JP2004519557A - 銅めっき液、めっき方法及びめっき装置 - Google Patents

Abstract

シード層と高アスペクト比の微細窪みを有する基板のめっきに使用され、シード層の薄肉部を補強したり、微細窪みの内部に銅を確実に埋込むことができ、しかも非常に安定で長期間の連続使用でも性能が低下することがない銅めっき液を提供する。この銅めっき液は、１価または２価の銅イオンと、錯化剤と、添加剤として有機硫黄化合物とを有し、界面活性剤が任意に添加される。

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、銅めっき液、めっき方法及びめっき装置に係り、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、めっき方法及びめっき装置に関する。
【０００２】
背景技術
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。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知られている。いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜して、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１９Ａ乃至図１９Ｃは、この種の銅配線を有する基板Ｗの製造例を工程順に示す。図１９Ａ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を堆積する。リソグラフィ・エッチング技術により、配線用のコンタクトホール３とトレンチ４を酸化膜２内に形成する。その上にＴａＮ等からなるバリア層５、更にバリア層５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１９Ｂ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及びトレンチ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及びバリア層５を除去して、コンタクトホール３およびトレンチ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１９Ｃ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によって形成される。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る。
【０００６】
微細配線化が進み、配線用トレンチ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トレンチ底部まで均一に届かなくなという問題が生じている。つまり、図２０Ａに示すように、トレンチ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２０Ｂ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の膜厚を厚くしてトレンチ底部に均一な膜を付けようとすると、トレンチ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。しかし、これらの銅めっき液は、安定性が乏しく液管理も煩雑で実用的でない。
【０００８】
発明の開示
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、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ことができ、しかも非常に安定で長期間の連続使用でも性能が低下することがない銅めっき液、及びこの銅めっき液を使用しためっき方法を提供することを目的とする。本発明のめっき液を使用しためっき方法は、バリア層の上にめっき膜を直接成膜する、いわゆる直接（ダイレクト）めっきに適用できる。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の銅めっき液は、１価または２価の銅イオンと、錯化剤と、銅キレートがキレートを脱ぎすてて基板表面に析出するのを抑制する添加剤とを有することを特徴とする。
本発明のめっき液はまた、１価または２価の銅イオンと錯化剤とを有し、添加剤として有機硫黄化合物を添加したことを特徴とする。
【００１０】
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る。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ビア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。
【００１１】
また、銅めっき液に、添加剤として有機硫黄化合物を添加することで、従来めっき可能な下地導電層（シード層）より薄いもの（例えば、基材表面での膜厚として１００ｎｍ以下）でもめっきが可能となる。更に、添加剤として有機硫黄化合物を添加した銅めっき液は、いわゆるボトムアップ性に優れており、従来以上に厳しいアスペクト比の微細トレンチやホールの銅めっきによる埋込みが可能となる。これは、銅キレートがキレートを脱ぎすてて基板表面に析出するのを硫黄成分が抑制して、微細なトレンチやホールの奥により多くの銅を析出させることができるためであると考えられる。
【００１２】
有機硫黄化合物添加剤は、その分極特性を利用して電気化学的測定法、具体的には一般的な銅めっき添加剤の濃度測定法であるＣＶＳ法などで容易に濃度測定が可能である。しかも、有機硫黄化合物添加剤は、めっき液中で極めて安定であることから液管理が容易である。この有機硫黄化合物添加剤の濃度は、一般には０．１〜５００ｍｇ／ｌ、好ましくは０．５〜１００ｍｇ／ｌ、さらに好ましくは１〜５０ｍｇ／ｌ程度である。
【００１３】
銅めっき液中に銅めっきイオンの濃度は、０．１〜１００ｇ／ｌが好ましい。銅めっきイオンの濃度が、上記範囲より低いと電流効率が悪くなって銅の析出効率が落ちる。銅めっきイオンの濃度が、上記範囲より高いと電着性が悪くなる。錯化剤の濃度は、０．１〜５００ｇ／ｌが好ましい。濃度が上記範囲より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る。一方、濃度が上記範囲より高いと、いわゆる「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。また、めっき液は、ｐＨ７〜１４、好ましくはｐＨ８〜１０、さらに好ましくはｐＨ９に維持される。めっき液のｐＨが低すぎると、錯体が有効に結びつかずに不完全となる。逆に、めっき液のｐＨが高すぎると、錯体が別の形となって沈殿物ができる。ｐＨを上記の範囲とすることで、このような問題を回避することができる。
【００１４】
前記有機硫黄化合物は、有機硫化物化合物または有機ポリ硫化物化合物の内の１種または２種以上であることが好ましい。
【００１５】
スルホン基またはホスホン基を有する有機硫黄化合物は、その分子中、特にその芳香族および異節環硫化物−スルホン酸またはホスホン酸上にメチル、ブロモ、クロロ、メトキシ、エトキシ、カルボキシ、ヒドロキシのような各種の置換基が含まれてもよい。これらの化合物は、遊離酸、アルカリ金属塩、有機アミン塩、またはその他の形態で使用される。好適な他の有機２価硫黄化合物中には、ＨＯ_３Ｐ−（ＣＨ_２）_３−Ｓ−Ｓ−（ＣＨ_２）_３−ＰＯ_３Ｈ、ならびにメルカプタン、チオカルバメート、チオールカルバメート、チオゼンセートおよび少なくともスルホン基またはホスホン基１個を有するチオカルボネートが包含される。また、特に好ましい有機２価硫黄化合物は、一般式
ＸＲ_１−（Ｓ）_ｎ−Ｒ_２−ＳＯ_３ＹまたはＸＲ_１−（Ｓ）_ｎ−Ｒ_２−ＰＯ_３Ｙ
（式中Ｒ_１およびＲ_２は同一基または異なる基の場合もある。Ｘは、水素、ＳＯ_３ＨまたはＰＯ_３Ｈであり、ｎは２−６の整数である。）で示される有機ポリ硫黄化合物である。前記有機硫黄化合物添加剤の濃度は、一般的には１〜１００ｍｇ／ｌである。
【００１６】
上記式の有機２価硫黄化合物は、少なくとも２個の２価硫黄原子が隣接していて、分子中に１個または２個の末端スルホン酸基またはホスホン酸基を有する脂肪族ポリ硫化物である。分子のアルキレン部分は、メチル、ブロモ、クロロ、メトキシ、エトキシ、カルボキシ、ヒドロキシのおよびその他の基で置換されていてもよい。これらの化合物は遊離酸、アルカリ金属塩、有機アミン塩、またはその他の形態で使用される。
【００１７】
めっき液は、添加剤として界面活性剤を更に含んでいてもよい。界面活性剤を更に添加することで、めっき液の濡れ性を改善して、小さな穴でもめっき液が入り易くするとともに、基板表面での銅の析出をより抑制して、微細ホールやトレンチの底部への銅の埋込み性を更に向上させることができる。この界面活性剤としては、例えばポリアルキレングリコールやそのＥＯ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）、ＰＯ（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）付加物であるようなポリエーテル水類や第４級アンモニウム塩等からなる化合物が挙げられる。
【００１８】
本発明のめっき方法は、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、１価または２価の銅イオンと錯化剤とを有し、添加剤として有機硫黄化合物を添加しためっき液に前記基板表面を接触させてめっき処理を行うことを特徴とする。
この方法によれば、シード層に薄肉部がある場合に、この薄肉部を銅めっき処理で補強して完全なものとしたり、高アスペクト比のトレンチやビアホール等であっても、この内部に銅を確実に埋込んだりすることができる。
【００１９】
本発明の他のめっき方法は、バリア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、１価または２価の銅イオンと錯化剤とを有し、添加剤として有機硫黄化合物を添加しためっき液に前記基板表面を接触させてめっき処理を行うことを特徴とする特徴とする。
【００２０】
本発明の更に他のめっき方法は、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、１価または２価の銅イオンと錯化剤を有し、添加剤として有機硫黄化合物を添加した第１めっき液に基板表面を接触させて第１段めっき処理を行い、レベリング性に優れた組成の第２めっき液に基板表面を接触させて第２段めっき処理を行うことを特徴とする。
【００２１】
本発明の更に他のめっき方法は、バリア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、１価または２価の銅イオンと錯化剤を有し、添加剤として有機硫黄化合物を添加した第１めっき液に基板表面を接触させて第１段めっき処理を行い、レベリング性に優れた組成の第２めっき液に基板表面を接触させて第２段めっき処理を行うことを特徴とする。
【００２２】
本発明のめっき装置は、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の表面に第１段めっき処理を行う第１めっき処理部と、１価または２価の銅イオンと錯化剤を有し、添加剤として有機硫黄化合物を添加した均一電着性に優れた組成の第１めっき液を前記第１めっき処理部のめっき室に供給する第１めっき液供給部と、前記第１めっき処理後の基板の表面に第２段めっき処理を行う第２めっき処理部と、レベリング性に優れた組成の第２めっき液を前記第２めっき処理部のめっき室に供給する第２めっき液供給部と、前記前記第１めっき部と前記第２めっき部との間に基板を搬送する搬送部とを有することを特徴とする。
【００２３】
発明を実施するための最良の形態
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図を示す。このめっき装置は、ロード・アンロード部５１０、各一対の洗浄・乾燥処理部５１２、第１基板ステージ５１４、ベベルエッチ・薬液洗浄部５１６及び第２基板ステージ５１８、基板を１８０゜反転させる機能を有する水洗部５２０及び４基のめっき処理部５２２を有している。このめっき装置は、更に、ロード・アンロード部５１０、洗浄・乾燥処理部５１２及び第１基板ステージ５１４との間で基板の受渡しを行う第１搬送装置５２４と、第１基板ステージ５１４、ベベルエッチ・薬液洗浄部５１６及び第２基板ステージ５１８との間で基板の受渡しを行う第２搬送装置５２６と、第２基板ステージ５１８、水洗部５２０及びめっき処理部５２２との間で基板の受渡しを行う第３搬送装置５２８が備えられている。
【００２４】
めっき装置の内部は、仕切り壁５２３によってめっき空間５３０と清浄空間５４０に仕切られている。これらの各めっき空間５３０と清浄空間５４０は、それぞれ独自に給排気できるようになっている。仕切り壁５２３には、開閉自在なシャッタ（図示せず）が設けられている。清浄空間５４０の圧力は、大気圧より低く、かつめっき空間５３０の圧力より高くしてある。これにより、清浄空間５４０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５３０内の空気が清浄空間５４０内に流入することがないようになっている。
【００２５】
図２は、めっき装置内の気流の流れの概要を示す。清浄空間５４０においては、配管５４３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５４４を通して清浄空間５４０内に押込まれる。これにより、ダウンフローのクリーンエアは、天井５４５ａより洗浄・乾燥処理部５１２及びベベルエッチ・薬液洗浄部５１６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５４５ｂから循環配管５５２を通して天井５４５ａ側に戻され、再び高性能フィルタ５４４を通してファンにより清浄空間５４０内に押込まれて清浄空間５４０内を循環する。一部の気流は、洗浄・乾燥処理部５１２及びベベルエッチ・薬液処理部５１６内から配管５４６により外部に排気され、これにより、清浄空間５４０内は、大気圧より低い圧力に設定される。
【００２６】
水洗部５２０及びめっき処理部５２２が存在するめっき空間５３０は、清浄空間ではない（汚染ゾーン）。しかし、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５４７から取込まれ高性能フィルタ５４８を通して天井５４９ａ側からファンによりめっき空間５３０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５３０内を清浄空間５４０より低い圧力に保つ程度に配管５５３より外部排気を行い、ダウンフローの大部分の気流を床５４９ｂから延びる循環配管５５０を通した循環気流でまかなうようにしている。
【００２７】
これにより、循環配管５５０から天井５４９ａ側に戻ったエアは、再びファンにより高性能フィルタ５４８を通ってめっき空間５３０内に押込まれ。これにより、クリーンエアがめっき空間５３０内に供給され該めっき空間５３０内を循環する。ここで、水洗部５２０、めっき処理部５２２、搬送装置５２８及びめっき液調整タンク５５１からの薬液ミストや気体を含むエアは、前記配管５５３を通して外部に排出される。これにより、めっき空間５３０内は、清浄空間５４０より低い圧力に設定される。
【００２８】
ロード・アンロード部５１０内に圧力は、めっき空間５３０内より高い圧力の清浄空間５４０内の圧力よりも高い。従って、シャッタ（図示せず）を開放すると、空気は、図３に示すように、ロード・アンロード部５１０、清浄空間５４０及びめっき空間５３０の順に流れる。清浄空間５４０及びめっき空間５３０から排出された空気は、ダクト５５２及び５５３を通して、クリーンルームから延びる集合排気ダクト５５４（図４参照）に流入する。
【００２９】
図４は、クリーンルーム内に配置された、図１に示すめっき装置の外観図である。ロード・アンロード部５１０は、カセット受渡し口５５５と操作パネル５５６を備えた側壁を有し、この側壁は、クリーンルーム内を仕切壁５５７で区画されたワーキングゾーン５５８に露出している。仕切壁５５７は、クリーンルーム内をめっき装置が設置されるユーティリティゾーン５５９に区画している。めっき装置の他の側壁は、ワーキングゾーン５５８内の空気清浄度よりも低い空気清浄度のユーティリティゾーン５５９に露出している。
【００３０】
図５は、めっき処理部５２２の主要部を示す。めっき処理部５２２は、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５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。
【００３１】
前記めっき処理槽４６には、めっき室４９を有するめっき槽５０が備えられている。めっき室４９は、上方に開放し、底部にアノード４８を有しており、内部にめっき液４５を保有する。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ている。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。
【００３２】
めっき液供給路は、めっき液供給パイプ５５を介して、図６に示すめっき液調整タンク４０に接続されている。背圧を一定に制御する制御弁５６が、各めっき液供給パイプ５５に設置されている。
【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が配置されている。パンチプレート２２は、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。
【００３４】
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が設けられている、更に、めっき槽５０には、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を流れためっき液は、めっき槽５０の底部で合流して、めっき槽５０から流出する。第３めっき液排出口１２０を設ける代わりに、図１１Ａ乃至図１１Ｃ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２２２を設け、この開口２２２を通過しためっき液４５が、第２めっき液排出口５９に排出されるようにしてもよい。
【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か、または開口２２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１１Ａに示すように、堰部材５８をオーバーフローさせて第２めっき液排出口５９からも外部に排出する。一方、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１２０から外部に排出するか、または図１１Ｂ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から外部に排出する。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１１Ｄ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ている。これによって、非めっき時に貫通孔２２４を通過させてめっき液を第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。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６に示すように、第１めっき液排出口５７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が付設されている。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がめっき液噴出ノズル５３に供給される。このめっき液調整タンク４０から各めっき処理部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。
【００３９】
図５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６２と水平整流リング６３が配置されている。水平整流リング６３は、その外周端部でめっき槽５０に固着され、鉛直整流リング６２は、水平調整リング６３に連結されている。
【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１０に示すように、内方に突出するリング状の基板保持部７２が設けられている。この基板保持部７２にリング状のシール材２４４が取付けられている。シール材２４４は、内方に突出し、上面の先端が上方に尖塔状に突出する形状に形成されている。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。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。
【００４１】
これによって、図８に示すように、めっき室４９内のめっき液４５の液面を下げた状態で、図９及び図１０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の上面に載置する。次に、吸着ハンドＨをハウジング７０から引抜き、押圧リング２４０を下降させて、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を保持する。この保持に際して、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する。同時に、基板Ｗとカソード電極用接点７６とを通電する。
【００４２】
図５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。押圧ロッド２４２は、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ている。スライダ２５４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。これによって、押圧ロッド２４２は、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。
【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に取付けられている。支持体２５０は、上部ハウジング２６４に囲繞され、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。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８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。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。しかし、支持体２５０と上部ハウジング２６４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。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５０ｂが一体に設けられている。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、このカバー５０ｂ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９は、基板芯出し機構２７０の詳細を示す。基板芯出し機構２７０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とを有している。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ている。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２７８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ている。位置決めブロック２７４の上面２７４ａは、ストッパとしての役割を果たすもので、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。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の上に載置する。この場合、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２７４が元の位置に復帰する。これによって、基板の芯出しが行われる。
【００４７】
図１３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。この給電接点７７は、プランジャで構成され、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、このめっき処理部５２２によるめっき処理について説明する。
先ず、めっき処理部５２２に基板を受渡す時には、図１に示す第３搬送装置５２８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る。しかる後、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上に載置する。そして、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を中速で回転させる。めっき室４９内にめっき液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、１００ｍｉｎ^−１）に低下させる。そして、アノード４８を陽極、基板Ｗの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１１Ｄ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、第３搬送装置５２８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】
このめっき処理部５２２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ることができる。しかも、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うことができる。更に、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】
次に、図１４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５２２の内の１基を第１段めっき処理用の第１めっき処理部５２２ａとして、他の３基を第２段めっき処理用の第２めっき処理部２２ｂとして使用している。図２０Ａに示すシード層７の薄肉部を第１めっき処理部５２２ａ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、この補強したシード層の上に、第２めっき処理部５２２ｂによる第２段めっき処理で銅の埋込みを行う。
【００５４】
第１めっき処理部５２２ａにあっては、めっき液４５（図５参照）として、１価または２価の銅イオンと錯化剤を有し、添加剤として有機硫黄化合物、更には、必要に応じて、界面活性剤類やｐＨ調整剤を添加した、均一電着性に優れためっき液（第１めっき液）を使用している。
この１価または２価の銅イオンは、例えば、硫酸銅、酢酸銅、塩化銅、ピロ隣酸銅、ＥＤＴＡ−銅、硝酸銅、スルファミン酸銅、炭酸銅、酸化銅、シアン化銅などの銅塩から供給される。
【００５５】
錯化剤としては、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、ピロ隣酸、イミノ二酢酸、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、エチレンジアミンチェ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並びにそれらの誘導体、及びそれらの塩類等が挙げられる。
【００５６】
銅めっき液に添加剤として添加される有機硫黄化合物には、例えば、下記の第Ｉ群の有機硫化物スルホン酸化合物（有機硫化物化合物）（１）〜（２４）、下記の第ＩＩ群の有機硫黄化合物（有機硫化物化合物）（１）〜（９）、または下記の第ＩＩＩ群の有機ポリ硫化物化合物（１）〜（７）が含まれる。
これらの化合物は、１種または２種以上が混合されて使用される。
【００５７】
第Ｉ群
（１）

（２）

（３）

（４）

（５）

（６）

（７）

（８）

（９）

（１０）

（１１）

（１２）

（１３）

（１４）

（１５）

（１６）

（１７）

（１８）

（１９）

（２０）

（２１）

（２２）

（２３）

（２４）

【００５８】
第 ＩＩ 群
（１）Ｎ，Ｎ−ジエチルジチオカルバミン酸（ω−スルホプロピル）エステル（ナトリウム塩）
（２）メルカプトベンズチオゾール−Ｓ−プロパンスルホン酸ナトリウム
（３）３−メルカプトプロパン−１−スルホン酸ナトリウム
（４）チオリン酸−Ｏ−エチル−ビス−（ω−スルホプロピル）エステル（２ナトリウム塩）
（５）チオリン酸−トリス−（ω−スルホプロピル）エステル（３ナトリウム塩）
（６）イソチオシアノプロピルスルホン酸ナトリウム
（７）チオグリコール酸
（８）エチレンジチオジプロピルスルホン酸ナトリウム
（９）チオアセトアミド−Ｓ−プロピルスルホン酸ナトリウム
【００５９】
第 ＩＩＩ 群
（１）ＣＨ_３−Ｓ−Ｓ−ＣＨ_２−ＳＯ_３Ｈ
（２）ＣＨ_３−Ｓ−Ｓ−Ｓ−（ＣＨ_２）_４−ＳＯ_３Ｈ
（３）ＨＯ_３Ｓ−ＣＨ_２−Ｓ−Ｓ−Ｓ−Ｓ−Ｓ−ＣＨ_２−ＳＯ_３Ｈ
（４）ＨＯ_３Ｓ−（ＣＨ_２）_３−Ｓ−Ｓ−（ＣＨ_２）_３−ＳＯ_３Ｈ
（５）（ＣＨ_３）_２ＣＨＣＨ_２−Ｓ−Ｓ−ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）_２
（６）（ＣＨ_３）_３Ｃ−Ｓ−Ｓ−Ｃ（ＣＨ_２）_２ＳＯ_３Ｈ
（７）ＨＯ_３Ｓ−（ＣＨ_２）_４−Ｓ−Ｓ−（ＣＨ_２）_４−ＳＯ_３Ｈ
【００６０】
界面活性剤類は、濡れ性を改善して、小さな穴でもめっき液が入り易くするとともに、基板表面に銅が析出するのを抑制して埋込み性を更に向上させるために第１めっき液に添加される。この界面活性剤類としては、例えばポリアルキレングリコールやそのＥＯ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）、ＰＯ（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）付加物であるようなポリエーテル水類や第４級アンモニウム塩等からなる化合物が挙げられる。
【００６１】
また、第１めっき液は、コリン等のｐＨ調整剤を添加することで、ｐＨ７〜１４、好ましくはｐＨ８〜１０、さらに好ましくはｐＨ９に調整される。めっき液のｐＨが低すぎると、錯体が有効に結びつかずに不完全となる。逆にｐＨが高すぎると、錯体が別の形となって沈殿物ができる。前述の範囲にｐＨを調整することで、このような問題を回避することができる。ｐＨ調整剤としては、コリン、硫酸、塩酸、リン酸、アンモニア及びＴＭＡＨ（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ） 等が挙げられる。
第２めっき処理部５２２ｂにあっては、めっき液４５（図５参照）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めっき液）を使用している。
【００６２】
先ず、表面に給電層としてのシード層７（図１９Ａ参照）を形成した基板Ｗをロード・アンロード部５１０から第１搬送装置５２４で一枚ずつ取り出し、第１基板ステージ５１４及び第２基板ステージ５１８を経由して第１めっき処理部５２２ａに搬入する（ステップ１）。
【００６３】
次に、この第１めっき処理部５２２ａで第１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）。この第１めっき処理部５２２ａに使用される第１めっき液は、例えばピロ隣酸銅をベースとして、これにピロ隣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１５に示す陰分極曲線を比較したとき、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、Ｂ浴のような、分極の高いめっき液を使用することで、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膜を成膜できる。
【００６４】
更に、第１めっき液に、添加剤として、有機硫黄化合物を添加することで、従来めっき可能な下地導電層（シード層）より薄いもの（例えば、基材表面での膜厚として１００ｎｍ以下）でもめっきが可能となる。しかも、第１めっき液は、有機硫黄化合物を使用することで、いわゆるボトムアップ性に優れており、従来以上に厳しいアスペクト比のトレンチやホールの底部からの銅めっきによる埋込みが可能となる。これは、銅キレートがキレートを脱ぎすてて基板表面に析出するのを硫黄成分が抑制して、微細なトレンチやホールの奥により多くの銅を析出させることができるためであると考えられる。有機硫黄化合物添加剤は、その分極特性を利用して、電気化学的測定法、具体的には一般的な銅めっき添加剤の濃度測定法であるＣＶＳ法などで容易に濃度測定が可能である。更に、有機硫黄化合物添加剤は、めっき液中で極めて安定であることから液管理が容易である。この有機硫黄化合物添加剤の濃度は、一般的には０．１〜５００ｍｇ／ｌ、好ましくは０．５〜１００ｍｇ／ｌ、より好ましくは１〜５０ｍｇ／ｌである。
【００６５】
また、第１めっき液に、必要に応じて、添加剤として界面活性剤類を更に添加することで、めっき液の濡れ性を改善して、小さな穴でもめっき液が入り易くするとともに、基板表面での銅の析出をより抑制して銅の埋込み性を更に向上させることができる。
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ものを使用することで、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を防止することができる。
【００６６】
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。これらの内、パルス、ＰＲパルスを使用することが好ましい。このような源源を使用することで、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。
【００６７】
直流電源の場合、電流密度は、０．０１Ａ／ｄｍ^２〜３０Ａ／ｄｍ^２が適用可能であり、０．１Ａ／ｄｍ^２〜３Ａ／ｄｍ^２が好ましい。パルス電源の場合は、０．０１Ａ／ｄｍ^２〜２００Ａ／ｄｍ^２が適用可能である。この範囲の電流密度により、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、第１めっき液の温度は、１０℃〜８０℃が適用可能であり、２５℃程度が好ましい。
【００６８】
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５２０に搬送して水洗し、しかる後、水洗後の基板Ｗを第２めっき処理部５２２ｂの一つに搬送する（ステップ３）。
【００６９】
次に、この第２めっき処理部５２２ｂ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１０〜１００ｇ／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）。第１段めっき処理を施すことで、シード層７（図１９Ａ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、第２段めっき処理でシード層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。
【００７０】
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する。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る。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。
【００７１】
第２段めっき処理終了後、必要に応じて、基板Ｗを水洗部５２０に搬送して水洗する（ステップ５）。しかる後、基板Ｗをベベルエッチ・薬液洗浄部５１６に搬送し、ここで、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５１２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５２４でロード・アンロード部５１０のカセットに戻す（ステップ８）。
【００７２】
ステップ７とステップ８との間に基板Ｗのアニール処理を行っても良い。２００〜５００℃の温度、好ましくは４００℃程度の温度で基板のアニールを行うことで、基板表面に形成された銅膜の電気特性を向上させることができる。例えば、ベベルエッチ・薬液洗浄部５１６に洗浄・乾燥機能が補助的に備えられている場合には、洗浄・乾燥処理部５１２の代わりに、アニール部（アニールユニット）を設置しても良い。
【００７３】
図１６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５２２を全て銅埋込み用に使用する。この例では、前述のようなシード層の薄肉部の補強を行わない。このめっき処理部５２２にあっては、その銅めっき液４５（図５参照）として、前述の第１めっき液と同様に、１価または２価の銅イオンと錯化剤を有し、添加剤として有機硫黄化合物、更には、必要に応じて、界面活性剤類やｐＨ調整剤を添加した、均一電着性に優れためっき液を使用している。
【００７４】
先ず、表面に給電層としてのシード層７（図１９Ａ参照）を形成した基板Ｗをロード・アンロード部５１０から第１搬送装置５２４で一枚ずつ取り出し、第１基板ステージ５１４及び第２基板ステージ５１８を経由して、一つのめっき処理部５２２に搬入する（ステップ１）。
【００７５】
次に、このめっき処理部５２２で、前述の第１めっき液を使用した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めっき処理部５２２ａに使用された第１めっき液と同様に分極が高い。この高い分極によって、めっき液は、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ることができる。更に、めっき液は、めっきを成長させてボイドのない銅の埋込みを行うことができる。この時のめっき条件等は、本発明の第１の実施の形態の第１段めっき処理とほぼ同様である。
【００７６】
めっき処理終了後、必要に応じて、基板Ｗを水洗部５２０に搬送して水洗する（ステップ３）。しかる後、基板Ｗをベベルエッチ・薬液洗浄部５１６に搬送し、ここで、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４）。そして、基板を洗浄・乾燥処理部５１２に搬送し、ここで、基板Ｗの洗浄・乾燥処理を行う（ステップ５）。次に、この基板を第１搬送装置５２４でロード・アンロード部５１０のカセットに戻す（ステップ６）。
図１４の洗浄・乾燥処理（ステップ５）とアンロード処理（ステップ６）との間にアニール処理を行っても良い。
【００７７】
図２１は、他の基板めっき装置の平面図である。図２１に示す基板めっき装置は、半導体基板を搬入するロード部６０１、半導体基板に銅めっきを行う銅めっき槽６０２、半導体基板を水で洗浄する一対の水洗槽６０３，６０４、半導体基板に化学機械的研磨を行う化学機械的研磨部６０５、半導体基板を水で洗浄する一対の水洗槽６０６，６０７、半導体基板を乾燥させる乾燥槽６０８及び配線層形成が終了した半導体基板を搬出するアンロード部６０９を具備している。基板めっき装置は、これら各槽６０２，６０３，６０４、化学機械的研磨部６０５、各槽６０６，６０７，６０８、アンロード部６０９に半導体基板を移送する図示しない基板移送手段が備えられている。ロード部６０１、各槽６０２，６０３，６０４、化学機械的研磨部６０５、各槽６０６，６０７，６０８、アンロード部６０９は１つの装置として構成されている。
【００７８】
基板めっき装置の操作は以下の通りである。基板移送手段により、ロード部６０１に載置された基板カセット６０１−１から、配線層が形成されていない半導体基板を取り出し、銅めっき槽６０２に移送する。銅めっき槽６０２において、配線溝や配線孔（コンタクトホール）からなる配線部を含む半導体基板Ｗの表面上に銅めっき層を形成する。
【００７９】
銅めっき槽６０２で銅めっき層の形成が終了した半導体基板Ｗを、基板移送手段で水洗槽６０３，６０４の一方に移送し、この水洗槽６０３，６０４の一方で水洗を行う。水洗後の半導体基板Ｗを基板移送手段で化学機械的研磨部６０５に移送する。この化学機械的研磨部６０５で、銅めっき層から配線溝や配線孔に形成した銅めっき層を残して、半導体基板Ｗの表面上の余剰な銅めっき層を除去する。半導体基板Ｗの表面には、銅めっき層を形成する前に、配線溝や配線孔の内周面を含めて、ＴｉＮ等からなるバリア層が形成されている。
【００８０】
銅めっき層を残した半導体基板Ｗを、基板移送手段で水洗槽６０６，６０７の一方に送り、この水洗槽６０６，６０７の一方で水洗する。水洗の終了した半導体基板Ｗを乾燥槽６０８で乾燥させ、乾燥の終了した半導体基板Ｗを配線層の形成の終了した半導体基板として、アンロード部６０９の基板カセット６０９−１に格納する。
【００８１】
図２２は、他の基板めっき装置の平面図である。図２２に示す基板めっき装置が図２１に示す基板めっき装置と異なる点は、銅めっき槽６０２、水洗槽６０３、前処理槽６１１、半導体基板上の銅めっき膜の表面に保護膜を形成する保護膜めっき槽６１２、水洗槽６１３，６１４、化学機械的研磨部６１５を追加している。ロード部６０１、各槽６０２，６０２，６０３，６０４，６１４、化学機械的研磨部６０５，６１５、各槽６０６，６０７，６０８，６１０，６１１，６１２，６１３及びアンロード部６０９は、１つの装置として構成されている。
【００８２】
図２２に示す基板めっき装置の操作は、以下の通りである。ロード部６０１に載置された基板カセット６０１−１に収容された半導体基板Ｗは、連続的に銅めっき槽６０２，６０２のいずれかに供給される。この銅めっき槽６０２，６０２のいずれかで、配線溝や配線孔（コンタクトホール）からなる配線部を含む半導体基板Ｗの表面上に銅めっき層を形成する。２つのめっき槽６０２，６０２は、半導体基板Ｗに長い時間に亘って銅めっきを行うときに使用される。つまり、半導体基板Ｗには、一方の銅めっき槽６０２による電解銅めっきによって、初期の銅めっき膜が形成され、しかる後、他の銅めっき槽６０２により電解めっきによって、２次めっき膜が形成される。基板めっき装置は。２以上の銅めっき槽を備えるようにしてもよい。
【００８３】
銅めっき層を形成した半導体基板Ｗは、水洗槽６０３，６０４の一方で水洗される。その後、化学機械的研磨部６０５で配線溝や配線孔に形成した銅めっき層を残して、半導体基板Ｗの表面上の不要な銅めっき層の不要な部分を除去する。
【００８４】
続いて、銅めっき層を残した半導体基板Ｗを水洗槽６１０に移送し、ここで基板を水洗する。続いて、基板を前処理槽６１１に搬送して、保護めっき膜を形成するための前処理を行う。この前処理の終了した半導体基板Ｗを保護膜めっき槽６１２に移送する。保護膜めっき槽６１２で半導体基板Ｗの配線部に形成した銅めっき層の上に保護めっき膜を形成する。この保護めっき膜は、例えば無電解めっきによるニッケル（Ｎｉ）−ボロン（Ｂ）合金で形成される。
【００８５】
半導体基板Ｗを水洗槽６１３，６１４の一方で水洗した後、銅めっき層上に形成した保護めっき膜の上部を化学機械的研磨部６１５で研磨して、保護めっき膜を平坦化する。
保護めっき膜を研磨した後、半導体基板Ｗを水洗槽６０６，６０７の一方で水洗し、乾燥槽６０８で乾燥させ、アンロード部６０９の基板カセット６０９−１に格納する。
【００８６】
図２３は、他の基板めっき装置の平面図である。図２３に示すように、この基板めっき装置は、ロボットアーム６１６−１を有したロボット６１６を中央に配置し、ロボット６１６の周囲のロボットアーム６１６−１が到達する範囲に、銅めっき槽６０２，一対の水洗槽６０３，６０４、化学機械的研磨部６０５、前処理槽６１１、保護膜めっき槽６１２、乾燥槽６０８及びロード・アンロード部６１７を配置している。ロード・アンロード部６１７に隣接して、半導体基板の搬入を行うロード部６０１と半導体基板の搬出を行うアンロード部６０９が配置されている。ロボット６１６、各槽６０２，６０３，６０４、化学機械的研磨部６０５、各槽６０８，６１１，６１２、ロード・アンロード部６１７、ロード部６０１、アンロード部６０９は１つの装置として構成されている。
【００８７】
図２３に示す基板めっき装置の操作は、以下の通りである。
めっきされる半導体基板がロード部６０１からロード・アンロード部６１７に移送され、この半導体基板をロボットアーム６１６−１が受け取り、銅めっき槽６０２に移送する。このめっき槽６０２で配線溝や配線孔からなる配線部を含む半導体基板の表面上に銅めっき層を形成する。銅めっき層の形成された半導体基板をロボットアーム６１６−１により化学機械的研磨部６０５に移送する。この化学機械的研磨部６０５で銅めっき層から配線溝や配線孔からなる配線部に形成した銅めっき層を残して半導体基板Ｗの表面上の銅めっき層を除去する。
【００８８】
次に、半導体基板は、ロボットアーム６１６−１により水洗槽６０４に移送され、ここで、基板を水洗する。しかる後、半導体基板は、ロボットアーム６１６−１で前処理槽６１１に移送され、ここで、保護めっき膜を形成するための半導体基板の前処理が行われる。この前処理の終了した半導体基板は、ロボットアーム６１６−１により、保護膜めっき槽６１２に移送される。この保護膜めっき槽６１２で、半導体基板Ｗの配線部に形成した銅めっき層の上に保護めっき膜を形成する。保護めっき膜が形成された半導体基板は、ロボットアーム６１６−１により水洗槽６０４に移送され、ここで半導体基板の水洗を行う。水洗後の半導体基板は、ロボットアーム６１６−１で乾燥槽６０８に移送され、ここで半導体基板を乾燥する。乾燥後の半導体基板は、ロボットアーム６１６−１でロード・アンロード部６１７に移送され、更に配線めっきの終了した半導体基板はアンロード部６０９に移送される。
【００８９】
図２４は、他の半導体基板処理装置の平面構成を示す図である。この半導体基板処理装置は、ロード・アンロード部７０１、Ｃｕめっき膜形成ユニット７０２、第１ロボット７０３、第３洗浄機７０４、反転機７０５、反転機７０６、第２洗浄機７０７、第２ロボット７０８、第１洗浄機７０９、第１ポリッシング装置７１０及び第２ポリッシング装置７１１を配置した構成である。第１ロボット７０３の近傍には、めっき前後の膜厚を測定するめっき前後膜厚測定器７１２と、研磨後で乾燥状態の半導体基板Ｗの膜厚を測定する乾燥状態膜厚測定器７１３が配置されている。
【００９０】
第１ポリッシング装置（研磨ユニット）７１０は、研磨テーブル７１０−１、トップリング７１０−２、トップリングヘッド７１０−３、膜厚測定器７１０−４、プッシャー７１０−５を具備している。第２ポリッシング装置（研磨ユニット）７１１は、研磨テーブル７１１−１、トップリング７１１−２、トップリングヘッド７１１−３、膜厚測定器７１１−４、プッシャー７１１−５を具備している。
【００９１】
コンタクトホールと配線用のトレンチが形成され、その上にシード層が形成された半導体基板Ｗを収容したカセット７０１−１をロード・アンロード部７０１のロードポートに載置する。第１ロボット７０３は、半導体基板Ｗをカセット７０１−１から取り出し、Ｃｕめっき膜形成ユニット７０２に搬入し、Ｃｕめっき膜を形成する。その時、めっき前後膜厚測定器７１２でシード層の膜厚を測定する。Ｃｕめっき膜の成膜は、まず半導体基板Ｗの表面の親水処理を行い、その後Ｃｕめっきを行って形成する。Ｃｕめっき膜の形成後、Ｃｕめっき膜形成ユニット７０２で半導体基板Ｗのリンス若しくは洗浄を行う。
【００９２】
第１ロボット７０３でＣｕめっき膜形成ユニット７０２から半導体基板Ｗを取り出したとき、めっき前後膜厚測定器７１２でＣｕめっき膜の膜厚を測定する。その測定結果は、記録装置（図示せず）に半導体基板の記録データとして記録され、なお且つ、Ｃｕめっき膜形成ユニット７０２の異常の判定にも使用される。膜厚測定後、第１ロボット７０３が反転機７０５に半導体基板Ｗを渡し、この反転機７０５で反転させる（Ｃｕめっき膜が形成された面が下になる）。第１ポリッシング装置７１０、第２ポリッシング装置７１１による研磨には、シリーズモードとパラレルモードがある。以下、シリーズモードの研磨について説明する。
【００９３】
シリーズモード研磨にあっては、１次研磨をポリッシング装置７１０で行い、２次研磨をポリッシング装置７１１で行う。第２ロボット７０８で反転機７０５上の半導体基板Ｗを取上げ、ポリッシング装置７１０のプッシャー７１０−５上に半導体基板Ｗを載せる。トップリング７１０−２は、プッシャー７１０−５上の該半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル７１０−１の研磨面に半導体基板ＷのＣｕめっき膜形成面を当接させ、所定の圧力の下で１次研磨を行う。この１次研磨では、基本的にＣｕめっき膜が研磨される。研磨テーブル７１０−１の研磨面は、ＩＣ１０００のような発泡ポリウレタン、また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。この研磨面と半導体基板Ｗの相対運動でＣｕめっき膜が研磨される。
【００９４】
Ｃｕめっき膜の研磨終了後、トップリング７１０−２で半導体基板Ｗをプッシャー７１０−５上に戻す。第２ロボット７０８は、この半導体基板Ｗを取上げ、第１洗浄機７０９に入れる。この時、プッシャー７１０−５上にある半導体基板Ｗの表面及び裏面に薬液を噴射することで、半導体基板上のパーティクルを除去したり、付き難くしたりすることができる。
【００９５】
第１洗浄機７０９における洗浄終了後、第２ロボット７０８で半導体基板Ｗを取上げ、第２ポリッシング装置７１１のプッシャー７１１−５上に半導体基板Ｗを載せる。トップリング７１１−２でプッシャー７１１−５上の半導体基板Ｗを吸着し、該半導体基板Ｗのバリア層を形成した面を研磨テーブル７１１−１の研磨面に当接させ、所定の圧力の下で２次研磨を行う。この２次研磨ではバリア層が研磨される。但し、上記１次研磨で残ったＣｕ膜や酸化膜も研磨されるケースもある。
【００９６】
研磨テーブル７１１−１の研磨面は、ＩＣ１０００のような発泡ポリウレタン、または砥粒を固定若しくは含浸させたもので構成される。この研磨面と半導体基板Ｗの相対運動で研磨される。このとき、砥粒若しくはスラリーには、シリカ、アルミナ、セリア等が用いられる。薬液は、研磨したい膜種により調整される。
【００９７】
２次研磨の終点の検知は、光学式の膜厚測定器を用いてバリア層の膜厚を測定し、膜厚が０になったこと、またはＳｉＯ_２からなる絶縁膜の現出を検知して行う。また、研磨テーブル７１１−１の近傍に設けた膜厚測定器７１１−４として画像処理機能付きの膜厚測定器が用いられる。この測定器で酸化膜の測定を行い、半導体基板Ｗの加工記録として残したり、２次研磨の終了した半導体基板Ｗを次の工程に移送できるか否かの判定を行う。２次研磨終点に達していない場合は、再研磨を行う。なんらかの異常で規定値を超えて研磨された場合は、次の研磨を行わないよう半導体基板処理装置を停止させて不良品を増やさないようにする。
【００９８】
２次研磨終了後、トップリング７１１−２で半導体基板Ｗをプッシャー７１１−５まで移動させる。プッシャー７１１−５上の半導体基板Ｗを第２ロボット７０８で取上げる。この時、プッシャー７１１−５上で薬液を半導体基板Ｗの表面及び裏面に噴射することで、パーティクルを除去したり、付く難くしたりすることができる。
【００９９】
第２ロボット７０８は、半導体基板Ｗを第２洗浄機７０７に搬入し、ここで半導体基板Ｗの洗浄を行う。第２洗浄機７０７の構成も第１洗浄機７０９と同じ構成である。半導体基板Ｗの表面は、主にパーティクル除去のために、純水に界面活性剤、キレート剤、またｐＨ調整剤を加えた洗浄液を用いて、ＰＶＡスポンジロールによりスクラブ洗浄される。半導体基板Ｗの裏面には、ノズルからＤＨＦ等の強い薬液を噴出し、拡散しているＣｕをエッチングする。拡散の問題がなければ、表面と同じ薬液を用いてＰＶＡスポンジロールによるスクラブ洗浄する。
【０１００】
上記洗浄の終了後、半導体基板Ｗを第２ロボット７０８で取上げ、反転機７０６に移し、この反転機７０６で反転させる。この反転させた半導体基板Ｗを第１ロボット７０３で取上げ第３洗浄機７０４に入れる。第３洗浄機７０４では、半導体基板Ｗの表面に超音波振動により励起されたメガソニック水を噴射して半導体基板Ｗを洗浄する。この時、純水に界面活性剤、キレート剤、またｐＨ調整剤を加えた洗浄液を用いて公知のペンシル型スポンジで半導体基板Ｗの表面を洗浄してもよい。その後、スピン乾燥により、半導体基板Ｗを乾燥させる。
【０１０１】
上記のように研磨テーブル７１１−１の近傍に設けた膜厚測定器７１１−４で膜厚を測定した場合は、半導体基板Ｗは、更に処理を施すことなく、そのままロード・アンロード部７１１のアンロードポートに載置されたカセットに収容される。
【０１０２】
図２５は、他の半導体基板処理装置の平面構成を示す図である。この基板処理装置が図２４に示す基板処理装置と異なる点は、図２４に示すＣｕめっき膜形成ユニット７０２の代わりに蓋めっきユニット７５０を設けた点である。
Ｃｕめっき膜を形成した半導体基板Ｗを収容したカセット７０１−１は、ロード・アンロード部７０１のロードポートに載置される。カセット７０１−１から取り出された半導体基板Ｗは、第１ポリッシング装置７１０または第２ポリッシング装置７１１に搬送されて、ここでＣｕめっき膜の表面が研磨される。Ｃｕめっき膜の研磨終了後、半導体基板Ｗは、第１洗浄機７０９で洗浄される。
【０１０３】
第１洗浄機７０９で洗浄された半導体基板Ｗは、蓋めっきユニット７５０に搬送され、ここでＣｕめっき膜の表面に蓋めっきが施され、これによって、Ｃｕめっき膜が大気中で酸化することが防止される。蓋めっきを施した半導体基板は、第２ロボット７０８によって蓋めっきユニット７５０から第２洗浄機７０７に搬送され、ここで純水または脱イオン水で洗浄される。洗浄後の半導体基板は、ロード・アンロード部７０１に載置されたカセット７０１−１に戻される。
【０１０４】
図２６は、更に他の半導体基板処理装置の平面構成を示す図である。この基板処理装置が図２５に示す基板処理装置と異なる点は、図２５に示す第３洗浄機７０９の代わりにアニールユニット７５１を設けた点である。
前述のようにして、ポリッシング装置７１０または７１１で研磨され、第１洗浄機７０９で洗浄された半導体基板Ｗは、蓋めっきユニット７５０に搬送され、ここでＣｕめっき膜の表面に蓋めっきが施される。この蓋めっきが施された半導体基板は、第２ロボット７３２によって、蓋めっきユニット７５０から第１洗浄機７０７に搬送され、ここで洗浄される。
【０１０５】
第１洗浄機７０９で洗浄された半導体基板Ｗは、アニールユニット７５１に搬送され、ここでアニールされ、これによって、Ｃｕめっき膜が合金化されてＣｕめっき膜のエレクトロンマイグレーション耐性が向上する。アニールが施された半導体基板Ｗは、アニールユニット７５１から第２洗浄機７０７に搬送され、ここで純水または脱イオン水で洗浄される。洗浄後の半導体基板Ｗは、ロード・アンロード部７０１に載置されたカセット７０１−１に戻される。
【０１０６】
図２７は、他の基板処理装置の平面配置構成を示す図である。図２７において、図２４と同一符号を付した部分は、同一または相当部分を示す。この基板処理装置は、第１ポリッシング装置７１０と第２ポリッシング装置７１１に接近してプッシャーインデクサー７２５を配置している。第３洗浄機７０４とＣｕめっき膜形成ユニット７０２の近傍にそれぞれ基板載置台７２１，７２２を配置している。第１洗浄機７０９と第３洗浄機７０４の近傍にロボット７２３を配置している。更に、第２洗浄機７０７とＣｕめっき膜形成ユニット７０２の近傍にロボット７２４を配置し、ロード・アンロード部７０１と第１ロボット７０３の近傍に乾燥状態膜厚測定器７１３を配置している。
【０１０７】
上記構成の基板処理装置において、第１ロボット７０３は、ロード・アンロード部７０１のロードポートに載置されているカセット７０１−１から半導体基板Ｗを取り出す。乾燥状態膜厚測定器７１３でバリア層及びシード層の膜厚を測定した後、第１ロボット７０３で半導体基板Ｗを基板載置台７２１に載せる。乾燥状態膜厚測定器７１３が第１ロボット７０３のハンドに設けられている場合は、そこで膜厚を測定し、基板を基板載置台７２１に載せる。第２ロボット７２３で基板載置台７２１上の半導体基板ＷをＣｕめっき膜形成ユニット７０２に移送し、Ｃｕめっき膜を成膜する。Ｃｕめっき膜の成膜後、めっき前後膜厚測定器７１２でＣｕめっき膜の膜厚を測定する。その後、第２ロボット７２３は、半導体基板Ｗをプッシャーインデクサー７２５に移送し搭載する。
【０１０８】
〔シリーズモード〕
シリーズモードでは、トップリングヘッド７１０−２がプッシャーインデクサー７２５上の半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル７１０−１に移送し、研磨テーブル７１０−１上の研磨面に半導体基板Ｗを押圧して研磨を行う。研磨の終点検知は、上記と同様な方法で行う。研磨終了後の半導体基板Ｗは、トップリングヘッド７１０−２でプッシャーインデクサー７２５に移送され搭載される。第２ロボット７２３で半導体基板Ｗを取り出し、第１洗浄機７０９に搬入して洗浄する。次に、半導体基板をプッシャーインデクサー７２５に移送し搭載する。
【０１０９】
トップリングヘッド７１１−２がプッシャーインデクサー７２５上の半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル７１１−１に移送し、研磨テーブル７１１−１の研磨面に半導体基板Ｗを押圧して研磨を行う。研磨の終点検知は上記と同様な方法で行う、研磨終了後の半導体基板Ｗは、トップリングヘッド７１１−２でプッシャーインデクサー７２５に移送され搭載される。第３ロボット７２４は、半導体基板Ｗを取上げ、膜厚測定器７２６で膜厚を測定する。しかる後、半導体基板Ｗを第２洗浄機７０７に搬入して洗浄する。次に、半導体基板Ｗを第３洗浄機７０４に搬入し、ここで洗浄した後にスピンドライで乾燥を行う。その後、第３ロボット７２４で半導体基板Ｗを取上げ、基板載置台７２２上に載せる。
【０１１０】
〔パラレルモード〕
パラレルモードでは、トップリングヘッド７１０−２または７１１−２がプッシャーインデクサー７２５上の半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル７１０−１または７１１−１に移送し、研磨テーブル７１０−１または７１１−１上の研磨面に半導体基板Ｗを押圧して研磨を行う。膜厚を測定した後、第３ロボット７２４で半導体基板Ｗを取上げ、基板載置台７２２上に載せる。
第１ロボット７０３は、基板載置台７２２上の半導体基板Ｗを乾燥状態膜厚測定器７１３に移送する。膜厚を測定した後、半導体基板Ｗをロード・アンロード部７０１のカセット７０１−１に戻す。
【０１１１】
図２８は、他の基板処理装置の平面配置構成を示す図である。この基板処理装置は、シード層が形成されていない半導体基板Ｗに、シード層及びＣｕめっき膜を形成し、これらの膜を研磨して回路配線を形成する基板処理装置である。
この基板研磨装置では、第１ポリッシング装置７１０と第２ポリッシング装置７１１に接近してプッシャーインデクサー７２５を配置し、第２洗浄機７０７とシード層成膜ユニット７２７の近傍にそれぞれ基板載置台７２１，７２２を配置し、シード層成膜ユニット７２７とＣｕめっき膜形成ユニット７０２に接近してロボット７２３を配置している。更に、第１洗浄機７０９と第２洗浄機７０７の近傍にロボット７２４を配置し、ロード・アンロード部７０１と第１ロボット７０２の近傍に乾燥膜厚測定器７１３を配置している。
【０１１２】
第１ロボット７０３は、ロード・アンロード部７０１のロードポートに載置されているカセット７０１−１から、バリア層が形成されている半導体基板Ｗを取り出して基板載置台７２１に載せる。次に、第２ロボット７２３は、半導体基板Ｗをシード層成膜ユニット７２７に搬送し、ここでシード層を形成する。このシード層の成膜は無電解めっきで行う。第２ロボット７２３は、めっき前後膜厚測定器７１２でシード層の形成された半導体基板の該シード層の膜厚を測定する。膜厚測定後、半導体基板をＣｕめっき膜形成ユニット７０２に搬入し、ここでＣｕめっき膜を形成する。
【０１１３】
Ｃｕめっき膜の形成後、その膜厚を測定し、半導体基板をプッシャーインデクサー７２５に移送する。トップリング７１０−２または７１１−２は、プッシャーインデクサー７２５上の半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル７１０−１または７１１−１に移送し研磨する。研磨後、トップリング７１０−２または７１１−２は、半導体基板Ｗを膜厚測定器７１０−４または７１１−４に移送して膜厚を測定する。そして、トップリング７１０−２または７１１−２は、半導体基板Ｗをプッシャーインデクサー７２５に移送して載せる。
【０１１４】
次に、第３ロボット７２４は、プッシャーインデクサー７２５から半導体基板Ｗを取上げ、第１洗浄機７０９に搬入する。第３ロボット７２４は、第１洗浄機７０９から洗浄された半導体基板Ｗを取上げ、第２洗浄機７０７に搬入し、洗浄し乾燥した半導体基板を基板載置台７２２上に載置する。次に、第１ロボット７０３は、半導体基板Ｗを取上げ、乾燥状態膜厚測定器７１３に搬送し、ここで膜厚を測定し、第１ロボット７０３は、ロード・アンロード部７０１のアンロードポートに載置されているカセット７０１−１に収納する。
【０１１５】
図２８に示す基板処理装置においても、回路パターンのコンタクトホールまたはトレンチが形成された半導体基板Ｗ上にバリア層、シード層及びＣｕめっき膜を形成し、これらを研磨して回路配線を形成する。
バリア層形成前の半導体基板Ｗを収容したカセット７０１−１を、ロード・アンロード部７０１のロードポートに載置する。そして、第１ロボット７０３でロード・アンロード部７０１のロードポートに載置されているカセット７０１−１から半導体基板Ｗを取り出して、基板載置台７２１に載せる。次に、第２ロボット７２３は、半導体基板Ｗをシード層成膜ユニット７２７に搬送し、ここでバリア層とシード層を成膜する。バリア層とシード層の成膜は無電解めっきで行う。第２ロボット７２３は、バリア層とシード層を形成した半導体基板Ｗをめっき前後膜厚測定器７１２に搬送し、ここでバリア層とシード層の膜厚を測定する。膜厚測定後、半導体基板ＷをＣｕめっき膜形成ユニット７０２に搬入し、Ｃｕめっき膜を形成する。
【０１１６】
図２９は、他の基板処理装置の平面配置構成を示す図である。この基板処理装置は、バリア層成膜ユニット８１１、シード層成膜ユニット８１２、めっき膜形成ユニット８１３、アニールユニット８１４、第１洗浄ユニット８１５、ベベル・裏面洗浄ユニット８１６、蓋めっきユニット８１７、第２洗浄ユニット８１８、第１アライナ兼膜厚測定器８４１、第２アライナ兼膜厚測定器８４２、第１基板反転機８４３、第２基板反転機８４４、基板仮置き台８４５、第３膜厚測定器８４６、ロード・アンロード部８２０、第１ポリッシング装置８２１、第２ポリッシング装置８２２、第１ロボット８３１、第２ロボット８３２、第３ロボット８３３、第４ロボット８３４を配置した構成である。膜厚測定器８４１，８４２，８４６はユニットになっており、他のユニット（めっき、洗浄、アニール等のユニット）の間口寸法と同一サイズにしているため、入れ替え自在である。
この例では、バリア層成膜ユニット８１１は無電解Ｒｕめっき装置、シード層成膜ユニット８１２は無電解銅めっき装置、めっき膜形成ユニット８１３は電解めっき装置を用いることができる。
【０１１７】
図３０は、基板処理装置内での各工程の流れを示すフローチャートである。このフローチャートに従って、装置内での各工程について説明する。まず、第１ロボット８３１によりロード・アンロードユニット８２０に載置されたカセット８２０ａから取り出された半導体基板は、第１アライナ兼膜厚測定ユニット８４１内に被めっき面を上にして配置される。ここで、膜厚計測を行うポジションの基準点を定めるために、膜厚計測用のノッチアライメントを行った後、Ｃｕ膜形成前の半導体基板の膜厚データを得る。
【０１１８】
次に、半導体基板は、第１ロボット８３１により、バリア層成膜ユニット８１１へ搬送される。このバリア層成膜ユニット８１１は、無電解Ｒｕめっきにより半導体基板上にバリア層を形成する装置で、半導体装置の層間絶縁膜（例えば、ＳｉＯ_２）へのＣｕ拡散防止膜としてＲｕを成膜する。洗浄、乾燥工程を経て払い出された半導体基板は、第１ロボット８３１により第１アライナ兼膜厚測定ユニット８４１に搬送され、半導体基板の膜厚、即ちバリア層の膜厚を測定される。
【０１１９】
膜厚測定された半導体基板は、第２ロボット８３２でシード層成膜ユニット８１２へ搬入され、バリア層上に無電解銅めっきによりシード層が成膜される。洗浄、乾燥工程を経て払い出された半導体基板は、第２ロボット８３２により含浸めっきユニットであるめっきユニット８１３に搬送される前に、ノッチ位置を定めるために第２アライナ兼膜厚測定器８４２に搬送され、Ｃｕめっき用のノッチのアライメントを行う。このアライナ兼膜厚測定器８４２で、必要に応じて、Ｃｕ膜形成前の半導体基板の膜厚を再計測してもよい。
【０１２０】
ノッチアライメントが完了した半導体基板は、第３ロボット８３３によりめっき膜形成ユニット８１３へ搬送され、半導体基板にＣｕめっきが施される。洗浄、乾燥工程を経て払い出された半導体基板は、第３ロボット８３３により半導体基板端部の不要なＣｕ膜（シード層）を除去するためにベベル・裏面洗浄ユニット８１６へ搬送される。ベベル・裏面洗浄ユニット８１６では、予め設定された時間でベベルのエッチングを行うとともに、半導体基板裏面に付着したＣｕをフッ酸等の薬液により洗浄する。この時、ベベル・裏面洗浄ユニット８１６へ半導体基板を搬送する前に、第２アライナ兼膜厚測定器８４２にて半導体基板の膜厚測定を実施して、めっきにより形成された銅膜厚の値を得ておき、その結果により、ベベルのエッチング時間を任意に変えてエッチングを行っても良い。なお、ベベルエッチングによりエッチングされる領域は、基板の周縁部であって回路が形成されない領域、または回路が形成されていても最終的にチップとして利用されない領域である。この領域にはベベル部分が含まれる。
【０１２１】
ベベル・裏面洗浄ユニット８１６で洗浄、乾燥工程を経て払い出された半導体基板は、第３ロボット８３３で基板反転機８４３に搬送される。基板反転機８４３で反転され、被めっき面を下方に向けた半導体基板は、第４ロボット８３４により配線部を安定化させるためにアニールユニット８１４へ投入される。アニール処理前及び／または処理後、半導体基板を第２アライナ兼膜厚測定ユニット８４２に搬入し、半導体基板に形成された銅膜の膜厚を計測する。この後、半導体基板は第４ロボット８３４により第１ポリッシング装置８２１に搬入され、半導体基板のＣｕ層及びシード層の研磨を行う。
【０１２２】
この時、砥粒等は所望のものが用いられるが、ディッシングを防ぎ、表面の平面度を出すために、固定砥粒を用いることもできる。一次ポリッシング終了後、半導体基板は、第４ロボット８３４により第１洗浄ユニット８１５に搬送され、洗浄される。この洗浄は、半導体基板直径とほぼ同じ長さを有するロールを半導体基板の表面と裏面に配置し、半導体基板及びロールを回転させつつ、純水または脱イオン水を流しながら洗浄するスクラブ洗浄である。
【０１２３】
一次洗浄終了後、半導体基板は第４ロボット８３４により第２ポリッシング装置８２２に搬入され、半導体基板上のバリア層が研磨される。この際、砥粒等は所望のものが用いられるが、ディッシングを防ぎ、表面の平面度を出すために、固定砥粒を用いることもできる。二次ポリッシング終了後、半導体基板は第４ロボット８３４により、再度第１洗浄ユニット８１５に搬送され、スクラブ洗浄される。洗浄終了後、半導体基板は、第４ロボット８３４により第２基板反転機８４４に搬送され反転されて、被めっき面を上方に向けられ、しかる後、半導体基板は、第３ロボットにより基板仮置き台８４５に載置される。
【０１２４】
半導体基板は、第２ロボット８３２により基板仮置き台８４５から蓋めっきユニット８１７に搬送され、大気による銅の酸化防止を目的にＣｕ表面に蓋めっきを行う。蓋めっきが施された半導体基板は、第２ロボット８３２により蓋めっきユニット８１７から第３膜厚測定器１４６に搬入され、銅膜厚が測定される。その後、半導体基板は、第１ロボット８３１により第２洗浄ユニット８１８に搬入され、純水または脱イオン水により洗浄される。洗浄が終了した半導体基板は、ロード・アンロード部８２０に載置されたカセット８２０ａ内に戻される。
【０１２５】
アライナ兼膜厚測定器８４１及びアライナ兼膜厚測定器８４２は、基板ノッチ部分の位置決め及び膜厚の測定を行う。
シード層成膜ユニット１８２を省略することもできる。この場合、めっき膜はめっき膜形成装置８１７でバリア層の表面に直接形成される。
【０１２６】
ベベル・裏面洗浄ユニット８１６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３１に、ベベル・裏面洗浄ユニット８１６の概略図を示す。図３１に示すように、ベベル・裏面洗浄ユニット８１６は、有底円筒状の防水カバー９２０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９２１により水平に保持して高速回転させる基板保持部９２２と、基板保持部９２２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９２４と、基板Ｗの周縁部の上方に配置されたエッジノズル９２６とを備えている。センタノズル９２４及びエッジノズル９２６は下向きで配置されている。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９２８が上向きで配置されている。エッジノズル９２６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。
【０１２７】
このエッジノズル９２６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、エッジカット幅Ｃは２ｍｍから５ｍｍの範囲で設定される。この場合、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速度以上であれば、その設定されたエッジカット幅Ｃ内の銅膜が除去される。
【０１２８】
次に、この洗浄装置による洗浄方法について説明する。まず、スピンチャック９２１を介して半導体基板Ｗを基板保持部９２２で水平に保持した状態で、半導体基板Ｗを基板保持部９２２と一体に水平回転させる。この状態で、センタノズル９２４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９２６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。
【０１２９】
これにより、半導体基板Ｗの周縁部のエッジ部Ｃの領域では、上面及び端面に成膜された銅膜等が酸化剤溶液で急速に酸化され、同時にセンタノズル９２４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、基板の周縁部のエッジ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。この時、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。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。センタノズル９２４からの酸溶液の供給を停止した後、エッジノズル９２６からの酸化剤溶液の供給を停止する。これにより、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。
【０１３０】
一方、バックノズル９２８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の裏面側に金属状に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基板から除去することができる。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。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。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ができる。
【０１３１】
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する。しかる後、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、基板のスピン乾燥を行う。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。エッジのエッジカット幅を任意（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。
【０１３２】
めっき後のＣＭＰ工程前に、アニール処理を行うことが、この後のＣＭＰ処理や配線の電気特性に対して良い効果を示す。アニールなしでＣＭＰ処理後に幅の広い配線（数μｍ単位）の表面を観察すると、マイクロボイドのような欠陥が多数見られ、配線全体の電気抵抗を増加させた。アニールを行うことでこの電気抵抗の増加は改善された。アニールなしの場合に、細い配線にはボイドが見られなかった。これにより、これらの現象には、粒成長の度合いが関わっていることが考えられる。つまり、細い配線では粒成長が起こりにくいが、幅の広い配線では粒成長に伴い、アニール処理に伴うグレン成長の過程で、めっき膜中のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）でも見えないほどの超微細ポアが集結しつつ上へ移動することで、配線上部にマイクロボイド用の凹みが生じたという推測ができる。アニールユニット８１４のアニール条件としては、水素（２％以下）を添加したガスの雰囲気で、温度を３００〜４００℃に設定し、アニール時間は１〜５分間である。このような条件の下で、上記の効果が得られた。
【０１３３】
図３４及び図３５は、アニールユニット８１４を示す。このアニールユニット８１４は、半導体基板Ｗを出し入れするゲート１０００を有するチャンバ１００２を備えており、このチャンバ１００２の内部に位置して、半導体基板Ｗを、例えば４００℃に加熱するホットプレート１００４と、例えば冷却水を流して半導体基板Ｗを冷却するクールプレート１００６が上下に配置されている。アニールユニット１００２には、クールプレート１００６の内部を貫通して上下方向に延び、上端に半導体基板Ｗを載置保持する複数の昇降ピン１００８が昇降自在に配置されている。アニールユニットは、更に、アニール時に半導体基板Ｗとホットプレート１００４との間に酸化防止用のガスを導入するガス導入管１０１０と、該ガス導入管１０１０から導入され、半導体基板Ｗとホットプレート１００４との間を流れたガスを排気するガス排気管１０１２とを備えている。管１０１０と１０１２はホットプレート１００４を挟んで互いに対峙する位置に配置されている。
【０１３４】
ガス導入管１０１０は、内部にフィルタ１０１４ａを有するＮ_２ガス導入路１０１６内を流れるＮ_２ガスと、内部にフィルタ１０１４ｂを有するＨ_２ガス導入路１０１８内を流れるＨ_２ガスとを混合器１０２０で混合し、この混合器１０２０で混合されたガスが流れる混合ガス導入路１０２２に接続されている。
【０１３５】
これにより、ゲート１０００を通じてチャンバ１００２の内部に搬入された半導体基板Ｗを昇降ピン１００８で保持し、昇降ピン１００８を該昇降ピン１００８で保持した半導体基板Ｗとホットプレート１００４との距離が、例えば０．１〜１．０ｍｍ程度となるまで上昇させる。この状態で、ホットプレート１００４を介して、半導体基板Ｗを、例えば４００℃となるように加熱し、同時にガス導入管１０１０から酸化防止用のガスを導入して半導体基板Ｗとホットプレート１００４との間を流してガス排気管１０１２から排気し、これによって、酸化を防止しつつ半導体基板Ｗをアニールする。このアニールを、例えば数十秒〜６０秒程度継続して終了する。基板の加熱温度は、１００〜６００℃が選択される。
【０１３６】
アニール終了後、昇降ピン１００８を該昇降ピン１００８に保持された半導体基板Ｗとクールプレート１００６との距離が、例えば０〜０．５ｍｍ程度となるまで下降させる。この状態で、クールプレート１００６内に冷却水を導入することで、半導体基板Ｗの温度が１００℃以下となるまで、例えば１０〜６０秒程度、半導体基板を冷却する。冷却終了後の半導体基板を次工程に搬送する。
上記酸化防止用のガスとして、Ｎ_２ガスと数％のＨ_２ガスを混合した混合ガスを資用意している。しかし、Ｎ_２ガスを使用してもよい。
アニールユニットを電解めっき装置の内部に配置してもよい。
【０１３７】
図３２は、無電解めっき装置の概略構成図である。図３２に示すように、この無電解めっき装置は、めっきされる半導体基板Ｗを上面に保持する保持手段９１１と、保持手段９１１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９３１と、堰部材９３１で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９４１を備えている。無電解めっき装置は、さらに、保持手段９１１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９５１と、排出された洗浄液等（めっき廃液）を回収する回収容器９６１と、半導体基板Ｗ上に保持されためっき液を吸引して回収するめっき液回収ノズル９６５と、前記保持手段９１１を回転駆動するモータＭとを備えている。以下、各部材について説明する。
【０１３８】
保持手段９１１は、上面に半導体基板Ｗを載置して保持する基板載置部９１３を有している。基板載置部９１３は、半導体基板Ｗを載置して固定するように構成されている。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有している。基板載置部９１３の裏面側には、面状であって半導体基板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９１５が設置されている。この裏面ヒータ９１５は、例えばラバーヒータによって構成されている。この保持手段９１１はモータＭによって回転駆動されると共に、昇降手段（図示せず）によって上下動できるように構成されている。
【０１３９】
堰部材９３１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９３３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９４１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９５１は、ノズル９５３から洗浄液を噴出する構造である。
めっき液回収ノズル９６５は、上下動且つ旋回できるように構成されており、めっき液回収ノズル９６５の先端が半導体基板Ｗの上面周縁部の堰部材９３１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。
【０１４０】
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９１１を下降して堰部材９３１との間に所定寸法の隙間を設け、基板載置部９１３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インチ基板を用いる。
次に、保持手段９１１を上昇して、図示のように、その上面を堰部材９３１の下面に当接させ、同時に半導体基板Ｗの外周を堰部材９３１のシール部９３３によってシールする。この時、半導体基板Ｗの表面は、開放された状態となっている。
【０１４１】
次に、裏面ヒータ９１５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℃にする（めっき終了まで維持する）。次に、シャワーヘッド９４１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９３１によって囲まれているので、注入され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。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。この例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。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。これにより、半導体基板Ｗの被めっき面は、例えば６０℃になり、この例におけるめっき反応に最適な温度にできる。
【０１４２】
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１秒だけ１００ｒｐｍ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す。その後、半導体基板Ｗを静止させて、１分間、無電解めっきを行わせる。なお瞬時回転時間は、長くても１０秒以下とする。
【０１４３】
めっき処理が完了した後、めっき液回収ノズル９６５の先端を半導体基板Ｗの表面周縁部の堰部材９３１の内側近傍に下降し、めっき液を吸い込む。この時、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９３１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９１１を下降させて半導体基板Ｗを堰部材９３１から離す。半導体基板Ｗの回転を開始して洗浄液供給手段９５１のノズル９５３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。この時、ノズル９５３から噴射される洗浄液を堰部材９３１にも当ることで堰部材９３１の洗浄を同時に行っても良い。この時のめっき廃液は、回収容器９６１に回収され、廃棄される。
【０１４４】
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、半導体基板Ｗを保持手段９１１から取り出す。
【０１４５】
図３３は、他の無電解めっき装置の概略構成図である。図３３に示す無電解めっき装置が図３２の無電解めっき装置と相違する点は、保持手段９１１内に裏面ヒータ９１５を設ける代わりに、保持手段９１１の上方にランプヒータ９１７を設置し、このランプヒータ９１７とシャワーヘッド９４１−２とを一体化した点である。例えば、複数の半径の異なるリング状のランプヒータ９１７を同心円状に設置し、ランプヒータ９１７の間の隙間からシャワーヘッド９４１−２の多数のノズル９４３−２をリング状に開口させている。ランプヒータ９１７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、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。
【０１４６】
このように構成しても、めっき液は各ノズル９４３−２から半導体基板Ｗの被めっき面上にシャワー状に略均等に供給できる。またランプヒータ９１７によって、半導体基板Ｗの加熱・保温も直接均一に行える。ランプヒータ９１７は、半導体基板Ｗとめっき液だけでなく、その周囲の空気をも加熱するので、半導体基板Ｗの保温効果もある。
【０１４７】
ランプヒータ９１７によって半導体基板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９１７が必要になる。その代わりに比較的小さい消費電力のランプヒータ９１７と図３１に示す裏面ヒータ９１５とを併用して、半導体基板Ｗは主として裏面ヒータ９１５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９１７によって行うようにしても良い。また前述の例と同様に、半導体基板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。
前述の蓋めっきは、好ましくは無電解めっき処理によって行われるが、電解めっき処理で行うようにしても良い。
【０１４８】
次に、本発明の実施例を説明する。
先ず、表１に示す錯体浴組成１〜８からなる銅めっき液（本めっき液）及び錯体浴組成９，１０からなる銅めっき液（比較めっき液）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。図１７は、錯体浴７に添加される有機硫黄化合物（ＩＩＩ−（４））の量を０ｐｐｍ、１ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、２５ｐｐｍと変化させた時の電流・電圧曲線を示す。図１７から判るように、有機硫黄化合物を添加することでカソード分極が高くなり、しかもこの量を増加することで、カソード分極がより高くなることが判る。
【０１４９】
表１において、有機硫黄化合物Ｉ−（１０）は、有機硫黄化合物として前記第Ｉ群の（１０）を、ＩＩ−（２）は、同じく前記第ＩＩ群の（２）を、ＩＩＩ−（４）は、同じく前記第ＩＩＩ群の（４）をそれぞれ使用したことを示している。なお、以下の各実施例及び各比較例では、図１８Ａに示すように、直径０．２μｍで、アスペスト比Ａ／Ｒ＝５（深さ１μｍ）のビアホールにめっきを施して銅を埋込んだ例を示している。そして、ビアホールに埋込んだ銅の欠陥の有無をＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）観察した。ここで、下部ボイドありとは、図１８Ｂ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１８Ｃに示すように、銅の内部に細長いボイドＶ_２を有する状態を指す。
【０１５０】
【表１】

【０１５１】
【表２】

【０１５２】
（実施例１）
錯体浴組成１の銅めっき液（本めっき液）を第１の実施の形態の第１めっき処理部５２２ａ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）を行った。しかる後、硫酸銅浴組成１の銅めっき液を第２めっき処理部５２２ｂ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。
ＳＥＭ観察の結果、基板全表面の全てのビアホールにボイドは生じていなかった。
【０１５３】
（実施例２）
錯体浴組成２の銅めっき液（本めっき液）を第２の実施の形態のめっき処理部５２２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。
ＳＥＭ観察の結果、基板の周辺部のビアホールに僅かにシームボイドが見られた。
【０１５４】
（実施例３）
錯体浴組成３の銅めっき液（本めっき液）を第１の実施の形態の第１めっき処理部５２２ａ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）を行った。しかる後、硫酸銅浴組成２の銅めっき液を第２めっき処理部５２２ｂ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。
ＳＥＭ観察の結果、基板の全ビアホールにボイドは生じていなかった。
【０１５５】
（実施例４）
錯体浴組成４の銅めっき液（本めっき液）を第２の実施の形態のめっき処理部５２２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。
ＳＥＭ観察の結果、基板の全ビアホールにボイドは生じていなかった。
【０１５６】
（実施例５）
錯体浴組成５の銅めっき液（本めっき液）を第１の実施の形態の第１めっき処理部５２２ａ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）を行った。しかる後、硫酸銅浴組成１の銅めっき液を第２めっき処理部５２２ｂ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。
ＳＥＭ観察の結果、基板の全ビアホールにボイドは生じていなかった。
【０１５７】
（実施例６）
錯体浴組成６の銅めっき液（本めっき液）を第２の実施の形態のめっき処理部５２２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。
ＳＥＭ観察の結果、基板の周辺部のビアホールに僅かにシームボイドが見られた。
【０１５８】
（実施例７）
錯体浴組成７の銅めっき液（本めっき液）を第１の実施の形態の第１めっき処理部５２２ａ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）を行った。しかる後、硫酸銅浴組成２の銅めっき液を第２めっき処理部５２２ｂ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。
ＳＥＭ観察の結果、基板の全ビアホールにボイドは生じていなかった。
【０１５９】
（実施例８）
錯体浴組成７の銅めっき液（本めっき液）を第２の実施の形態のめっき処理部５２２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。
ＳＥＭ観察の結果、基板の全ビアホールにボイドは生じていなかった。
【０１６０】
（実施例９）
錯体浴組成８の銅めっき液（本めっき液）を第１の実施の形態の第１めっき処理部５２２ａ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）を行った。しかる後、硫酸銅浴組成２の銅めっき液を第２めっき処理部５２２ｂ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。
ＳＥＭ観察の結果、基板の全ビアホールにボイドは生じていなかった。
【０１６１】
（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。
ＳＥＭ観察の結果、基板の全ビアホールに下約半分に下部ボイドが見られた。
（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。
ＳＥＭ観察の結果、基板の全ビアホールに下約１／２〜２／３に下部ボイドが見られた。
【０１６２】
（比較例３）
錯体浴組成９の銅めっき液（比較めっき液）を第１の実施の形態の第１めっき処理部５２２ａ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）を行った。しかる後、硫酸銅浴組成１の銅めっき液を第２めっき処理部５２２ｂ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。
ＳＥＭ観察の結果、基板中央部のビアホールにボイドは生じていなかったが、基板周辺部のビアホールに下約１／５に下部ボイドが見られた。
【０１６３】
（比較例４）
錯体浴組成１０の銅めっき液（比較めっき液）を第１の実施の形態の第１めっき処理部５２２ａ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）を行った。しかる後、硫酸銅浴組成２の銅めっき液を第２めっき処理部５２２ｂ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。
ＳＥＭ観察の結果、基板中央部のビアホールにボイドは生じていなかったが、基板周辺部のビアホールに下約１／４に下部ボイドが見られた。
【０１６４】
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し、添加剤として有機硫黄化合物を添加することで、めっき浴としての分極を大きくして、均一電着特性を向上することができる。これにより、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。しかも、添加剤は、その分極特性を利用して電気化学的測定法、具体的には一般的な銅めっき添加剤の濃度測定法であるＣＶＳ法などで容易に濃度測定が可能である。更に、有機硫黄化合物添加剤は、めっき液中で極めて安定であることから液管理が容易である。
なお、上記実施形態は本発明の実施例の一態様を述べたもので、本発明の趣旨を逸脱することなく種々の変形実施例が可能なことは勿論である。
【０１６５】
産業上の利用の可能性
本発明は、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、めっき方法及びめっき装置に関する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のめっき装置の一例を示す平面図である。
【図２】
図１に示すめっき装置内の気流の流れを示す概要図である。
【図３】
図１に示すめっき装置の各エリア間の空気の流れを示す断面図である。
【図４】
図１に示すめっき装置をクリーンルーム内に配置した一例を示す外観図である。
【図５】
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６】
めっき処理部のめっき液の流れの状態を示す概要図である。
【図７】
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８】
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９】
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１０】
図９の一部拡大図である。
【図１１】
図１１Ａ乃至図１１Ｄは、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１２】
めっき処理部の芯出し機構の拡大断面図である。
【図１３】
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１４】
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１５】
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１６】
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１７】
錯体浴７に添加される有機硫黄化合物（ＩＩＩ−（４））の量を０ｐｐｍ、１ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、２５ｐｐｍと変化させた時の電流・電圧曲線を示すグラフである。
【図１８】
図１８Ａは、実施例及び比較例におけるめっきを施すビアホールの形状を、図１８Ｂは、ＳＥＭ観察における下部ボイドを、図１８Ｃは、ＳＥＭ観察におけるシームボイドを模式的に示す図である。
【図１９】
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２０】
従来例におけるシード層の状態と、それに伴って生じるボイドを模式的に示す断面図である。
【図２１】
基板めっき装置の他の例を示す平面図である。
【図２２】
基板めっき装置の更に他の例を示す平面図である。
【図２３】
基板めっき装置の更に他の例を示す平面図である。
【図２４】
半導体基板処理装置の構成例を示す平面図である。
【図２５】
半導体基板処理装置の他の構成例を示す平面図である。
【図２６】
半導体基板処理装置の更に他の構成例を示す平面図である。
【図２７】
半導体基板処理装置の更に他の構成例を示す平面図である。
【図２８】
半導体基板処理装置の更に他の構成例を示す平面図である。
【図２９】
半導体基板処理装置の更に他の構成例を示す平面図である。
【図３０】
図２９に示す半導体基板処置装置における各工程の流れを示す図である。
【図３１】
ベベル・裏面洗浄ユニットを示す概要図である。
【図３２】
無電解めっき装置の一例を示す概要図である。
【図３３】
無電解めっき装置の他の例を示す概要図である。
【図３４】
アニールユニットの一例を示す縦断正面図である。
【図３５】
図３４の平断面図である。

Claims (27)

1. １価または２価の銅イオンと、錯化剤と、銅キレートがキレートを脱ぎすてて基板表面に析出するのを抑制する添加剤とを有することを特徴とする銅めっき液。
2. 前記銅イオンの濃度は、０．１〜１００ｇ／ｌ、前記錯化剤の濃度は、０．１〜５００ｇ／ｌ、前記添加剤の濃度は、０．１〜５００ｍｇ／ｌで、液のｐＨは、７〜１４であることを特徴とする請求項１記載の銅めっき液。
3. 添加剤として界面活性剤を更に添加したことを特徴とする請求項１記載の銅めっき液。
4. １価または２価の銅イオンと、錯化剤と、添加剤として有機硫黄化合物とを有することを特徴とする銅めっき液。
5. 前記銅イオンの濃度は、０．１〜１００ｇ／ｌ、前記錯化剤の濃度は、０．１〜５００ｇ／ｌ、前記添加剤の濃度は、０．１〜５００ｍｇ／ｌで、液のｐＨは、７〜１４であることを特徴とする請求項４記載の銅めっき液。
6. 添加剤として界面活性剤を更に添加したことを特徴とする請求項４記載の銅めっき液。
7. 前記有機硫黄化合物は、有機硫化物化合物または有機ポリ硫化物化合物の内の１種または２種以上であることを特徴とする請求項４記載の銅めっき液。
8. 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、
   １価または２価の銅イオンと錯化剤とを有し、添加剤として有機硫黄化合物を添加しためっき液に前記基板表面を接触させてめっき処理を行うことを特徴とする特徴とするめっき方法。
9. 前記めっき液は、濃度が０．１〜１００ｇ／ｌの銅イオンと、濃度が０．１〜５００ｇ／ｌの錯化剤と、濃度が０．１〜５００ｍｇ／ｌの添加剤とを有し、液のｐＨが７〜１４であることを特徴とする請求項８記載のめっき方法。
10. 前記めっき液には、添加剤として界面活性剤が更に添加されていることを特徴とする請求項８記載のめっき方法。
11. 前記有機硫黄化合物は、有機硫化物化合物または有機ポリ硫化物化合物の内の１種または２種以上であることを特徴とする請求項８記載のめっき方法。
12. バリア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、
    １価または２価の銅イオンと錯化剤とを有し、添加剤として有機硫黄化合物を添加しためっき液に前記基板表面を接触させてめっき処理を行うことを特徴とする特徴とするめっき方法。
13. 前記めっき液は、濃度が０．１〜１００ｇ／ｌの銅イオンと、濃度が０．１〜５００ｇ／ｌの錯化剤と、濃度が０．１〜５００ｍｇ／ｌの添加剤とを有し、液のｐＨが７〜１４であることを特徴とする請求項１２記載のめっき方法。
14. 前記めっき液には、添加剤として界面活性剤が更に添加されていることを特徴とする請求項１２記載のめっき方法。
15. 前記有機硫黄化合物は、有機硫化物化合物または有機ポリ硫化物化合物の内の１種または２種以上であることを特徴とする請求項１２記載のめっき方法。
16. 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、
    １価または２価の銅イオンと錯化剤を有し、添加剤として有機硫黄化合物を添加した第１めっき液に基板表面を接触させて第１段めっき処理を行い、
    レベリング性に優れた組成の第２めっき液に基板表面を接触させて第２段めっき処理を行うことを特徴とするめっき方法。
17. 前記第１めっき液は、濃度が０．１〜１００ｇ／ｌの銅イオンと、濃度が０．１〜５００ｇ／ｌの錯化剤と、濃度が０．１〜５００ｍｇ／ｌの添加剤とを有し、液のｐＨが７〜１４であることを特徴とする請求項１６記載のめっき方法。
18. 前記第１めっき液には、添加剤として界面活性剤が更に添加されていることを特徴とする請求項１６記載のめっき方法。
19. 前記第１めっき液中の前記有機硫黄化合物は、有機硫化物化合物または有機ポリ硫化物化合物の内の１種または２種以上であることを特徴とする請求項１６記載のめっき方法。
20. バリア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、
    １価または２価の銅イオンと錯化剤を有し、添加剤として有機硫黄化合物を添加した第１めっき液に基板表面を接触させて第１段めっき処理を行い、
    レベリング性に優れた組成の第２めっき液に基板表面を接触させて第２段めっき処理を行うことを特徴とするめっき方法。
21. 前記第１めっき液は、濃度が０．１〜１００ｇ／ｌの銅イオンと、濃度が０．１〜５００ｇ／ｌの錯化剤と、濃度が０．１〜５００ｍｇ／ｌの添加剤とを有し、液のｐＨが７〜１４であることを特徴とする請求項２０記載のめっき方法。
22. 前記第１めっき液には、添加剤として界面活性剤が更に添加されていることを特徴とする請求項２０記載のめっき方法。
23. 前記第１めっき液中の前記有機硫黄化合物は、有機硫化物化合物または有機ポリ硫化物化合物の内の１種または２種以上であることを特徴とする請求項２０記載のめっき方法。
24. 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の表面に第１段めっき処理を行う第１めっき処理部と、
    １価または２価の銅イオンと錯化剤を有し、添加剤として有機硫黄化合物を添加した均一電着性に優れた組成の第１めっき液を前記第１めっき処理部のめっき室に供給する第１めっき液供給部と、
    前記第１めっき処理後の基板の表面に第２段めっき処理を行う第２めっき処理部と、
    レベリング性に優れた組成の第２めっき液を前記第２めっき処理部のめっき室に供給する第２めっき液供給部と、
    前記前記第１めっき部と前記第２めっき部との間に基板を搬送する搬送部とを有することを特徴とするめっき装置。
25. 前記第１めっき液は、濃度が０．１〜１００ｇ／ｌの銅イオンと、濃度が０．１〜５００ｇ／ｌの錯化剤と、濃度が０．１〜５００ｍｇ／ｌの添加剤とを有し、液のｐＨが７〜１４であることを特徴とする請求項２４記載のめっき装置。
26. 前記第１めっき液には、添加剤として界面活性剤が更に添加されていることを特徴とする請求項２４記載のめっき装置。
27. 前記第１めっき液中の前記有機硫黄化合物は、有機硫化物化合物または有機ポリ硫化物化合物の内の１種または２種以上であることを特徴とする請求項２４記載のめっき装置。

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