JP2005146398A - めっき方法及びめっき装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄膜化されたシード層に対しても優れた面内均一性を有し、しかも、微細化されたダマシン構造に対する優れた埋込み性を有するめっき膜を成膜できるようにする。
【解決手段】 基板の表面の少なくとも一部に形成された導電体層とアノード５３６との間に電気的抵抗体５３４を配置し、導電体層とアノード５３６との間の導電体層側に２５〜７５ｇ／Ｌの銅イオンと０．４モル／Ｌ以上の有機酸または無機酸を含有するめっき液５５０を、アノード５３６側にめっき液５５０と同じ組成、または０〜７５ｇ／Ｌの銅イオンと０.６モル／Ｌ以下の有機酸または無機酸を含有するアノード液５３８をそれぞれ導入して、導電体層とアノード５３６との間をめっき液５５０とアノード液５３８で満たし、導電体層とアノード５３６との間に電圧を印加して該導電体層の表面にめっきを行う。
【選択図】 図４

Description

本発明は、めっき方法及びめっき装置に係り、特に半導体ウエ−ハ等の基板に形成された微細配線パターンに銅等の金属（配線材料）を埋込んで配線を形成するのに使用されるめっき方法及びめっき装置に関する。

最近、半導体装置の銅配線形成プロセスとして、半導体ウエ−ハの表面に積層した絶縁膜（層間絶縁膜）の内部に回路形状の配線溝（トレンチ）や微孔（ビアホール）等の配線用の微細凹部を形成し、銅めっきによりこれらを銅（配線材料）で埋め、残りの部分の余剰な銅層（めっき膜）をＣＭＰ等の手段により除去して回路を形成する、いわゆるダマシンプロセスが行われている。この絶縁膜として、誘電率の小さいＬｏｗ−ｋ材を使用することが検討されている。例えば、ロジックデバイスにおけるＬｏｗ−ｋ／銅ダマシン配線は、高集積・高性能の多層配線を実現するための重要な技術である。

この種の配線形成プロセスにあっては、銅めっきに対する要求が厳しく、６５ｎｍ世代以降には、更に微細化されたダマシン構造に対する優れた埋込み性や、３００ｍｍウエーハに対する優れためっき膜厚の面内均一性、或いはめっき後のめっき膜表面に生じる段差の一層の低減が求められている。しかも６５ｎｍ世代以降では、バリア層及びシード層が格段に薄膜化することが予想されるため、これらの要求事項の達成には一層の困難を伴うとされている。

従来のカップ式めっき装置においては、シード層が薄膜化するとシード層自体の電気抵抗が増大する。このため、薄膜化したシード層を有するウエーハ等の表面にめっき膜を成膜すると、ウエ−ハのエッジから中心にかけてめっき膜の膜厚が徐々に薄くなり、めっき膜厚の面内均一性が失われる。この対策としては、遮蔽版と呼ばれる電場調整部品や分割アノード等を用い、電場を均一に制御する方法が考えられている。しかし、めっき液の種類やシード層の膜厚に応じて、部品やレシピを変える場合もあり、多様なサンプルに対応する場合には、運用が複雑化すると考えられる。

他の対策として、シード層自体の電気抵抗がめっき膜厚の面内均一性に及ぼす影響を支配しないくらいに、アノードと導電体層（ウエーハ）との間の電気抵抗を大きくすることが考えられる。このため、この考えに基づいて、めっき液中の硫酸濃度を、例えば２０ｇ／Ｌ以下に低下させて、めっき液自体の抵抗を大きくする方法（例えば、特許文献１等参照）や、電極間に特殊な抵抗体を挿入し、電極間の電気抵抗を増大させる方法（例えば、非特許文献１等参照）等が提案されている。

ＵＳＰ６,３５０,３６６ M.Tsujimura et al., Novel Compact ECD Tool for ULSI CuMetallization", Proc. ISSM, 2000, pp.106-109

しかしながら、例えば、めっき液の硫酸濃度を低下させてめっき膜厚の面内均一性を向上させると、めっき液の硫酸濃度の低下に伴ってめっき膜のボトムアップ性が低下し、このために、微細配線パターンへの埋込み性の劣化が懸念される。特に、配線幅あるいはビアホールの径が０.１μｍ以下の領域では、その影響が顕著になって、めっき膜をトレンチ等の内部に確実に埋設できないことがあるという問題が生じる。このように、優れた面内均一性と優れた埋込み性とを両立させためっき膜を成膜することが困難であることは、他の従来例にあっても同様であった。

本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、薄膜化されたシード層に対しても優れた面内均一性を有し、しかも、微細化されたダマシン構造に対する優れた埋込み性を有するめっき膜を成膜できるようにしためっき方法及びめっき装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、基板の表面の少なくとも一部に形成された導電体層とアノードとの間に電気的抵抗体を配置し、前記導電体層とアノードとの間の導電体層側に２５〜７５ｇ／Ｌの銅イオンと０．４モル／Ｌ以上の有機酸または無機酸を含有するめっき液を、前記アノード側に前記めっき液と同じ組成、または０〜７５ｇ／Ｌの銅イオンと０.６モル／Ｌ以下の有機酸または無機酸を含有するアノード液をそれぞれ導入して、前記導電体層と前記アノードとの間を前記めっき液と前記アノード液からなるめっき浴で満たし、前記導電体層とアノードとの間に電圧を印加して該導電体層の表面にめっきを行うことを特徴とするめっき方法である。

このように、導電体層に接してめっきに実際に使用されるめっき浴として、酸類が高濃度のめっき液を使用してめっきを行うことで、めっき膜の埋込み性を向上させ、同時に、基板とアノードとの間に電気的抵抗体を挿入し、更にアノードに接するがめっきに実際に使用されないめっき浴として、酸類が低濃度のアノード液を使用してめっきを行うことで、めっき浴全体として電気伝導度を下げてめっき膜厚の面内均一性を向上させ、これによって、めっき膜の膜厚の面内均一性の向上と埋込み性の向上とを両立させためっきを行うことができる。

めっき液中の酸類の濃度は、埋込み性を考慮すると、一般的には０．４モル／Ｌ以上であり、０．４〜１．０モル／Ｌであることが好ましく、０．４〜０．８モル／Ｌであることが更に好ましい。また、アノード液中の酸類の濃度は、めっき膜厚の面内均一性を考慮すると、一般的には０．６モル／Ｌ以下であり、０．１〜０．６モル／Ｌであることが好ましく、０．１〜０．２モル／Ｌであることが更に好ましい。

請求項２に記載の発明は、前記アノード液の電気伝導度を測定し、前記アノード液に、少なくとも純水、有機酸または無機酸のいずれかを添加して、めっき開始時における前記アノード液の電気伝導度を２００ｍＳ／ｃｍ以下の一定値に保つことを特徴とする請求項１記載のめっき方法である。
アノード液の電気伝導度を１〜１０Ｓ／ｍの幅で管理することが好ましく、通常のめっき時における電気伝導度の半分以下の、３Ｓ／ｍ以下に管理することが更に好ましい。

請求項３に記載の発明は、前記めっき液及び前記アノード液として、硫酸、アルカンスルホン酸またはアルカノールスルホン酸を含む溶液を用いることを特徴とする請求項１または２記載のめっき方法である。
請求項４に記載の発明は、前記めっき液及び前記アノード液の銅イオン源として、硫酸銅、酸化銅、塩化銅、炭酸銅、ピロリン酸銅、アルカンスルホン酸銅、アルカノールスルホン酸銅及び有機酸銅から選ばれる少なくとも１種の銅化合物を使用することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のめっき方法である。

請求項５に記載の発明は、前記めっき液及び前記アノード液として、硫酸と硫酸銅を含み、５８ｇ／Ｌ以下の銅イオンを含有する溶液をそれぞれ用いることを特徴とする請求項１または２記載のめっき方法である。
このように、めっき液とアノード液からなるめっき浴の組合せとして、高濃度硫酸浴と低濃度硫酸浴の組合せを用いることが好ましい。
請求項６に記載の発明は、前記アノード液を管理するために、導電率を用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のめっき方法である。

請求項７に記載の発明は、前記めっき液と前記カソード液とを、イオン交換体を介して互いに分離することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のめっき方法である。
これにより、イオン交換体として、例えば、一価の陽イオン（Ｈ^＋）のみを選択的に透過させることができるものを使用することで、めっき液とアノード液からなるめっき浴の通電を維持しつつ、めっき液とカソード液とが互いに混合してしまうことを防止して、めっき液とカソード液を個別に管理することができる。

請求項８に記載の発明は、基板を保持する基板ステージと、前記基板ステージで保持した基板の被めっき面の周縁部に当接して該周縁部を水密的にシールするシール材と、該基板と接触して通電させるカソード電極とを備えたカソード部と、前記カソード部の上方に上下動自在に配置され、アノードと保水性を有する電気的抵抗体とを上下に備えた電極ヘッドと、前記電気的抵抗体と前記基板ステージで保持した基板の被めっき面との間にめっき液を導入するめっき液導入手段と、前記アノードと前記電気的抵抗体との間にアノード液を導入するアノード液導入手段と、前記カソード電極と前記アノードとの間にめっき電圧を印加する電源とを有することを特徴とするめっき装置である。

請求項９に記載の発明は、電気的抵抗体と前記アノードまたは前記基板ステージで保持した基板との間に隔壁を配置したことを特徴とする請求項８記載のめっき装置である。
請求項１０に記載の発明は、前記隔壁は、イオン交換体からなることを特徴とする請求項９記載のめっき装置である。
請求項１１に記載の発明は、前記電気抵抗体の一部または全部にイオン交換体としての機能を付加したことを特徴とする請求項８記載のめっき装置である。

本発明によれば、導電体層に接してめっきに実際に使用されるめっき浴として、例えば高濃度硫酸浴からなるめっき液を使用してめっきを行うことによって、めっき膜の埋込み性を向上させ、同時に、アノードに接するがめっきに実際に使用されないめっき浴として、例えば低濃度硫酸浴からなるアノード液を使用してめっきを行うことで、めっき浴全体として電気伝導度を下げて、めっき膜厚の面内均一性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。この実施の形態は、半導体ウエ−ハ等の基板の表面に設けた配線用の微細凹部に、配線材料としての銅をめっきより埋込んで銅層からなる配線を形成するようにしためっき装置に適用した例を示している。その他の用途のめっき装置に使用してもことは勿論である。

図１を参照して、半導体装置における銅配線形成例を説明する。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からなる酸化膜やＬｏｗ−ｋ材膜等の絶縁膜（層間絶縁膜）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、配線用の微細凹部としての微孔（ビアホール）３と配線溝（トレンチ）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のシード層６をスパッタリング等により形成する。

そして、図１（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、基板Ｗの微孔３及び配線溝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、化学機械的研磨（ＣＭＰ）などにより、絶縁膜２上のバリア層５，シード層６及び銅層７を除去して、微孔３及び配線溝４内に充填させた銅層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の内部にシード層６と銅層７からなる配線（銅配線）８を形成する。

次に、図１（ｄ）に示すように、基板Ｗの表面に無電解めっきを施し、配線８の表面に、Ｃｏ合金やＮｉ合金等からなる保護膜９を選択的に形成し、これによって、配線８の表面を保護膜９で覆って保護する。

図２は、本発明の実施の形態におけるめっき装置を備えた基板処理装置の平面図を示す。図２に示すように、この基板処理装置は、例えばスミフボックス等の内部に多数の半導体ウエ−ハ等の基板を収納した搬送ボックス１０を着脱自在な矩形状の装置フレーム１２を備えている。この装置フレーム１２の内部には、ロード・アンロードステーション１４と、このロード・アンロードステーション１４との間で基板を授受する走行自在な搬送ロボット１６が備えられている。そして、搬送ロボット１６を挟んで該搬送ロボット１６の両側には、一対のめっき装置１８が配置され、更に、搬送ロボット１６を挟んで一方の側には、洗浄・乾燥装置２０、ベベルエッチング・裏面洗浄装置２２及び膜厚測定器２４が直列に配置され、他方の側には、熱処理（アニール）装置２６、前処理装置２８、無電解めっき装置３０及び研磨装置３２が直列に配置されている。

ここで、装置フレーム１２には遮光処理が施され、これによって、この装置フレーム１２内での以下の各工程を遮光状態で、つまり、配線に照明光等の光が当たることなく行えるようになっている。このように、配線に光を当たることを防止することで、例えば銅からなる配線に光が当たって光電位差が生じ、この光電位差によって配線が腐食してしまうことを防止することができる。

図３は、めっき装置１８の平面図を示す。図３に示すように、このめっき装置１８には、めっき処理及びその付帯処理を行うめっき処理部５００が備えられ、このめっき処理部５００に隣接して、アイドリングステージ５０２が配置されている。また、回転軸５０４を中心に揺動する揺動アーム５０６の先端に保持されてめっき処理部５００とアイドリングステージ５０２との間を移動する電極ヘッド５０８を有する電極アーム部５１０が備えられている。更に、めっき処理部５００の側方に位置して、プレコート・回収アーム５１２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５１４が配置されている。この実施の形態にあっては、３個の固定ノズル５１４が備えられ、その内の１個を純水の供給用に用いている。

図４は、電極ヘッド５０８をめっき処理部５００の直上方に移動させ、更に下降させてめっきを行っている状態を示す。電極ヘッド５０８は、揺動アーム５０６の先端に支持されている。一方、めっき処理部５００には、電極ヘッド５０８の下方に位置して、表面（被めっき面）を上向きにして基板Ｗを保持する上下動自在な基板ステージ５１６と、この基板ステージ５１６の上方に位置して、基板ステージ５１６の周縁部を囲繞するように配置されたカソード部５１８が備えられている。なお、この例では、電極ヘッド５０８として、その径が基板ステージ５１６の径より僅かに小さい径を有するものを使用し、電極ヘッド５０８と基板ステージ５１６との相対位置を変化させることなく、基板ステージ５１６で保持した基板Ｗの表面（被めっき面）のほぼ全面に亘ってめっきを行えるようにした例を示している。基板ステージ５１６は、その上面に基板Ｗを載置して吸着保持するようにようになっている。

なお、図示しないが、基板ステージ５１６には、基板ステージ５１６の温度を一定に制御する加熱装置（ヒータ）が内蔵されている。また、基板ステージ５１６は、図示しないエアシリンダ（図示せず）によって上下動し、図示しない回転モータ及びベルトを介して、任意の加速度及び速度でカソード部５１８と一体に回転するように構成されている。そして、基板ステージ５１６が上昇した時に、基板ステージ５１６で保持された基板Ｗの周縁部に下記のカソード部５１８のシール材５２６とカソード電極５２４が当接するようになっている。

揺動アーム５０６は、図示しないサーボモータからなる上下動モータとボールねじを介して上下動し、図示しない旋回モータを介して、旋回（揺動）するようになっている。これらのモータの代わりに空気圧アクチュエータを使用してもよいことは勿論である。

前記カソード部５１８は、この例では６分割されたカソード電極５２４と、このカソード電極５２４の上方を覆うように取付けた環状のシール材５２６とを有しており、このカソード電極５２４とシール材５２６は、リング状のホルダ５２８の内周面に固着されている。シール材５２６は、その内周縁部が内方に向け下方に傾斜し、かつ徐々に薄肉となって、内周端部が下方に垂下するように構成されている。

これにより、基板ステージ５１６が上昇した時に、この基板ステージ５１６で保持した基板Ｗの周縁部にカソード電極５２４が押付けられて通電し、同時にシール材５２６の内周端部が基板Ｗの周縁部上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板Ｗの上面（被めっき面）に供給されためっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止するとともに、めっき液がカソード電極５２４を汚染することを防止するようになっている。
なお、この例において、カソード部５１８は、上下動不能で基板ステージ５１６と一体に回転するようになっているが、上下動自在で、下降した時にシール材５２６が基板Ｗの被めっき面に圧接するように構成してもよい。

電極ヘッド５０８は、下方に開口した有底円筒状のハウジング５３０を有しており、このハウジング５３０は、揺動アーム５０６の自由端に取付けられている。ハウジング５３０の下端開口部は、ここに取付けた電気的抵抗体５３４で閉塞されている。つまり、ハウジング５３０の内周面には凹溝５３０ａが設けられ、電気的抵抗体５３４の上部に設けたフランジ部５３４ａを該凹溝５３０内に嵌入することで、電気的抵抗体５３４が該電気的抵抗体５３４の下部を下方に突出させた状態でハウジング５３０に固定されている。これにより、ハウジング５３０の内部に、円板状のアノード５３６を配置するとともに、該アノード５３６を浸漬させるアノード液５３８を導入し保持するアノード液室５４０が区画形成されている。

電気的抵抗体５３４は、例えば、アルミナ，ＳｉＣ，ムライト，ジルコニア，チタニア，コージライト等の多孔質セラミックスまたはポリプロピレンやポリエチレンの焼結体等の硬質多孔質体、あるいはこれらの複合体、更には織布や不織布で構成される。例えば、アルミナ系セラミックスにあっては、ポア径３０〜２００μｍ、ＳｉＣにあっては、ポア径３０μｍ以下、気孔率２０〜９５％、厚み１〜２０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍ、更に好ましくは８〜１５ｍｍ程度のものが使用される。この例では、例えば気孔率３０％、平均ポア径１００μｍでアルミナ製の多孔質セラミックス板から構成されている。そして、この内部にアノード液５３８を含有させることで、つまり多孔質セラミックス板自体は絶縁体であるが、この内部にアノード液５３８を複雑に入り込ませ、厚さ方向にかなり長い経路を辿らせることで、アノード液５３８の電気伝導率より小さい電気伝導率を有するように構成されている。

このように電気的抵抗体５３４をアノード液室５４０内に配し、この電気的抵抗体５３４によって大きな抵抗を発生させることで、導電体層としてのシード層６（図１参照）の抵抗の影響を無視できる程度となし、基板Ｗの表面の電気抵抗による電流密度の面内差を小さくして、めっき膜の面内均一性を向上させることができる。

ハウジング５３０には、基板ステージ５１６で保持し上昇させて外周部をシール材５２６でシールした基板Ｗと、電極ヘッド５０８を下降させた時の電気的抵抗体５３４との間に位置して、周囲をシール材５２６で包囲された空間にめっき液５５０を導入するめっき液導入管５５２が設けられている。これにより、基板Ｗと電気的抵抗体５３４との間に位置して、周囲をシール材５２６で包囲された空間は、このめっき液導入管５５２から導入されためっき液５５０で満たされるようになっている。

ここで、この例では、めっき液導入管５５２から基板Ｗと電気的抵抗体５３４との間に、２５〜７５ｇ／Ｌの銅イオンと０．４モル／Ｌ以上の有機酸または無機酸を含有するめっき液５５０が導入される。このめっき液５５０中の酸類の濃度は、めっきによって形成されるめっき膜の埋込み性を考慮すると、一般的には０.４モル／Ｌ以上であり、０.４〜１.０モル／Ｌであることが好ましく、０．４〜０．８モル／Ｌであることが更に好ましい。このめっき液５５０には、硫酸、アルカンスルホン酸またはアルカノールスルホン酸が含まれており、また、銅イオン源として、硫酸銅、酸化銅、塩化銅、炭酸銅、ピロリン酸銅、アルカンスルホン酸銅、アルカノールスルホン酸銅及び有機酸銅から選ばれる少なくとも１種の銅化合物が使用される。

一方、アノード液室５４０内には、前記めっき液５５０と同じ組成、または０〜７５ｇ／Ｌの銅イオンと０．６モル／Ｌ以下の有機酸または無機酸を含有するアノード液５３８が導入される。このアノード液５３８中の酸類の濃度は、めっきによって形成されるめっき膜の膜厚の面内均一性を考慮すると、一般的には０．６モル／Ｌ以下であり、０．１〜０．６モル／Ｌであることが好ましく、０．１〜０．２モル／Ｌであることが更に好ましい。このアノード液５３８には、前述のめっき液５５０と同様に、硫酸、アルカンスルホン酸またはアルカノールスルホン酸が含まれており、また、銅イオン源として、硫酸銅、酸化銅、塩化銅、炭酸銅、ピロリン酸銅、アルカンスルホン酸銅、アルカノールスルホン酸銅及び有機酸銅から選ばれる少なくとも１種の銅化合物が使用される。

そして、アノード液５３８の電気伝導度を測定し、アノード液５３８に、少なくとも純水、有機酸または無機酸のいずれかを添加して、めっき開始時におけるアノード液５３８の電気伝導度を２００ｍＳ／ｃｍ以下の一定値に保つことができるようになっている。この時、アノード液５３８の電気伝導度を１〜１０Ｓ／ｍの幅で管理することが好ましく、通常のめっき時における電気伝導度の半分以下の、３Ｓ／ｍ以下に管理することが更に好ましい。

なお、めっき液５５０及びアノード液５３８の組合せとして、硫酸と硫酸銅を含み、５８ｇ／Ｌ以下の銅イオンを含有する硫酸銅浴であって、めっき液５５０として高濃度硫酸銅浴をアノード液５３８として低濃度硫酸銅浴を使用することが好ましい。

これにより、下記のように、基板Ｗを保持した基板ステージ５１６をめっき位置まで上昇させ、更に電極ヘッド５０８をめっき位置まで下降させた時、基板Ｗと電気的抵抗体５３４の間にめっき液５５０を導入し、この基板Ｗと電気的抵抗体５３４の間にめっき液５５０を満たすことで、このめっき液５５０と、アノード液室５４０内に導入されて保持され、更に電気的抵抗体５３４の内部にも保持されたアノード液５３８とが互いに接液して、このアノード液５３８とめっき液４０がめっき浴としての役割を果たすようになっている。

このように、導電体層としてのシード層６（図１参照）に接してめっきに実際に使用されるめっき浴として、酸類が高濃度のめっき液５５０を使用してめっきを行うことで、めっき膜の埋込み性を向上させ、同時に、基板Ｗとアノード５３６との間に電気的抵抗体５３４を挿入し、更にアノード５３６に接するがめっきに実際に使用されないめっき浴として、酸類が低濃度のアノード液５３８を使用してめっきを行うことで、めっき浴全体として電気伝導度を下げてめっき膜厚の面内均一性を向上させることができる。これによって、めっき膜の膜厚の面内均一性の向上と埋込み性の向上とを両立させためっきを行うことができる。

ハウジング５３０には、アノード液室５４０内のアノード液５３８を吸引するアノード液吸引管５５４が取付けられており、アノード５３６の内部には、多数の細孔が設けられている。これにより、アノード液５３８は、電気的抵抗体５３４をアノード液５３８に浸漬させてアノード液室５４０を気密的に封止した状態で、アノード液吸引管５５４を介してアノード液室５４０内のアノード液５３８を吸引することで、電気的抵抗体５３４からアノード液室５４０に向けて吸い上げられ、電気的抵抗体５３４及びアノード液室５４０の内部に保持される。

なお、アノード液室５４０の内部は、化学反応により発生するガスも含み、このため、圧力が変化することがある。このため、アノード液室５４０内の圧力は、プロセス中のフィードバック制御によりある設定値にコントロールされるようになっている。

ここで、アノード５３６は、例えば、銅めっきを行う場合にあっては、スライムの生成を抑制するため、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成されているが、白金、チタン等の不溶解性金属あるいは金属上に白金等をめっきした不溶解性電極であってもよく、交換等が不要なことから、不溶解性金属あるいは不溶解性電極であることが好ましい。更に、めっき液の流通のしやすさ等から、網状であってもよい。
カソード電極５２４はめっき電源５５６の陰極に、アノード５３６はめっき電源５５６の陽極にそれぞれ電気的に接続される。

次に、このめっき装置でめっきを行う時の操作について説明する。
先ず、基板ステージ５１６の上面に基板Ｗを吸着保持した状態で、基板ステージ５１６を上昇させて、基板Ｗの周縁部をカソード電極５２４に接触させて通電可能な状態となし、更に上昇させて、基板Ｗの周縁部上面にシール材５２６を圧接させ、基板Ｗの周縁部を水密的にシールする。一方、電極ヘッド５０８にあっては、アイドリングステージ５０２において、前述のようにして、電気的抵抗体５３４及びアノード液室５４０の内部にアノード液５３８を保持する。この時、アノード液５３８の電気伝導度を測定し、必要に応じて、アノード液５３８に純水や有機酸等を添加して、めっき開始時におけるアノード液５３８の電気伝導度を２００ｍＳ／ｃｍ以下の一定値に保つようにする。そして、この電極ヘッド５０８を所定の位置に位置させる。つまり、揺動アーム５０６を一旦上昇させ、更に旋回させることで、電極ヘッド５０８を基板ステージ５１６の直上方位置に位置させ、しかる後、下降させて所定の位置（プロセス位置）に達した時、例えば基板ステージ５１６で保持した基板Ｗと電極ヘッド５０８の電気的抵抗体５３４との隙間が、０．１〜３ｍｍに達した時に停止させる。

この状態で、基板Ｗと電気的抵抗体５３４との間に、めっき液導入管５５２からめっき液５５０を導入し、基板Ｗと電気的抵抗体５３４との間をめっき液５５０で満たす。これによって、この基板Ｗと電気的抵抗体５３４との間を満たしためっき液５５０と、電気的抵抗体５３４及びアノード液室５４０の内部に保持したアノード液５３８を接液させて、めっき液５５０とアノード液５３８がめっき浴としての役割を果たすようにする。

そして、必要に応じて、基板ステージ５１６を低速度で回転させながら、カソード電極５２４をめっき電源５５６の陰極に、アノード５３６をめっき電源５５６の陽極にそれぞれ接続し、これによって、基板Ｗの被めっき面にめっきを施す。そして、所定時間めっきを継続した後、カソード電極５２４及びアノード５３６のめっき電源５５６との接続を解き、揺動アーム５０６を上昇させ、更に旋回させて電極ヘッド５０８を元の位置（アイドリング位置）に戻す。

図５は、本発明の他の実施の形態のめっき装置を要部を示す。この例の図４に示す例と異なる点は、電気的抵抗体５３４の露出表面（下面）に、例えば、一価の陽イオン（Ｈ^＋）のみを選択的に透過させることができるイオン交換体５６０を取付け、更に、アノード液室５４０内にアノード液５３８を導入するアノード液導入管５６２をハウジング５３０に取付け、これによって、このアノード液導入管５６２からアノード液室５６２内にアノード液５３８を導入し、アノード液吸込管５５４からアノード液室５６２内のアノード液５３８を排出するようにしている点である。

この例によれば、電気的抵抗体５３４の露出表面に、例えば、一価の陽イオン（Ｈ^＋）のみを選択的に透過させることができるイオン交換体５６０を取付けることで、前述のように、基板Ｗと電気的抵抗体５３４との間に、めっき液導入管５５２からめっき液５５０を導入し、基板Ｗと電気的抵抗体５３４との間をめっき液５５０で満たした時、このめっき液５５０とアノード液室５６２内のアノード液５３８との間の通電を維持しつつ、めっき液５５０とカソード液５３８とを互いに分離することができる。これによって、めっき液５５０とカソード液５３８が互いに混合してしまうことを防止して、めっき液５５０とカソード液５３８を個別に管理することができる。
なお、この例では、電気的抵抗体５３４の露出表面にイオン交換体５６０を取付けるようにした例を示しているが、電気抵抗体の一部または全部にイオン交換体としての機能を付加するようにしてもよい。

図６及び図７は、基板を洗浄（リンス）し乾燥させるようにした洗浄・乾燥装置２０の一例を示す。つまり、この洗浄・乾燥装置２０は、まず化学洗浄及び純水洗浄（リンス）を行い、その後、スピンドル回転により洗浄後の基板Ｗを完全乾燥させるようにした装置であり、基板Ｗのエッジ部を把持するクランプ機構４２０を備えた基板ステージ４２２と、このクランプ機構４２０の開閉を行う基板着脱用昇降プレート４２４とを備えている。

基板ステージ４２２は、スピンドル回転用モータ（図示せず）の駆動に伴って高速回転するスピンドル４２６の上端に連結されている。また、クランプ機構４２０で把持した基板Ｗの周囲には、処理液の飛散を防止する洗浄カップ４２８が配置されており、この洗浄カップ４２８は図示しないシリンダの作動に伴って上下動するようになっている。

また、洗浄・乾燥装置２０は、クランプ機構４２０で把持した基板Ｗの表面に処理液を供給する薬液用ノズル４３０と、基板Ｗの裏面に純水を供給する複数の純水用ノズル４３２と、クランプ機構４２０で把持した基板Ｗの上方に配置された回転可能なペンシル型洗浄スポンジ４３４とを備えている。この洗浄スポンジ４３４は、水平方向に揺動可能な旋回アーム４３６の自由端に取付けられている。なお、洗浄・乾燥装置２０の上部には、装置内にクリーンエアを導入するためのクリーンエア導入口４３８が設けられている。

このような構成の洗浄・乾燥装置２０においては、基板Ｗをクランプ機構４２０で把持して回転させ、旋回アーム４３６を旋回させながら、薬液用ノズル４３０から処理液を洗浄スポンジ４３４に向けて供給しつつ、基板Ｗの表面に洗浄スポンジ４３４を擦り付けることで、基板Ｗの表面の洗浄を行うようになっている。そして、純水用ノズル４３２から基板Ｗの裏面に純水が供給され、この純水用ノズル４３２から噴射される純水で基板Ｗの裏面も同時に洗浄（リンス）される。このようにして洗浄された基板Ｗは、スピンドル４２６を高速回転させることでスピン乾燥させられる。

図８にベベルエッチング・裏面洗浄装置２２の一例を示す。このベベルエッチング・裏面洗浄装置２２は、基板のエッジ（ベベル）部に付着した銅層７（図１参照）のエッチングと裏面洗浄を同時に行い、しかも、基板表面に設けた回路形成部における銅の自然酸化膜の成長を抑えるようにしたもので、有底円筒状の防水カバー９２０の内部に位置して基板Ｗをフェー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ステージ９２２と、この基板ステージ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、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９２８が上向きで配置されている。前記エッジノズル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。

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、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内の銅層等を除去することができる。

次に、このベベルエッチング・裏面洗浄装置２２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を介して基板を基板ステージ９２２で水平に保持した状態で、基板Ｗを基板ステージ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、またはそれらの組合せを用いる。

これにより、基板Ｗの周縁部のエッジカット幅Ｃの領域では上面及び端面に成膜された銅層等は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。なお、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。

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。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。このようにして基板表面の周縁部のエッジカット幅Ｃ内の銅層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。

図９及び図１０は、熱処理（アニール）装置２６を示す。この熱処理装置２６は、基板Ｗを出し入れするゲート１０００を有するチャンバ１００２の内部に位置して、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。また、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。更に、アニール時に基板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、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がホットプレート１００４を挟んで互いに対峙する位置に配置されている。

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で混合したガスが流れる混合ガス導入路１０２２に接続されている。

これにより、ゲート１０００を通じてチャンバ１００２の内部に搬入した基板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から排気する。これによって、酸化を防止しつつ基板Ｗをアニールし、このアニールを、例えば数十秒〜６０秒程度継続してアニールを終了する。基板の加熱温度は１００〜６００℃が選択される。

アニール終了後、昇降ピン１００８を該昇降ピン１００８で保持した基板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、基板Ｗの温度が１００℃以下となるまで、例えば１０〜６０秒程度、基板を冷却し、この冷却終了後の基板を次工程に搬送する。
なお、この例では、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流すようにしているが、Ｎ_２ガスのみを流すようにしてもよい。

図１１乃至図１７は、基板の無電解めっきの前処理を行う前処理装置２８を示す。この前処理装置２８は、フレーム５０の上部に取付けた固定枠５２と、この固定枠５２に対して相対的に上下動する移動枠５４を備えており、この移動枠５４に、下方に開口した有底円筒状のハウジング部５６と基板ホルダ５８とを有する処理ヘッド６０が懸架支持されている。つまり、移動枠５４には、ヘッド回転用サーボモータ６２が取付けられ、このサーボモータ６２の下方に延びる出力軸（中空軸）６４の下端に処理ヘッド６０のハウジング部５６が連結されている。

この出力軸６４の内部には、図１４に示すように、スプライン６６を介して該出力軸６４と一体に回転する鉛直軸６８が挿着され、この鉛直軸６８の下端に、ボールジョイント７０を介して処理ヘッド６０の基板ホルダ５８が連結されている。この基板ホルダ５８は、ハウジング部５６の内部に位置している。また鉛直軸６８の上端は、軸受７２及びブラケットを介して、移動枠５４に固定した固定リング昇降用シリンダ７４に連結されている。これにより、この昇降用シリンダ７４の作動に伴って、鉛直軸６８が出力軸６４とは独立に上下動するようになっている。

また、固定枠５２には、上下方向に延びて移動枠５４の昇降の案内となるリニアガイド７６が取付けられ、ヘッド昇降用シリンダ（図示せず）の作動に伴って、移動枠５４がリニアガイド７６を案内として昇降するようになっている。

処理ヘッド６０のハウジング部５６の周壁には、この内部に基板Ｗを挿入する基板挿入窓５６ａが設けられている。また、処理ヘッド６０のハウジング部５６の下部には、図１６及び図１７に示すように、例えばＰＥＥＫ製のメインフレーム８０と、例えばポリエチレン製のガイドフレーム８２との間に周縁部を挟持されてシールリング８４ａが配置されている。このシールリング８４ａは、基板Ｗの下面の周縁部に当接し、ここをシールするためのものである。

一方、基板ホルダ５８の下面周縁部には、基板固定リング８６が固着され、この基板ホルダ５８の基板固定リング８６の内部に配置したスプリング８８の弾性力を介して、円柱状のプッシャ９０が基板固定リング８６の下面から下方に突出するようになっている。更に、基板ホルダ５８の上面とハウジング部５６の上壁部との間には、内部を気密的にシールする、例えばテフロン（登録商標）製で屈曲自在な円筒状の蛇腹板９２が配置されている。

これにより、基板ホルダ５８を上昇させた状態で、基板Ｗを基板挿入窓５６ａからハウジング部５６の内部に挿入する。すると、この基板Ｗは、ガイドフレーム８２の内周面に設けたテーパ面８２ａに案内され、位置決めされてシールリング８４ａの上面の所定の位置に載置される。この状態で、基板ホルダ５８を下降させ、この基板固定リング８６のプッシャ９０を基板Ｗの上面に接触させる。そして、基板ホルダ５８を更に下降させることで、基板Ｗをスプリング８８の弾性力で下方に押圧し、これによって基板Ｗの表面（下面）の周縁部にシールリング８４ａで圧接させて、ここをシールしつつ、基板Ｗをハウジング部５６と基板ホルダ５８との間で挟持して保持するようになっている。

なお、このように、基板Ｗを基板ホルダ５８で保持した状態で、ヘッド回転用サーボモータ６２を駆動すると、この出力軸６４と該出力軸６４の内部に挿着した鉛直軸６８がスプライン６６を介して一体に回転し、これによって、ハウジング部５６と基板ホルダ５８も一体に回転する。

処理ヘッド６０の下方に位置して、該処理ヘッド６０の外径よりもやや大きい内径を有する上方に開口した、外槽１００ａと内槽１００ｂを有する処理槽１００が備えられている。処理槽１００の外周部には、蓋体１０２に取付けた一対の脚部１０４が回転自在に支承されている。更に、脚部１０４には、クランク１０６が一体に連結され、このクランク１０６の自由端は、蓋体移動用シリンダ１０８のロッド１１０に回転自在に連結されている。これにより、蓋体移動用シリンダ１０８の作動に伴って、蓋体１０２は、処理槽１００の上端開口部を覆う処理位置と、側方の待避位置との間を移動するように構成されている。この蓋体１０２の表面（上面）には、下記のように、例えば還元力を有する電解イオン水を外方（上方）に向けて噴射する多数の噴射ノズル１１２ａを有するノズル板１１２が備えられている。

更に、図１７に示すように、処理槽１００の内槽１００ｂの内部には、薬液タンク１２０から薬液ポンプ１２２の駆動に伴って供給された薬液を上方に向けて噴射する複数の噴射ノズル１２４ａを有するノズル板１２４が、該噴射ノズル１２４ａが内槽１００ｂの横断面の全面に亘ってより均等に分布した状態で配置されている。この内槽１００ｂの底面には、薬液（排液）を外部に排出する排水管１２６が接続されている。この排水管１２６の途中には、三方弁１２８が介装され、この三方弁１２８の一つの出口ポートに接続された戻り管１３０を介して、必要に応じて、この薬液（排液）を薬液タンク１２０に戻して再利用できるようになっている。更に、この例では、蓋体１０２の表面（上面）に設けられたノズル板１１２は、例えば純水等のリンス液を供給するリンス液供給源１３２に接続されている。また、外槽１００ａの底面にも、排水管１２７が接続されている。

これにより、基板を保持した処理ヘッド６０を下降させて、処理槽１００の上端開口部を処理ヘッド６０で塞ぐように覆い、この状態で、処理槽１００の内槽１００ｂの内部に配置したノズル板１２４の噴射ノズル１２４ａから薬液を基板Ｗに向けて噴射することで、基板Ｗの下面（処理面）の全面に亘って薬液を均一に噴射し、しかも薬液の外部への飛散を防止しつつ薬液を排水管１２６から外部に排出できる。更に、処理ヘッド６０を上昇させ、処理槽１００の上端開口部を蓋体１０２で閉塞した状態で、処理ヘッド６０で保持した基板Ｗに向けて、蓋体１０２の上面に配置したノズル板１１２の噴射ノズル１１２ａからリンス液を噴射することで、基板表面に残った薬液のリンス処理（洗浄処理）を行い、しかもこのリンス液は外槽１００ａと内槽１００ｂの間を通って、排水管１２７を介して排出されるので、内槽１００ｂの内部に流入することが防止され、リンス液が薬液に混ざらないようになっている。

この前処理装置２８によれば、図１１に示すように、処理ヘッド６０を上昇させた状態で、この内部に基板Ｗを挿入して保持し、しかる後、図１２に示すように、処理ヘッド６０を下降させて処理槽１００の上端開口部を覆う位置に位置させる。そして、処理ヘッド６０を回転させて、処理ヘッド６０で保持した基板Ｗを回転させながら、処理槽１００の内部に配置したノズル板１２４の噴射ノズル１２４ａから薬液を基板Ｗに向けて噴射することで、基板Ｗの全面に亘って薬液を均一に噴射する。また、処理ヘッド６０を上昇させて所定位置で停止させ、図１３に示すように、待避位置にあった蓋体１０２を処理槽１００の上端開口部を覆う位置まで移動させる。そして、この状態で、処理ヘッド６０で保持して回転させた基板Ｗに向けて、蓋体１０２の上面に配置したノズル板１１２の噴射ノズル１１２ａからリンス液を噴射する。これにより、基板Ｗの薬液による処理と、リンス液によるリンス処理とを、２つの液体が混ざらないようにしながら行うことができる。

なお、処理ヘッド６０の下降位置を調整して、この処理ヘッド６０で保持した基板Ｗとノズル板１２４との距離を調整することで、ノズル板１２４の噴射ノズル１２４ａから噴射された薬液が基板Ｗに当たる領域や噴射圧を任意に調整することができる。ここで、薬液等の前処理液を循環させて使用すると、処理に伴って有効成分が減少するとともに、基板に付着することによる前処理液（薬液）の持ち出しがあるので、前処理液の組成を分析し、不足分を添加するための前処理液管理ユニット（図示せず）を併置することが好ましい。具体的には、清浄化に使われる薬液は、酸乃至アルカリが主体であるので、例えばｐＨを測定し、所定の値との差から減少分を補給するとともに、薬液貯槽に設けた液面計により減少量を補給することができる。また、触媒液については、たとえば酸性のパラジウム溶液の場合には、ｐＨにより酸の量を、また滴定法ないし比濁法によりパラジウムの量を測定し、同様にして減少量を補給することができる。

図１８乃至図２４に無電解めっき装置３０を示す。この無電解めっき装置３０は、図１（ｄ）に示す保護膜９を形成するためのものであり、めっき槽２００（図２２及び図２４参照）と、このめっき槽２００の上方に配置されて基板Ｗを着脱自在に保持する基板ヘッド２０４を有している。

基板ヘッド２０４は、図１８に詳細に示すように、ハウジング部２３０とヘッド部２３２とを有し、このヘッド部２３２は、吸着ヘッド２３４と該吸着ヘッド２３４の周囲を囲繞する基板受け２３６から主に構成されている。そして、ハウジング部２３０の内部には、基板回転用モータ２３８と基板受け駆動用シリンダ２４０が収納され、この基板回転用モータ２３８の出力軸（中空軸）２４２の上端はロータリジョイント２４４に、下端はヘッド部２３２の吸着ヘッド２３４にそれぞれ連結され、基板受け駆動用シリンダ２４０のロッドは、ヘッド部２３２の基板受け２３６に連結されている。更に、ハウジング部２３０の内部には、基板受け２３６の上昇を機械的に規制するストッパ２４６が設けられている。

ここで、吸着ヘッド２３４と基板受け２３６との間には、同様なスプライン構造が採用され、基板受け駆動用シリンダ２４０の作動に伴って基板受け２３６は吸着ヘッド２３４と相対的に上下動するが、基板回転用モータ２３８の駆動によって出力軸２４２が回転すると、この出力軸２４２の回転に伴って、吸着ヘッド２３４と基板受け２３６が一体に回転するように構成されている。

吸着ヘッド２３４の下面周縁部には、図１９乃至図２１に詳細に示すように、下面をシール面として基板Ｗを吸着保持する吸着リング２５０が押えリング２５１を介して取付けられ、この吸着リング２５０の下面に円周方向に連続させて設けた凹状部２５０ａと吸着ヘッド２３４内を延びる真空ライン２５２とが吸着リング２５０に設けた連通孔２５０ｂを介して互いに連通するようになっている。これにより、凹状部２５０ａ内を真空引きすることで、基板Ｗを吸着保持するのであり、このように、小さな幅（径方向）で円周状に真空引きして基板Ｗを保持することで、真空による基板Ｗへの影響（たわみ等）を最小限に抑え、しかも吸着リング２５０をめっき液（処理液）中に浸すことで、基板Ｗの表面（下面）のみならず、エッジについても、全てめっき液に浸すことが可能となる。基板Ｗのリリースは、真空ライン２５２にＮ_２を供給して行う。

一方、基板受け２３６は、下方に開口した有底円筒状に形成され、その周壁には、基板Ｗを内部に挿入する基板挿入窓２３６ａが設けられ、下端には、内方に突出する円板状の爪部２５４が設けられている。更に、この爪部２５４の上部には、基板Ｗの案内となるテーパ面２５６ａを内周面に有する突起片２５６が備えられている。

これにより、図１９に示すように、基板受け２３６を下降させた状態で、基板Ｗを基板挿入窓２３６ａから基板受け２３６の内部に挿入する。すると、この基板Ｗは、突起片２５６のテーパ面２５６ａに案内され、位置決めされて爪部２５４の上面の所定位置に載置保持される。この状態で、基板受け２３６を上昇させ、図２０に示すように、この基板受け２３６の爪部２５４上に載置保持した基板Ｗの上面を吸着ヘッド２３４の吸着リング２５０に当接させる。次に、真空ライン２５２を通して吸着リング２５０の凹状部２５０ａを真空引きすることで、基板Ｗの上面の周縁部を該吸着リング２５０の下面にシールしながら基板Ｗを吸着保持する。そして、めっき処理を行う際には、図２１に示すように、基板受け２３６を数ｍｍ下降させ、基板Ｗを爪部２５４から離して、吸着リング２５０のみで吸着保持した状態となす。これにより、基板Ｗの表面（下面）の周縁部が、爪部２５４の存在によってめっきされなくなることを防止することができる。

図２２は、めっき槽２００の詳細を示す。このめっき槽２００は、底部において、めっき液供給管３０８（図２４参照）に接続され、周壁部にめっき液回収溝２６０が設けられている。めっき槽２００の内部には、ここを上方に向かって流れるめっき液の流れを安定させる２枚の整流板２６２，２６４が配置され、更に底部には、めっき槽２００の内部に導入されるめっき液の液温を測定する温度測定器２６６が設置されている。また、めっき槽２００の周壁外周面のめっき槽２００で保持しためっき液の液面よりやや上方に位置して、直径方向のやや斜め上方に向けてめっき槽２００の内部に、ｐＨが６〜７．５の中性液からなる停止液、例えば純水を噴射する噴射ノズル２６８が設置されている。これにより、めっき終了後、ヘッド部２３２で保持した基板Ｗをめっき液の液面よりやや上方まで引き上げて一旦停止させ、この状態で、基板Ｗに向けて噴射ノズル２６８から純水（停止液）を噴射して基板Ｗを直ちに冷却し、これによって、基板Ｗに残っためっき液によってめっきが進行してしまうことを防止することができる。

更に、めっき槽２００の上端開口部には、アイドリング時等のめっき処理の行われていない時に、めっき槽２００の上端開口部を閉じて該めっき槽２００からのめっき液の無駄な蒸発を防止するめっき槽カバー２７０が開閉自在に設置されている。

このめっき槽２００は、図２４に示すように、底部において、めっき液貯槽３０２から延び、途中にめっき液供給ポンプ３０４と三方弁３０６とを介装しためっき液供給管３０８に接続されている。これにより、めっき処理中にあっては、めっき槽２００の内部に、この底部からめっき液を供給し、溢れるめっき液をめっき液回収溝２６０からめっき液貯槽３０２へ回収することで、めっき液が循環できるようになっている。また、三方弁３０６の一つの出口ポートには、めっき液貯槽３０２に戻るめっき液戻り管３１２が接続されている。これにより、めっき待機時にあっても、めっき液を循環させることができるようになっており、これによって、めっき液循環系が構成されている。このように、めっき液循環系を介して、めっき液貯槽３０２内のめっき液を常時循環させることにより、単純にめっき液を貯めておく場合に比べてめっき液の濃度の低下率を減少させ、基板Ｗの処理可能数を増大させることができる。

特に、この例では、めっき液供給ポンプ３０４を制御することで、めっき待機時及びめっき処理時に循環するめっき液の流量を個別に設定できるようになっている。すなわち、めっき待機時のめっき液の循環流量は、例えば２〜２０Ｌ／ｍｉｎで、めっき処理時のめっき液の循環流量は、例えば０〜１０Ｌ／ｍｉｎに設定される。これにより、めっき待機時にめっき液の大きな循環流量を確保して、セル内のめっき浴の液温を一定に維持し、めっき処理時には、めっき液の循環流量を小さくして、より均一な膜厚の保護膜（めっき膜）を成膜することができる。

めっき槽２００の底部付近に設けられた温度測定器２６６は、めっき槽２００の内部に導入されるめっき液の液温を測定して、この測定結果を元に、下記のヒータ３１６及び流量計３１８を制御する。

つまり、この例では、別置きのヒータ３１６を使用して昇温させ流量計３１８を通過させた水を熱媒体に使用し、熱交換器３２０をめっき液貯槽３０２内のめっき液中に設置して該めっき液を間接的に加熱する加熱装置３２２と、めっき液貯槽３０２内のめっき液を循環させて攪拌する攪拌ポンプ３２４が備えられている。これは、めっきにあっては、めっき液を高温（約８０℃程度）にして使用することがあり、これと対応するためであり、この方法によれば、インライン・ヒーティング方式に比べ、非常にデリケートなめっき液に不要物等が混入するのを防止することができる。

図２３は、めっき槽２００の側方に付設されている洗浄槽２０２の詳細を示す。この洗浄槽２０２の底部には、純水等のリンス液を上方に向けて噴射する複数の噴射ノズル２８０がノズル板２８２に取付けられて配置され、このノズル板２８２は、ノズル上下軸２８４の上端に連結されている。更に、このノズル上下軸２８４は、ノズル位置調整用ねじ２８７と該ねじ２８７と螺合するナット２８８との螺合位置を変えることで上下動し、これによって、噴射ノズル２８０と該噴射ノズル２８０の上方に配置される基板Ｗとの距離を最適に調整できるようになっている。

更に、洗浄槽２０２の周壁外周面の噴射ノズル２８０より上方に位置して、直径方向のやや斜め下方に向けて洗浄槽２０２の内部に純水等の洗浄液を噴射して、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２の、少なくともめっき液に接液する部分に洗浄液を吹き付けるヘッド洗浄ノズル２８６が設置されている。

この洗浄槽２０２にあっては、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２で保持した基板Ｗを洗浄槽２０２内の所定の位置に配置し、噴射ノズル２８０から純水等の洗浄液（リンス液）を噴射して基板Ｗを洗浄（リンス）するのであり、この時、ヘッド洗浄ノズル２８６から純水等の洗浄液を同時に噴射して、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２の、少なくともめっき液に接液する部分を該洗浄液で洗浄することで、めっき液に浸された部分に析出物が蓄積してしまうことを防止することができる。

この無電解めっき装置３０にあっては、基板ヘッド２０４を上昇させた位置で、前述のようにして、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２で基板Ｗを吸着保持し、めっき槽２００のめっき液を循環させておく。
そして、めっき処理を行うときには、めっき槽２００のめっき槽カバー２７０を開き、基板ヘッド２０４を回転させながら下降させ、ヘッド部２３２で保持した基板Ｗをめっき槽２００内のめっき液に浸漬させる。

そして、基板Ｗを所定時間めっき液中に浸漬させた後、基板ヘッド２０４を上昇させて、基板Ｗをめっき槽２００内のめっき液から引き上げ、必要に応じて、前述のように、基板Ｗに向けて噴射ノズル２６８から純水（停止液）を噴射して基板Ｗを直ちに冷却し、更に基板ヘッド２０４を上昇させて基板Ｗをめっき槽２００の上方位置まで引き上げて、基板ヘッド２０４の回転を停止させる。

次に、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２で基板Ｗを吸着保持したまま、基板ヘッド２０４を洗浄槽２０２の直上方位置に移動させる。そして、基板ヘッド２０４を回転させながら洗浄槽２０２内の所定の位置まで下降させ、噴射ノズル２８０から純水等の洗浄液（リンス液）を噴射して基板Ｗを洗浄（リンス）し、同時に、ヘッド洗浄ノズル２８６から純水等の洗浄液を噴射して、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２の、少なくともめっき液に接液する部分を該洗浄液で洗浄する。

この基板Ｗの洗浄が終了した後、基板ヘッド２０４の回転を停止させ、基板ヘッド２０４を上昇させて基板Ｗを洗浄槽２０２の上方位置まで引き上げ、更に基板ヘッド２０４を搬送ロボット１６との受渡し位置まで移動させ、この搬送ロボット１６に基板Ｗを受渡して次工程に搬送する。

この無電解めっき装置３０には、図２４に示すように、無電解めっき装置３０が保有するめっき液の液量を計測するとともに、例えば吸光光度法、滴定法、電気化学的測定などでめっき液の組成を分析し、めっき液中の不足する成分を補給するめっき液管理ユニット３３０が備えられている。そして、これらの分析結果を信号処理してめっき液中の不足する成分を、図示しない補給槽から定量ポンプなどを使ってめっき液貯槽３０２へ補給してめっき液の液量と組成を管理するようになっており、これによって、薄膜めっきを再現性良く実現できる。

このめっき液管理ユニット３３０は、無電解めっき装置３０が保有するめっき液の溶存酸素を、例えば電気化学的方法等により測定する溶存酸素濃度計３３２を有しており、この溶存酸素濃度計３３２の指示により、例えば脱気、窒素吹き込みその他の方法でめっき液中の溶存酸素濃度を一定に管理することができるようになっている。このように、めっき液中の溶存酸素濃度を一定に管理することで、めっき反応を再現性良く実現することができる。

なお、めっき液を繰り返し利用すると、外部からの持ち込みやそれ自身の分解によってある特定成分が蓄積し、めっきの再現性や膜質の劣化につながることがある。このような特定成分を選択的に除去する機構を追加することにより、液寿命の延長と再現性の向上を図ることができる。

図２５は、研磨装置（ＣＭＰ装置）３２の一例を示す。この研磨装置３２は、上面に研磨布（研磨パッド）８２０を貼付して研磨面を構成する研磨テーブル８２２と、基板Ｗをその被研磨面を研磨テーブル８２２に向けて保持するトップリング８２４とを備えている。そして、研磨テーブル８２２とトップリング８２４とをそれぞれ自転させ、研磨テーブル８２２の上方に設置された砥液ノズル８２６より砥液を供給しつつ、トップリング８２４により基板Ｗを一定の圧力で研磨テーブル８２２の研磨布８２０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。なお、研磨パッドとして、予め砥粒を入れた固定砥粒方式を採用したものを使用してもよい。

このようなＣＭＰ装置を用いて研磨作業を継続すると研磨布８２０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８２８を設け、このドレッサー８２８によって、研磨する基板Ｗの交換時などに研磨布８２０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３２８のドレッシング面（ドレッシング部材）を研磨テーブル８２２の研磨布８２０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８２２に基板の表面の状態を監視するモニタを取付け、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。

図２６及び図２７は、反転機を備えた膜厚測定器２４を示す。同図に示すように、この膜厚測定器２４は反転機３３９を備え、この反転機３３９は、反転アーム３５３，３５３を備えている。この反転アーム３５３，３５３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３５３，３５３（反転ステージ）の直下に円形の取付け台３５５を設置し、取付け台３５５上に複数の膜厚センサＳを設置する。取付け台３５５は駆動機構３５７によって上下動自在に構成されている。

そして基板Ｗの反転時には、取付け台３５５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３５３，３５３に把持した基板Ｗに接近させ、その膜厚を測定する。

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３５５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３５５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３５５が上下動するため、測定時間をやや要することになる。

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。

次に、このように構成された基板処理装置によって、図１（ａ）に示す、導電体層してのシード層６を形成した基板に銅配線を形成する一連の処理を、図２８を更に参照して説明する。

先ず、表面にシード層６を形成した基板Ｗを搬送ボックス１０から一枚ずつ取出し、ロード・アンロードステーション１４に搬入する。そして、このロード・アンロードステーション１４に搬入した基板Ｗを搬送ロボット１６で膜厚測定器２４に搬送し、この膜厚測定器２４でイニシャル膜厚（シード層６の膜厚）を測定し、しかる後、必要に応じて、基板を反転させてめっき装置１８に搬送し、このめっき装置１８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、銅の埋込みを行う。

そして、この銅層７を形成した基板を、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送して、基板Ｗの純水による洗浄を行ってスピン乾燥させるか、またはめっき装置１８にスピン乾燥機能が備えられている場合には、このめっき装置１８で基板Ｗのスピン乾燥（液切り）を行って、この乾燥後の基板をベベルエッチング・裏面洗浄装置２２に搬送する。

このベベルエッチング・裏面洗浄装置２２では、基板Ｗのベベル（エッジ）部に付着した不要な銅をエッチング除去すると同時に、基板の裏面を純水等で洗浄し、しかる後、前述と同様に、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送して、基板Ｗの純水による洗浄を行ってスピン乾燥させるか、またはベベルエッチング・裏面洗浄装置２２にスピン乾燥機能が備えられている場合には、このベベルエッチング・裏面洗浄装置２２で基板Ｗのスピン乾燥を行って、この乾燥後の基板を、搬送ロボット１６で熱処理装置２６に搬送する。

この熱処理装置２６で基板Ｗの熱処理（アニール）を行う。そして、この熱処理後の基板Ｗを搬送ロボット１６で膜厚測定器２４に搬送し、ここで銅の膜厚を測定し、この測定結果と前述のイニシャル膜厚の測定結果との差から、銅層７（図１（ｂ）参照）の膜厚を求め、この測定後の膜厚によって、例えば次に基板に対するめっき時間を調整し、また膜厚が不足する場合には、再度めっきによる銅の追加の成膜を行う。そして、この膜厚測定後の基板Ｗを、搬送ロボット１６により研磨装置３２に搬送する。

この研磨装置３２で、図１（ｃ）に示すように、基板Ｗの表面に堆積した不要な銅層７及びシード層６を研磨除去して、基板Ｗの表面を平坦化する。この時、例えば、膜厚や基板の仕上がり具合をモニタで検査し、このモニタで終点（エンドポイント）を検知した時に、研磨を終了する。そして、この研磨後の基板Ｗを搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送し、この洗浄・乾燥装置２０で基板表面を薬液で洗浄し、更に純水で洗浄（リンス）した後、高速回転させてスピン乾燥させる。そして、このスピン乾燥後の基板Ｗを搬送ロボット１６で前処理装置２８に搬送する。

この前処理装置２８で、例えば基板表面へのＰｄ触媒の付着や、基板の露出表面に付着した酸化膜の除去等の少なくとも一方のめっき前処理を行う。そして、このめっき前処理後の基板を、前述のように、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送して、基板Ｗの純水による洗浄を行ってスピン乾燥させるか、または前処理装置２８にスピン乾燥機能が備えられている場合には、この前処理装置２８で基板Ｗのスピン乾燥（液切り）を行って、この乾燥後の基板を搬送ロボット１６で無電解めっき装置３０に搬送する。

この無電解めっき装置３０で、図１（ｄ）に示すように、露出した配線８の表面に、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）９を選択的に形成して配線８を保護する。この保護膜９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。この時、例えば、保護膜９の膜厚をモニタして、この膜厚が所定の値に達した時、つまり終点（エンドポイント）を検知した時に、無電解めっきを終了する。

そして、無電解めっきが終了した基板を、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送し、この洗浄・乾燥装置２０で基板表面を薬液で洗浄し、更に純水で洗浄（リンス）した後、高速回転させてスピン乾燥させる。そして、このスピン乾燥後の基板Ｗを搬送ロボット１６でロード・アンロードステーション１４を経由して搬送ボックス１０内に戻す。
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よい。

半導体装置における配線形成例を工程順に示す図である。 本発明の実施の形態のめっき装置を備えた基板処理装置の平面図である。 図２に示すめっき装置の平面図である。 図２に示すめっき装置でめっきを行っている時の状態の要部を示す概略断面図である。 本発明の他の実施の形態のめっき装置の要部を示す概略縦断面図である。 図２に示す洗浄・乾燥装置の一例を示す縦断正面図である。 同じく、平面図である。 図２に示すベベルエッチング・裏面洗浄装置の一例を示す概略図である。 図２に示す熱処理装置の一例を示す縦断正面図である。 同じく、平断面図である。 図２に示す前処理装置の基板受渡し時における正面図である。 同じく、薬液処理時における正面図である。 同じく、リンス時における正面図である。 同じく、基板受渡し時における処理ヘッドを示す断面図である。 同じく、図１４のＡ部拡大図である。 同じく、基板固定時における図１５相当図である。 同じく、系統図である。 図２に示す無電解めっき装置の基板受渡し時における基板ヘッドを示す断面図である。 同じく、図１８のＢ部拡大図である。 同じく、基板固定時における基板ヘッドを示す図１９相当図である。 同じく、めっき処理時における基板ヘッドを示す図１９相当図である。 同じく、めっき槽カバーを閉じた時のめっき槽を示す一部切断の正面図である。 同じく、洗浄槽を示す断面図である。 同じく、系統図である。 図２に示す研磨装置の一例を示す概要図である。 図２に示す膜厚測定器における反転機付近の概略正面図である。 同じく、反転アーム部分の平面図である。 図２に示す基板処理装置における処理フロー図である。

符号の説明

３ 微孔（微細凹部）
４ 配線溝（微細凹部）
６ シード層（導電体層）
７ 銅層
８ 配線
９ 保護膜
１０ 搬送ボックス
１２ 装置フレーム
１４ ロード・アンロードステーション
１６ 搬送ロボット
１８ めっき装置
２０ 洗浄・乾燥装置
２２ ベベルエッチング・裏面洗浄装置
２４ 膜厚測定器
２６ 熱処理装置
２８ 前処理装置
３０ 無電解めっき装置
３２ 研磨装置
５８ 基板ホルダ
６０ 処理ヘッド
１００ 処理槽
１０２ 蓋体
２００ めっき槽
２０２ 洗浄槽
２０４ 基板ヘッド
２３０ ハウジング部
２３２ ヘッド部
２３４ 吸着ヘッド
２７０ めっき槽カバー
３２０ 熱交換器
３２２ 加熱装置
４２２ 基板ステージ
５００ めっき処理部
５０２ アイドリングステージ
５０６ 揺動アーム
５０８ 電極ヘッド
５１０ 電極アーム部
５１６ 基板ステージ
５１８ カソード部
５２４ カソード電極
５２６ シール材
５３０ ハウジング
５３４ 電気的抵抗体
５３６ アノード
５３８ アノード液
５４０ アノード液室
５５０ めっき液
５５２ めっき液導入管
５５４ アノード液吸引管
５５６ 電源
５６０ イオン交換体
８２０ 研磨布
８２２ 研磨テーブル
８２４ トップリング
９２２ 基板ステージ
９２４ センタノズル
９２６ エッジノズル
９２８ バックノズル
１００２ チャンバ
１００４ ホットプレート
１００６ クールプレート

Claims (11)

1. 基板の表面の少なくとも一部に形成された導電体層とアノードとの間に電気的抵抗体を配置し、
   前記導電体層とアノードとの間の導電体層側に２５〜７５ｇ／Ｌの銅イオンと０．４モル／Ｌ以上の有機酸または無機酸を含有するめっき液を、前記アノード側に前記めっき液と同じ組成、または０〜７５ｇ／Ｌの銅イオンと０.６モル／Ｌ以下の有機酸または無機酸を含有するアノード液をそれぞれ導入して、前記導電体層と前記アノードとの間を前記めっき液と前記アノード液からなるめっき浴で満たし、
   前記導電体層とアノードとの間に電圧を印加して該導電体層の表面にめっきを行うことを特徴とするめっき方法。
2. 前記アノード液の電気伝導度を測定し、前記アノード液に、少なくとも純水、有機酸または無機酸のいずれかを添加して、めっき開始時における前記アノード液の電気伝導度を２００ｍＳ／ｃｍ以下の一定値に保つことを特徴とする請求項１記載のめっき方法。
3. 前記めっき液及び前記アノード液として、硫酸、アルカンスルホン酸またはアルカノールスルホン酸を含む溶液を用いることを特徴とする請求項１または２記載のめっき方法。
4. 前記めっき液及び前記アノード液の銅イオン源として、硫酸銅、酸化銅、塩化銅、炭酸銅、ピロリン酸銅、アルカンスルホン酸銅、アルカノールスルホン酸銅及び有機酸銅から選ばれる少なくとも１種の銅化合物を使用することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のめっき方法。
5. 前記めっき液及び前記アノード液として、硫酸と硫酸銅を含み、５８ｇ／Ｌ以下の銅イオンを含有する溶液をそれぞれ用いることを特徴とする請求項１または２記載のめっき方法。
6. 前記アノード液を管理するために、導電率を用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のめっき方法。
7. 前記めっき液と前記カソード液とを、イオン交換体を介して互いに分離することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のめっき方法。
8. 基板を保持する基板ステージと、
   前記基板ステージで保持した基板の被めっき面の周縁部に当接して該周縁部を水密的にシールするシール材と、該基板と接触して通電させるカソード電極とを備えたカソード部と、
   前記カソード部の上方に上下動自在に配置され、アノードと保水性を有する電気的抵抗体とを上下に備えた電極ヘッドと、
   前記電気的抵抗体と前記基板ステージで保持した基板の被めっき面との間にめっき液を導入するめっき液導入手段と、
   前記アノードと前記電気的抵抗体との間にアノード液を導入するアノード液導入手段と、
   前記カソード電極と前記アノードとの間にめっき電圧を印加する電源とを有することを特徴とするめっき装置。
9. 電気的抵抗体と前記アノードまたは前記基板ステージで保持した基板との間に隔壁を配置したことを特徴とする請求項８記載のめっき装置。
10. 前記隔壁は、イオン交換体からなることを特徴とする請求項９記載のめっき装置。
11. 前記電気抵抗体の一部または全部にイオン交換体としての機能を付加したことを特徴とする請求項８記載のめっき装置。

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