル４２２の研磨布４２０に押圧す
ることで、基板Ｗの表面を研磨するようになっている。
ここで、保護膜２０（図２参照）を研磨する際には、砥
液ノズル４２６から供給される砥液として、例えば酸化
剤及び砥粒を含むスラリーを用い、不織布、スポンジま
たは発泡ウレタン等の樹脂材料等からなる研磨布（研磨
パッド）４２０を使用してＣＭＰ処理を行う。これによ
り、保護膜２０は、酸化剤によって酸化されスラリーに
含まれる砥粒によって研磨される。また、研磨パッド４
２０として、予め砥粒を入れた固定砥粒方式を採用して
ものを使用してもよい。

【００８１】このような研磨装置を用いて研磨作業を継
続すると研磨布４２０の研磨面の研磨力が低下するが、
この研磨力を回復させるために、ドレッサー４２８を設
け、このドレッサー４２８によって、研磨する基板Ｗの
交換時などに研磨布４２０の目立て（ドレッシング）が
行われている。このドレッシング処理においては、ドレ
ッサー４２８のドレッシング面（ドレッシング部材）を
研磨テーブル４２２の研磨布４２０に押圧しつつ、これ
らを自転させることで、研磨面に付着した砥液や切削屑
を除去すると共に、研磨面の平坦化及び目立てが行なわ
れ、研磨面が再生される。また、研磨テーブル４２２に
基板の表面の状態を監視するモニタを取り付け、その場
（In- situ）で研磨の終点（エンドポイント）を検出し
てもよく、またその場（In- situ）で基板の仕上がり状
態を検査するモニタを取付けてもよい。

【００８２】図２４及び図２５は、図４に示す反転機を
備えた銅膜厚検査ユニット３２を示す。同図に示すよう
に、反転機５３９は、反転アーム５５３，５５３を備え
ている。この反転アーム５５３，５５３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（反転ステージ）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。取付け台５５５は駆動機構
５５７によって上下動自在に構成されている。

【００８３】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。

【００８４】この例によれば、搬送ロボットのアームな
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。

【００８５】ここで、膜厚センサＳとして、例えば渦電
流センサが使用される。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。

【００８６】図２６は、図４に備えられている洗浄ユニ
ット３９の概略を示す。この洗浄ユニット３９は、スク
ラブ洗浄ユニットであり、基板Ｗを水平面内で保持して
回転させるための複数の回転用コロ９−１と、ＰＶＡ等
からなる一対のスポンジロール９−２，９−２と、洗浄
液を噴射する洗浄液ノズル９−４を有している。そし
て、回転用コロ９−１で基板Ｗを保持して回転させ、洗
浄液ノズル９−４から基板Ｗの表裏両面に向けて洗浄液
を噴射しながら、スポンジロール９−２，９−２を基板
Ｗの表裏両面に擦り付けてスクラブ洗浄するようになっ
ている。ここで、洗浄液ノズル９−４から噴射する洗浄
液として、ＣＳ−１０（和光製薬（株）製）やＫＳ−３
７００（花王（株）製）等のアルカリ系の界面活性剤を
使用することで、前述のように、図１（ｃ）に示す絶縁
膜２上の銅コンタミネーションが５×１０^５ａｔｏｍｓ
／ｃｍ^２以下となるように、基板Ｗの表面を清浄に洗浄
することができる。

【００８７】次に、このように構成された半導体装置の
製造装置によって、図１（ａ）に示す、シード層６を形
成した基板に銅配線を形成する一連の処理を図５を参照
して説明する。

【００８８】先ず、表面にシード層６を形成した基板Ｗ
を基板カセット２６ａ，２６ｂから搬送ロボット２８ａ
で一枚ずつ取出し、第１のめっきユニット３０に搬入す
る。そして、この第１のめっきユニット３０で、図１
（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅層７を堆積させ
て、銅の埋め込みを行う。銅層７は、まず基板Ｗの表面
の親水処理を行い、その後、銅めっきを行って形成す
る。銅層７の形成後、銅めっきユニット３０でリンス若
しくは洗浄を行う。時間に余裕があれば、乾燥してもよ
い。

【００８９】そして、この銅を埋め込んだ基板Ｗを銅膜
厚検査ユニット３２に搬送し、ここで銅層７の膜厚を測
定し、必要に応じて、反転機で基板を反転させた後、搬
送ロボット２８ｂにより第１の研磨ユニット２４ａのプ
ッシャ４２上に移送する。

【００９０】第１の研磨ユニット２４ａでは、プッシャ
４２上の基板Ｗをトップリング４２４で吸着して保持
し、さらに研磨テーブル４２２上に移動させる。そし
て、トップリング４２４を下降させ、回転する研磨テー
ブル４２２の研磨布４２０上に基板Ｗの被研磨面を所定
圧力で押圧しつつ、砥液を供給して研磨を行う。研磨条
件としては、基板Ｗ上に形成された銅層を研磨する場合
には、銅研磨用スラリーを用いる。表面に凹凸がある場
合、押圧力を低めに設定して比較的速い回転速度で研磨
を行うと良いことが分かっているが、加工速度自体は遅
くなる。従って、例えば、トップリング押圧力を４０ｋ
Ｐａ、トップリング回転数を７０ｍｉｎ^−１とした条件
で所定時間研磨を行い、ある程度加工を行った後に、押
圧力を２０ｋＰａ、トップリング回転数を５０ｍｉｎ
^−１として研磨をする多段階研磨を行っても良い。これ
により、全体として効率的な平坦化ができる。

【００９１】そして、例えば、基板の仕上がりを検査す
るモニタで終点（エンドポイント）を検知した時に、研
磨を終了し、この研磨を終了した基板Ｗをトップリング
４２４により再度プッシャ４２上に戻し、一旦純水スプ
レーで洗浄する。次に、搬送ロボット２８ｂにより洗浄
ユニット３９に搬送して、例えばロールスポンジで基板
を洗浄する。これにより、図１（ｃ）に示すように、絶
縁膜２の内部にシード層６と銅層７からなる配線８を形
成する。この時、図１（ｃ）に示す絶縁膜２上の銅コン
タミネーションが５×１０^５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以下と
なるように、基板Ｗの表面を清浄に洗浄する。

【００９２】次に、この基板Ｗをめっき前処理ユニット
３４に搬送し、ここで、例えばＰｄ触媒の付与や、露出
表面に酸化膜の除去等の前処理を行って、第２のめっき
ユニット３８に搬送し、この第２のめっきユニット３８
で無電解めっき処理を施す。これによって、図２（ａ）
に示すように、研磨後に露出した表面に、例えば無電解
Ｃｏ−Ｗ−Ｐめっきを施して、配線８の外部への露出表
面に、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金膜からなる保護膜（めっき膜）
２０を選択的に形成して配線８を保護する。この保護膜
２０の膜厚は、０．１〜５００ｎｍ、好ましくは、１〜
２００ｎｍ、更に好ましくは、１０〜１００ｎｍ程度で
ある。

【００９３】無電解めっきが終了した後、基板Ｗを高速
回転させてスピン乾燥し、しかる後、第２のめっきユニ
ット３８から取り出し、プッシャ４２を経由して第２の
研磨ユニット２４ｂに搬送する。そして、この第２の研
磨ユニット２４ｂでは、第１の研磨ユニット２４ａと同
様に、基板Ｗをトップリング４２４で吸着して保持し、
さらに研磨テーブル４２２上に移動させ、トップリング
４２４を下降させ、回転する研磨テーブル４２２の研磨
布４２０上に基板Ｗの被研磨面を所定圧力で押圧しつ
つ、砥液を供給して研磨を行う。これにより、図２
（ｂ）に示すように、保護膜２０の表面を研磨して平坦
化する。この時、砥液として、例えば酸化剤及び砥粒を
含むスラリーを使用し、不織布、スポンジまたは発泡ウ
レタン等の樹脂材料等からなる研磨パッドを用いて研磨
を行う。これにより、保護膜２０は酸化剤によって酸化
されスラリーに含まれた砥粒によって研磨される。ま
た、予め砥粒を入れた砥石を使用して研磨してもよい。

【００９４】そして、基板の仕上がりを検査するモニタ
で終点（エンドポイント）を検知した時に、研磨を終了
し、この研磨を終了した基板Ｗをトップリング４２４に
より再度プッシャ４２上に戻し、一旦純水スプレーで洗
浄する。次に、搬送ロボット２８ｂにより基板Ｗを洗浄
ユニット３９に搬送して、例えばロールスポンジで基板
を洗浄し、更に、搬送ロボット２８ａにより、基板をリ
ンス・乾燥装置３６に搬送する。そして、このリンス・
乾燥装置３６で基板をリンスし乾燥させた後、基板を元
の基板カセット２６ａ，２６ｂの元の位置に戻す。な
お、この例は、配線材料として、銅を使用した例を示し
ているが、この銅の他に、銅合金、銀及び銀合金等を使
用しても良い。

【００９５】（実施例）銅めっきを施した後、ＣＭＰ処
理を施して埋め込み銅配線を形成した基板を、ＰｄＣｌ
_２（０．００５ｇ／Ｌ）＋ＨＣｌ（０．２ｍｌ／Ｌ）、
２５℃の溶液に１分間浸漬させて、パラジウムを付与す
るめっき前処理を行い、表面を洗浄した。しかる後、図
２１に示す無電解めっき装置を用い、下記の表１に示す
組成の無電解めっき液を使用した２分間の無電解めっき
処理を行って、試料（基板）の表面にＣｏ−Ｗ−Ｐ合金
層を堆積させた。

【００９６】

【表１】次に、表面を洗浄し乾燥させた後、図２３に示す研磨装
置を用いて、保護膜２０の表面を研磨し、洗浄して乾燥
させた。この時の状態をＳＥＭ観察した。この時のＳＥ
Ｍ写真を図面化したものを図２７に示す。図２７から、
絶縁膜２の内部に形成した配線用の溝４の内部に埋め込
んで形成した銅配線８の露出表面には、保護膜２０が選
択的に形成され、しかも保護膜２０の表面を研磨するこ
とで、保護膜２０の膜厚の付揃いが改善されていること
が判る。なお、図２８は、この保護膜２０を研磨する前
の状態のＳＥＭ写真を図面化したものである。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
膜厚を均一にすることが一般に困難な保護膜の表面を平
坦化することで、保護膜の膜厚の不揃いを改善し、これ
によって、多層配線化を図る際に、層間絶縁膜表面の十
分な平坦度を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体装置における銅配線形成例のＣＭＰ処理
までを工程順に示す図である。

【図２】本発明の半導体装置における銅配線形成例のＣ
ＭＰ処理後を工程順に示す図である。

【図３】本発明のめっき方法の工程を示すブロック図で
ある。

【図４】本発明の実施の形態の半導体装置の製造装置の
平面配置図である。

【図５】図４に示す半導体装置の製造装置における基板
のフロー図である。

【図６】第１のめっきユニットとしての電気めっき装置
のめっき処理時における全体を示す断面図である。

【図７】同じく、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８】同じく、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９】同じく、メンテナンス時における全体を示す断
面図である。

【図１０】同じく、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１１】同じく、図１０の一部拡大図である。

【図１２】同じく、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１３】同じく、芯出し機構の拡大断面図である。

【図１４】同じく、給電接点（プローブ）を示す断面図
である。

【図１５】第１のめっきユニットとしての電気めっき装
置の他の例を示す平面図である。

【図１６】同じく、図１５のＡ−Ａ線断面図である。

【図１７】同じく、基板保持部及びカソード部の断面図
である。

【図１８】同じく、電極アーム部の断面図である。

【図１９】同じく、電極アーム部のハウジングを除いた
平面図である。

【図２０】同じく、アノードとめっき液含浸材を示す概
略図である。

【図２１】第２のめっきユニットとしての無電解めっき
装置の一例を示す概略構成図である。

【図２２】第２のめっきユニットとしての無電解めっき
装置の他の例を示す概略構成図である。

【図２３】研磨装置の一例を示す概略構成図である。

【図２４】銅膜厚検査ユニットにおける反転機付近の概
略正面図である。

【図２５】同じく、反転アーム部分の平面図である。

【図２６】洗浄ユニットを示す概略構成図である。

【図２７】銅配線を保護膜で保護し、更にＣＭＰで保護
膜の表面を研磨した時の状態のＳＥＭ写真を図面化した
状態を示す図である。

【図２８】銅配線を保護膜で保護した時の状態のＳＥＭ
写真を図面化した状態を示す図である。

【符号の説明】

２絶縁膜３コンタクトホール４溝５バリア層６銅シード層７銅層８配線２０保護膜２２絶縁膜２４ａ，２４ｂ研磨ユニット２６ａ，２６ｂ基板カセット２８ａ，２８ｂ搬送ロボット３０第１のめっきユニット３２銅膜厚検査ユニット３４めっき前処理ユニット３６リンス・乾燥装置３８第２のめっきユニット３９洗浄ユニット

フロントページの続きＦターム(参考） 4K022 AA02 AA37 AA41 BA04 BA06 BA14 BA16 BA24 CA06 CA21 DA01 EA04 4K024 AA09 AB03 AB08 AB15 AB17 BA01 BA09 BA11 BB12 BC10 DB07 GA16 4M104 BB17 BB32 DD16 DD22 DD37 DD52 DD53 DD75 EE05 EE16 FF17 FF18 FF22 HH12 5F033 HH07 HH11 HH12 HH14 HH15 HH21 HH32 JJ11 JJ21 JJ32 MM02 MM05 MM08 MM12 MM13 NN06 NN07 PP15 PP27 PP28 QQ09 QQ37 QQ48 QQ93 RR04 RR11 WW04 XX01 XX20 XX21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】埋め込み配線構造を有する半導体装置の
露出配線の表面に、表面を平坦化した保護膜を形成した
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記保護膜は、Ｃｏ，Ｃｏ合金，Ｎｉま
たはＮｉ合金の少なくとも１種からなることを特徴とす
る請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】埋め込み配線構造を有する半導体装置の
露出配線の表面に、保護膜を無電解めっきで選択的に形
成し、その後該保護膜が形成された半導体装置の表面を
平坦化することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】埋め込み配線構造を有する半導体装置の
表面に設けた配線用の凹部に導電体をめっきにより埋め
込む工程と、該半導体装置の表面を研磨により平坦にす
る工程と、該半導体装置の露出配線の表面に無電解めっ
きにより保護膜を選択的に形成する工程と、該半導体装
置の表面を研磨により平坦にする工程を有することを特
徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記保護膜を無電解めっきで選択的に形
成する前に、めっき前処理を行うことを特徴とする請求
項３または４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】基板の表面に設けた配線用の凹部に導電
体を埋め込む第１のめっきユニットと、この導電体を埋め込んだ基板の表面を研磨する第１の研
磨ユニットと、この研磨後の基板に露出した配線の表面に保護膜を選択
的に形成する第２のめっきユニットと、この保護膜を形成した基板の表面を研磨する第２の研磨
ユニットを備えたことを特徴とする半導体装置の製造装
置。
【請求項７】前記第１のめっきユニットは、アノード
とカソードを備えた電気めっき装置であり、前記第２の
めっきユニットは、無電解めっき装置であることを特徴
とする請求項６記載の半導体装置の製造装置。
【請求項８】基板の表面に設けた配線用の凹部に導電
体をめっきにより埋め込む工程と、この導電体を埋め込んだ基板の表面を研磨により平坦に
する工程と、この平坦化した基板の表面を該表面の絶縁膜上の導電体
コンタミネーションが５×１０^５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以
下となるように洗浄する工程と、この洗浄後の基板の露出した配線の表面に無電解めっき
により保護膜を選択的に形成する工程とを有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】基板の表面に設けた配線用の凹部に導電
体を埋め込む第１のめっきユニットと、この導電体を埋め込んだ基板の表面を研磨する第１の研
磨ユニットと、この平坦化した基板の表面を該表面の絶縁膜上の導電体
コンタミネーションが５×１０^５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以
下となるように洗浄する洗浄ユニットと、この洗浄後の基板の露出した配線の表面に保護膜を選択
的に形成する第２のめっきユニットとを備えたことを特
徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１０】前記洗浄ユニットは、スクラブ洗浄ユ
ニットであることを特徴とする請求項９記載の半導体装
置の製造装置。