JP2006077275A - 金属膜の成膜方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 同一の処理液を使用して、膜厚方向に膜質の異なる金属膜を連続して成膜できるようにする。
【解決手段】 表面の配線用凹部に埋込み配線を形成した基板を用意し、基板の表面に処理液に接触させつつ、基板の表面に対する処理液の相対的な流動状態を変化させて、配線の表面に膜厚方向に膜質の異なる金属膜を連続的に成膜する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、金属膜の成膜方法及び装置に係り、特に半導体ウエハ等の基板の表面に形成した埋込み配線の露出表面を被覆して該配線を保護する金属膜や、基板の表面に設けた配線用凹部内に埋込んで配線を形成する金属膜等を成膜するのに使用される金属膜の成膜方法及び装置に関する。
半導体装置の配線形成プロセスとして、配線用凹部としての配線溝及びコンタクトホールに金属（導電体）を埋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込んだ後、余分な金属を化学的機械研磨（ＣＭＰ）によって除去し平坦化するプロセス技術である。
従来この種の配線、例えば配線材料として銅を使用した銅配線にあっては、信頼性向上のため、層間絶縁膜への配線（銅）の熱的拡散を防止し、かつエレクトロマイグレーション耐性を向上させるためのバリア膜を配線の底面及び側面に形成したり、その後絶縁膜（酸化膜）を積層して多層配線構造の半導体装置を作る場合の酸化性雰囲気における配線（銅）の酸化を防止したりするため酸化防止膜を形成するなどの方法が採用されている。従来、この種のバリア膜としては、タンタル、チタンまたはタングステンなどの金属あるいはその窒化物が一般に採用されており、また酸化防止膜としては、シリコンの窒化物などが一般に採用されていた。
これに代わるものとして、最近になってコバルト合金やニッケル合金等からなる配線保護膜で埋込み配線の底面及び側面、または露出表面を選択的に覆って、配線の熱拡散、エレクトロマイグレーション及び酸化を防止することが検討されている。また、不揮発磁気メモリにおいては、微細化に伴う書込み電流の増加を抑制するため、記録用配線の周囲をコバルト合金やニッケル合金等の磁性膜で覆うことが考えられている。このコバルト合金やニッケル合金等は、例えば無電解めっきによって得られる。
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。先ず、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ＳｉＯ２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、配線用凹部としてのコンタクトホール３と配線溝４を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリア層５、更にその上に電解めっきの給電層としてのシード層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のコンタクトホール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、化学的機械研磨（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、コンタクトホール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て、配線８の表面に、例えばＣｏＷＰ合金からなる配線保護膜（蓋材）９を選択的に形成し、これによって、配線８の表面を配線保護膜９で覆って保護する。
一般的な無電解めっきによって、このようなＣｏＷＰ合金からなる配線保護膜（蓋材）９を配線８の表面に選択的に形成する工程を説明する。先ず、ＣＭＰ処理を施した半導体ウエハ等の基板Ｗを、例えば常温の希硫酸中に１分程度浸漬させて、絶縁膜２の表面に残った銅等のＣＭＰ残渣や配線上の酸化膜等を除去する。そして、基板Ｗの表面を純水等の洗浄液で洗浄した後、例えば常温のＰｄＳＯ４／Ｈ２ＳＯ４またはＰｄＣｌ２／ＨＣｌ混合溶液中に基板Ｗを１分間程度浸漬させ、これにより、配線８の表面に触媒としてのＰｄを付着させて配線８の露出表面を活性化させる。
次に、基板Ｗの表面を純水等で洗浄（リンス）した後、例えば液温が８０℃のＣｏＷＰめっき液中に基板Ｗを１２０秒程度浸漬させて、活性化させた配線８の表面に選択的な無電解めっきを施し、しかる後、基板Ｗの表面を純水等の洗浄液で洗浄して乾燥する。これによって、配線８の露出表面に、ＣｏＷＰ合金からなる配線保護膜９を選択的に形成して配線８を保護する。
例えば、前述のように、ＣｏＷＰやＣｏＷＢなどのＷを有する合金からなる配線保護膜（金属膜）９を配線８の表面に無電解めっきによって選択的に形成すると、この金属膜（合金）中のW含有量が少ない場合（例えば、２ｗｔ％以下）には、金属膜が下地金属（配線）の表面状態（モフォロジ）の影響を受けにくく、このため、金属膜の表面粗さが良好となる。しかし、析出反応が比較的に速くて、金属膜の析出が処理液各組成の供給律速となる傾向が強く、このため、パターン依存性が高くなり、基板表面の配線幅の大小や配線の疎密によって、基板全面における金属膜の膜厚のばらつきが大きくなる。
逆に、金属膜（合金）中のＷ含有量が多い場合（例えば、２ｗｔ％以上）には、成膜時のめっき浴中にW成分が多いので、析出反応が比較的に遅く、金属膜の析出が反応律速となる傾向が強くなって、基板の全面における金属膜の膜厚は、基板表面の配線幅の大小や配線の疎密に依存しにくくなる。しかし、金属膜が下地金属（配線）の表面状態（モフォロジ）の影響を受け易く、このため、金属膜の表面粗さが悪くなって、金属膜の膜厚が不均一となる。
このため、Ｗの含有量が少ないか、またはＷを含まない第１のめっき浴を使用して第１段のめっきを行い、その後、Ｗの含有量が多いか、またはＷを含む第２めっき浴を使用して第２段のめっきを行うようにした２段めっきが提案されている。しかし、このように、２段めっきを行うと、めっき装置自体が大型化してフットプリントが大きくなるばかりでなく、各段のめっき間における金属膜（めっき膜）表面状態の管理が困難となるなどの問題がある。
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、同一の処理液を使用して、膜厚方向に膜質の異なる金属膜を連続して成膜できるようにした金属膜の成膜方法及び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、表面の配線用凹部に埋込み配線を形成した基板を用意し、前記基板の表面を処理液に接触させつつ、前記基板の表面に対する前記処理液の相対的な流動状態を変化させて、前記配線の表面に膜厚方向に膜質の異なる金属膜を連続的に成膜することを特徴とする金属膜の成膜方法である。
これにより、例えば異なる組成のめっき液を使用した２段めっき等を行うことなく、膜厚方向に膜質の異なる金属膜を、同一の処理液を使用して連続的に成膜することができる。
請求項２に記載の発明は、前記処理液の流動状態の変化は、基板表面に対する前記処理液の相対的な流動速度を、成膜の途中で増加または減少させることを特徴とする請求項１記載の金属膜の成膜方法である。
例えば、ＣｏＷＰやＣｏＷＢ等のＷを含むＣｏ合金からなる金属膜を無電解めっきで成膜する場合、一般に、無電解めっき浴中のW成分の濃度が他の成分に比べて格段に低く、このため、基板の表面近傍における処理液の流動状態を変えて成膜される金属膜の膜質を変える際、Ｗの供給特性が成膜される金属膜の膜質に最も影響を与えると考えられる。そこで、基板の表面近傍における処理液の流動速度を成膜の途中で増加させて、基板の表面近傍に位置する処理液中のＷ成分の濃度を高くすることで、めっき後期に成膜される金属膜中のＷ含有量をめっき初期に成膜される金属膜中のＷ含有量よりも大きし、これによって、金属膜の表面粗さとパターン依存性の双方を改善することができる。
請求項３に記載の発明は、表面に配線用凹部を形成した基板を用意し、前記基板の表面を処理液に接触させつつ、前記基板の表面に対する前記処理液の相対的な流動状態を変化させて、前記基板の表面に膜厚方向に膜質の異なる金属膜を連続的に成膜して該金属膜を前記凹部内に埋込むことを特徴とする金属膜の成膜方法である。
例えば銅等の単一金属からなる金属膜を成膜して該金属膜（銅）を配線用凹部内に埋込む際，基板の表面近傍における処理液の流動状態を変化させて、成膜される金属膜中の添加剤の含有量を調整することで、基板の表面に膜厚方向に、銅の配向性や抵抗率などの特性量（膜質）の異なる金属膜を連続して成膜することができる。
請求項４に記載の発明は、前記基板の表面に対する前記処理液の流動状態を、前記基板の回転速度を変更して変化させ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金属膜の成膜方法である。
これにより、基板の回転速度を速くすることで、基板の表面近傍における処理液が基板に対する流動速度を速めることができる。従って、例えばＷ成分を含むＣｏ合金からなる金属膜を無電解めっきで成膜する場合にあっては、基板の回転速度をより速くすることで、基板の表面近傍に位置するめっき液中のＷ濃度を高めることができる。
請求項５に記載の発明は、前記基板の表面に対する前記処理液の流動状態を、前記処理液の処理槽内の流動速度を変更して変化させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の金属膜の成膜方法である。
例えば、成膜処理中に、処理槽内の処理液を循環させる場合には、この循環量を変更することで、処理槽内の処理液を旋回させる場合には、その旋回流の強さを変更することで、また処理槽内の処理液を攪拌する場合には、その攪拌強さを変更することで、基板の表面近傍における処理液の流動状態を変化させることができる。
表面に複数の配線層からなる埋込み配線を形成した基板を用意し、前記基板の表面を処理液に接触させつつ、前記基板の表面近傍における前記処理液の流動状態を変化させて、前記配線の表面に膜厚方向に膜質の異なる金属膜を連続的に成膜する際、前記配線層の層数を判断し、その層数に応じて基板表面近傍の流動状態または流動状態変化の方式を変えるようにしてもよい。多層配線の層によって、配線のパターンが異なり、配線または配線上の配線保護膜に要求される仕様が必ずしも一致でない。それぞれの層に応じて基板表面近傍の流動状態または流動状態変化の方式を変えることで、最適な処理条件にて最適な成膜を得ることができる
請求項６に記載の発明は、基板を保持する基板ホルダと、前記基板ホルダで保持した基板の表面に接触させる処理液を内部に保持する処理槽と、前記基板ホルダで保持し前記処理槽内の処理液に接触させた基板の表面近傍における該処理液の基板に対する相対的な流動状態を変化させる駆動制御系を有することを特徴とする金属膜の成膜装置である。
請求項７に記載の発明は、前記駆動制御系は、前記基板ホルダを回転させる回転装置と、該回転装置の回転速度を制御する制御部を有することを特徴とする請求項６記載の金属膜の成膜装置である。
請求項８に記載の発明は、前記駆動制御系は、前記処理槽内で前記処理液を流動させる液流動装置と、該液流動装置の駆動部を制御する制御部を有することを特徴とする請求項６または７記載の金属膜の成膜装置である。
請求項９に記載の発明は、基板の表面に複数の配線層からなる埋込み配線を形成するに際し、表面に第１の配線層を形成した基板を用意し、前記第１の配線層の表面を処理液に接触させつつ前記第１の配線層の表面に配線保護膜を成膜する工程と、前記基板の表面に第２の配線層を形成した後、前記第２の配線層の表面を処理液に接触させつつ前記第２の配線層の表面に配線保護膜を成膜する工程を有し、前記第１の配線層の表面に配線保護膜を成膜する工程と前記第２の配線層の表面に配線保護膜を成膜する工程では、配線層の表面に対する相対的な処理液の流動状態または流動状態の変化の方式が異なることを特徴とする配線の形成方法である。
請求項１０に記載の発明は、前記第１の配線層の表面に配線保護膜を成膜する工程と前記第２の配線層の表面に配線保護膜を成膜する工程では、前記処理液の組成が同一であることを特徴とする請求項９に記載の配線の形成方法である。
本発明によれば、膜厚方向に膜質の異なる金属膜（配線保護膜）の成膜を同一の処理液を使用して連続して行うことができ、これによって、例えば膜厚方向にＷ含有量が異なるようにすることで、表面粗さとパターン依存性の双方を改善したＣｏＷＰ合金からなる金属膜で、基板に形成した配線の表面を選択的に覆って該配線を保護することができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の例では、成膜装置として、めっき液を処理液とした無電解めっき装置を使用し、図１（ｄ）に示すように、下地金属としての配線８の露出表面を選択的に覆って該配線８を保護する配線保護膜（蓋材）９を成膜するようにした例を示す。この配線保護膜９は、ＣｏＷＰ合金からなる金属膜で構成される。
図２は、本発明の実施の形態における無電解めっき装置（成膜装置）を備えた基板処理装置の平面配置図を示す。図２に示すように、この基板処理装置には、図１（ｃ）の状態にあたる、表面に銅等からなる配線（下地金属）８を形成した半導体装置等の基板Ｗを収容した基板カセットを載置収容するロード・アンロードユニット１０が備えられている。そして、排気系統を備えた矩形状の装置フレーム１２の内部に、基板Ｗの表面を洗浄（ＣＭＰ後洗浄またはめっき前洗浄）する洗浄装置と、洗浄後の基板表面に、例えばＰｄ等の触媒を付与する触媒付与装置とを一つに統合した２基の洗浄兼触媒付与装置１４が配置されている。
装置フレーム１２の内部には、基板Ｗの表面（被処理面）に無電解めっきを行う２基の無電解めっき装置１６、無電解めっきによって配線８の表面に形成された配線保護膜（金属膜）９（図１（ｄ）参照）の選択性を向上させるため、基板Ｗのめっき後処理を行うめっき後処理装置１８、後処理後の基板Ｗを乾燥させる乾燥装置２０及び仮置台２２が配置されている。更に、装置フレーム１２の内部には、ロード・アンロードユニット１０に搭載された基板カセットと仮置台２２との間で基板Ｗの受渡し行う第１基板搬送ロボット２４と、仮置台２２と各装置１４，１６，１８，２０との間で基板の受渡しを行う第２基板搬送ロボット２６が、それぞれ走行自在に配置されている。
次に、図２に示す基板処理装置に備えられている各種装置の詳細を以下に説明する。
洗浄兼触媒付与装置１４は、異なる液体の混合を防ぐ２液分離方式を採用したもので、フェースダウンで搬送された基板Ｗの処理面（表面）である下面の周縁部をシールし、裏面側を押圧して基板Ｗを固定するようにしている。
この洗浄兼触媒付与装置１４は、図３乃至図６に示すように、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６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７０及び図８に示すように、例えばＰＥＥＫ製のメインフレーム８０と、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８４が配置されている。このシールリング８４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８４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８４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、内槽１００ｂ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、例えば純水を外方（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９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、つまり洗浄液または処理液（触媒処理液）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。
なお、図示では、一つの薬液タンク１２０のみが図示されているが、前述の洗浄液を保持する第１薬液タンクと前述の処理液（触媒処理液）を保持する第２薬液タンクの２つの薬液タンクが備えられ、この第１薬液タンクまたは第２薬液タンクの一方から、洗浄液または処理液が選択的に噴射ノズル１２４ａに供給されて噴射され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、内槽１００ｂ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、つまり洗浄処理に際して洗浄液を、触媒付与処理に際しては処理液（触媒処理液）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、内槽１００ｂ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。
この洗浄兼触媒付与装置１４によれば、図３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４に示すように、処理ヘッド６０を下降させて内槽１００ｂ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、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、すなわち洗浄液または処理液（触媒処理液）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５に示すように、待避位置にあった蓋体１０２を内槽１００ｂ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。
無電解めっき装置１６を図１０乃至図１４に示す。この無電解めっき装置１６は、処理槽としてのめっき槽２００（図１４参照）と、このめっき槽（処理槽）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１０に詳細に示すように、ハウジング部２３０と基板ホルダ２３２とを有し、この基板ホルダ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、下端は基板ホルダ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、基板ホルダ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。
この基板回転用モータ２３８は、基板Ｗを保持した基板ホルダ２３２を回転させる回転装置としての役割を果たし、この基板回転用モータ（回転装置）２３８の回転速度は、制御部２９０からの信号で任意に制御される。この基板回転用モータ（回転装置）２３８と制御部２９０によって、基板ホルダ２３２で保持し処理槽２００内のめっき液に接触させた基板Ｗの表面近傍における該めっき液の流動状態を変化させる駆動制御系が構成されている。つまり、この例は、基板ホルダ２３２の回転速度を制御部２９０で制御（変更）することで、基板ホルダ２３２で保持した基板Ｗの表面に沿って流れるめっき液の流速が変化する。
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１１乃至図１３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Ｎ２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１１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１２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１３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１４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１６参照）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、基板ホルダ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１６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。
なお、めっき処理中にめっき液を循環させるめっき液循環系で、めっき槽２００内でめっき液を流動させる液流動装置を構成し、図１６に仮想線で示すように、めっき液を循環させるめっき液供給ポンプ３０４を制御部２９０で制御しめっき液の循環量を変更することで、基板ホルダ２３２で保持しめっき槽２００内のめっき液に接触させた基板Ｗの表面近傍における該めっき液の流動状態を変化させる駆動制御系を構成してもよい。
また、図示しないが、めっき槽内のめっき液を旋回させ、その旋回流の強さを変更することで、基板の表面近傍におけるめっき液の流動状態を変化させてもよく、また処理槽内のめっき液を攪拌し、その攪拌強さを変更することで、基板の表面近傍におけるめっき液の流動状態を変化させてもよい。
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１５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の基板ホルダ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の基板ホルダ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の基板ホルダ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１６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の基板ホルダ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、基板ホルダ２３２で保持した基板Ｗをめっき槽２００内のめっき液中に浸漬させる。これによって、例えば、図１（ｄ）に示すように、配線８の表面に、ＣｏＷＰ合金からなる配線保護膜（金属膜）９を選択的に形成して配線８を保護する。
このめっき時に、基板ホルダ２３２で保持した基板Ｗの表面近傍におけるめっき液の流動状態を変化させて、配線（下地金属）８の表面に膜厚方向に膜質の異なるＣｏＷＰ合金からなる配線保護膜（金属膜）９を連続的に成膜することで、膜厚方向に膜質の異なる金属膜９の成膜を同一のめっき液を使用して連続して行う。つまり、この例によれば、めっき初期にあっては、基板Ｗを低速な回転速度、例えば１〜３０ｒｐｍ、好ましくは３〜２５ｒｐｍ、更に好ましくは、８〜１８ｒｐｍで回転させる。そして、めっき後期にあっては、基板Ｗの回転速度を上げて、基板Ｗを高速な回転速度、例えば１０〜５００ｒｐｍ、好ましくは２０〜２００ｒｐｍ、更に好ましくは、３０〜６０ｒｐｍで回転させる。これによって、基板Ｗの表面近傍におけるめっき液の流動速度を成膜中で増加させる。
このように、基板Ｗの表面近傍におけるめっき液の流動速度をめっき処理中に増加させることで、基板Ｗの表面近傍に位置するめっき液中のＷ濃度を高め、これによって、めっき後期に成膜される金属膜中のＷ含有量をめっき初期に成膜される金属膜中のＷ含有量よりも大きくすることができる。この原理について説明する。
ＣｏＷＰ無電解めっきに使用されるめっき液の組成は、一般に、Ｃｏ金属塩（成分Ａ）、Ｐを含む還元剤（成分Ｂ）、Ｗ金属塩（成分Ｃ）、錯化剤（成分Ｄ）、緩衝剤（成分Ｅ）及びｐＨ調整剤（成分Ｆ）からなる。そして、Ｃｏ合金からなる金属膜の膜質は、基板表面近傍に位置するめっき液中の各成分Ａ〜Ｆの濃度（または物質供給状態）に影響されるが、各成分Ａ〜Ｆが金属膜の膜質に影響を与える濃度範囲は、反応系によって異なると考えられる。
例えば、図１９に示すように、それぞれの成分Ａ〜Ｆに対して、金属膜の膜質に影響を与える限界濃度を太い黒線で示した場合に、基板の表面近傍に位置するめっき液中の成分Ａ，Ｂ，Ｄ〜Ｆの濃度が限界影響濃度以上にあるとすると、その成分Ａ，Ｂ，Ｄ〜Ｆに関わる反応は反応律速になり、これらの成分Ａ，Ｂ，Ｄ〜Ｆの濃度変化は、析出する金属膜の膜質に直接影響を与えない。一方、表面近傍に位置するめっき液中の成分Ｃ（Ｗ金属塩）の濃度が限界影響濃度以下にあると、その成分Ｃに関わる反応は供給律速になり、析出する金属膜の膜質は、その成分Ｃの濃度変化の影響を直接受ける。
ここで、表面の表面近傍におけるめっき液の流動状態が変化すると、物質伝達を支配する濃度境界層の厚みが変わり、基板表面近傍におけるめっき液の各成分の濃度が変わる。一般的に、表面の表面近傍におけるめっき液の流速が速くなると、めっき液の各成分の濃度境界層は薄くなり、基板表面近傍での物質拡散が促進される。このように、基板の表面近傍におけるめっき液の流動状態をめっき処理中に変化させることで、基板の表面近傍におけるめっき液の各成分の濃度を変化させて、成膜されるめっき膜の膜質を変えることができる。
特に、Ｗを有するＣｏ合金からなる金属膜をめっきで基板表面に成膜する際に、基板の表面近傍におけるめっき液の流速を速めると、基板の表面近傍に位置するめっき液中の全ての成分濃度が、めっき液の流速を速める前よりも高くなるが、Ｗ以外の成分の変動は、金属膜の膜質に影響を与えることは小さい。それに対して、Ｗ金属塩の濃度が高くなることで、析出される金属膜中のＷ含有量が高くなる。このように、めっき液中のＷ金属塩の濃度が高くなると、金属膜の析出が遅くなり、その反応は反応律速の傾向が強く、物質供給に支配する拡散の影響を受けにくく、金属膜の膜厚は配線幅の大小または配線の疎密に依存しにくくなる。これによって、金属膜（めっき膜）のパターン依存性が緩和される。
以上により、めっき処理中に基板Ｗの回転速度を変化させることで、例えば配線の表面に、膜厚方向にＷ濃度の異なるＣｏＷＰ合金からなる金属膜を連続して成膜することができる。特に、めっき初期よりもめっき後期に基板の回転速度を速めて、めっき初期よりもめっき後期に基板Ｗの表面近傍におけるＷ濃度を高め、めっき初期には、例えばＷ含有量が２ｗｔ％以下の金属膜を成膜して、金属膜が下地金属（配線）の表面状態（モフォロジ）の影響を受けにくくし、めっき後期には、例えばＷ含有量が２ｗｔ％以上の金属膜を成膜することで、基板の全面における金属膜の膜厚が基板表面の配線幅の大小や配線の疎密に依存しにくくすることができる。
なお、上記の例にあっては、ＣｏＷＰ合金からなる配線保護膜（金属膜）を成膜する例について説明している。このことは、銅等の単一金属からなる金属膜を基板の表面に電解めっきによって成膜して、該金属膜（銅）を、例えば、図１（ａ）に示す、コンタクトホール３及び配線溝４内に埋込む時も同様である。つまり、めっき処理中に、基板の表面近傍におけるめっき液（処理液）の流動状態を変化させて、金属膜中の添加剤の含有量を調整することで、基板の表面に膜厚方向に、銅の配向性や抵抗率などの特性量（膜質）の異なる金属膜を連続して成膜することができる。
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の基板ホルダ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の基板ホルダ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を第２基板搬送ロボット２６との受渡し位置まで移動させ、この第２基板搬送ロボット２６に基板Ｗを受渡して次工程に搬送する。
図１７は、めっき後処理装置１８を示す。めっき後処理装置１８は、基板Ｗ上のパーティクルや不要物をロール状ブラシで強制的に取り除くようにした装置で、基板Ｗの外周部を挟み込んで基板Ｗを保持する複数のローラ４１０と、ローラ４１０で保持した基板Ｗの表面に処理液（２系統）を供給する薬液用ノズル４１２と、基板Ｗの裏面に純水（１系統）を供給する純水用ノズル（図示せず）がそれぞれ備えられている。
これにより、基板Ｗをローラ４１０で保持し、ローラ駆動モータを駆動してローラ４１０を回転させて基板Ｗを回転させ、同時に薬液用ノズル４１２及び純水ノズルから基板Ｗの表裏面に所定の処理液を供給し、図示しない上下ロールスポンジ（ロール状ブラシ）で基板Ｗを上下から適度な圧力で挟み込んで洗浄するようになっている。なお、ロールスポンジを単独にて回転させることにより、洗浄効果を増大させることもできる。
更に、めっき後処理装置１８は、基板Ｗのエッジ（外周部）に当接しながら回転するスポンジ（ＰＦＲ）４１９が備えられ、このスポンジ４１９を基板Ｗのエッジに当てて、ここをスクラブ洗浄するようになっている。
図１８は、乾燥装置２０を示す。この乾燥装置２０は、先ず化学洗浄及び純水洗浄を行い、しかる後、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、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を有している。この基板ステージ４２２は、スピンドル回転用モータ４２６の駆動に伴って高速回転するスピンドル４２８の上端に連結されている。
更に、クランプ機構４２０で把持した基板Ｗの上面側に位置して、超音波発振器により特殊ノズルを通過する際に超音波を伝達して洗浄効果を高めた純水を供給するメガジェットノズル４３０と、回転可能なペンシル型洗浄スポンジ４３２が、旋回アーム４３４の自由端側に取付けられて配置されている。これにより、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４３４を旋回させながら、メガジェットノズル４３０から純水を洗浄スポンジ４３２に向けて供給しつつ、基板Ｗの表面に洗浄スポンジ４３２を擦り付けることで、基板Ｗの表面を洗浄するようになっている。なお、基板Ｗの裏面側にも、純水を供給する洗浄ノズル（図示せず）が備えられ、この洗浄ノズルから噴射される純水で基板Ｗの裏面も同時に洗浄される。
そして、このようにして洗浄した基板Ｗは、スピンドル４２８を高速回転させることでスピン乾燥させられる。
また、クランプ機構４２０で把持した基板Ｗの周囲を囲繞して処理液の飛散を防止する洗浄カップ４３６が備えられ、この洗浄カップ４３６は、洗浄カップ昇降用シリンダ４３８の作動に伴って昇降するようになっている。
なお、この乾燥装置２０にキャビテーションを利用したキャビジェット機能も搭載するようにしてもよい。
次に、この基板処理装置による一連の基板処理（無電解めっき処理）について説明する。
先ず、図１（ｃ）に示す、表面に配線８を形成し乾燥させた基板Ｗを、該基板Ｗの表面を上向き（フェースアップ）で収納してロード・アンロードユニット１０に搭載した基板カセットから、１枚の基板Ｗを第１基板搬送ロボット２４で取出し、仮置台２２に搬送してこの上に置く。そして、仮置台２２上の基板Ｗを第２基板搬送ロボット２６で洗浄兼触媒付与装置１４に搬送する。この洗浄兼触媒付与装置１４では、基板Ｗをフェースダウンで保持して、この表面に、先ず、基板のめっき前処理としての洗浄液（薬品）による洗浄処理を行う。
この洗浄液を、例えば１分間、基板Ｗの表面に向けて噴射し、配線８上の酸化物等をエッチング除去して配線８の表面を活性化させ、同時に基板Ｗの表面に残ったＣＭＰ残渣を除去し、しかる後、基板Ｗの表面に残った洗浄液を、必要に応じて純水等のリンス液でリンス（洗浄）する。
次に、洗浄兼触媒付与装置１４で基板Ｗをフェースダウンで保持したまま、この表面にＰｄ等の触媒を付与する触媒付与処理を連続して行う。つまり、金属触媒イオンを含む溶液、例えば、触媒金属供給源としてのＰｄＳＯ４を、Ｈ２ＳＯ４等の無機酸の水溶液に溶かした溶液に、前述の洗浄に使用した洗浄液を混合して調整した処理液（触媒処理液）を、例えば１分間、基板Ｗの表面に向けて噴射し、これにより、配線８の表面に触媒としてのＰｄを付与する。つまり配線８の表面に触媒核（シード）としてのＰｄ核を形成して、配線８の表面配線の露出表面を活性化させる。しかる後、基板Ｗの表面に残った処理液を純水等のリンス液でリンス（洗浄）する。
触媒金属イオンとしては、この例におけるＰｄイオンの他に、Ｓｎイオン、Ａｇイオン、Ｐｔイオン、Ａｕイオン、Ｃｕイオン、ＣｏイオンまたはＮｉイオン等が使用される。反応速度、その他制御のし易さなどの点からＰｄイオンを使うことが特に好ましい。また、金属触媒イオンを溶かす水溶液としては、この例におけるＨ２ＳＯ４の他に、ＨＣｌ、ＨＮＯ３またはＨＦ等の無機酸や、カルボン酸やアルカンスルホン酸等の有機酸が使用される。
そして、この触媒を付与した基板Ｗの表面を純水などのリンス液でリンス（洗浄）した後、基板Ｗを第２基板搬送ロボット２６で無電解めっき装置１６に搬送し、ここでこの表面に無電解めっき処理を施す。つまり、例えば、液温が８０℃のＣｏＷＰめっき液に基板Ｗの表面を、例えば１２０秒程度接液させて、触媒としてのＰｄを担持させた配線８の表面に選択的な無電解めっき（無電解ＣｏＷＰ蓋めっき）を施して、ＣｏＷＰ合金からなる配線保護膜（蓋材）９を選択的に形成する。このめっき液の組成は、例えば以下の通りである。
・ＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ：２３ｇ／Ｌ
・Ｎａ３Ｃ６Ｈ５Ｏ７・２Ｈ２Ｏ：１４５ｇ／Ｌ
・（ＮＨ４）２ＳＯ４：３１ｇ／Ｌ
・ＮａＨ２ＰＯ２・Ｈ２Ｏ：１８ｇ／Ｌ
・Ｎａ２ＷＯ４・２Ｈ２Ｏ：１０ｇ／Ｌ
・ｐＨ：９．２（ＮａＯＨ水溶液で調整）
めっき処理時に、前述のように、例えば、めっき初期の最初の６０秒にあっては、基板Ｗを、低速な回転速度、例えば１〜３０ｒｐｍ、好ましくは３〜２５ｒｐｍ、更に好ましくは、８〜１８ｒｐｍで回転させ、これによって、下地金属（配線）の表面状態（モフォロジ）の影響を受けにくい、例えばＷ含有量が２ｗｔ％以下の金属膜を成膜する。引き続いて、めっき後期の後の１２０秒にあっては、基板Ｗの回転速度を上げ、基板Ｗを高速な回転速度、例えば１０〜５００ｒｐｍ、好ましくは２０〜２００ｒｐｍ、更に好ましくは、３０〜６０ｒｐｍで回転させ、これによって、基板Ｗの表面近傍におけるめっき液の流動速度を成膜中で増加させて、基板の全面における膜厚が基板表面の配線幅の大小や配線の疎密に依存しにくい、例えばＷ含有量が２ｗｔ％以上の金属膜を成膜する。
そして、めっき終了後、基板Ｗをめっき液から引き上げた後、ｐＨが６〜７.５の中性液からなる停止液を基板Ｗの表面に接触させて、無電解めっき処理を停止させる。これにより、基板Ｗをめっき液から引き上げた直後にめっき反応を迅速に停止させて、めっき膜にめっきむらが発生することを防止する。この処理時間は、例えば１〜５秒であることが好ましく、この停止液としては、純水、水素ガス溶解水、または電解カソード水が挙げられる。
しかる後、基板の表面に残っためっき液を純水等のリンス液でリンス（洗浄）する。これによって、配線８の表面に、ＣｏＷＰ合金膜からなる配線保護膜９を選択的に形成して配線８を保護する。
次に、この無電解めっき処理後の基板Ｗを第２基板搬送ロボット２６でめっき後処理装置１８に搬送し、ここで、基板Ｗの表面に形成された配線保護膜（金属膜）９の選択性を向上させて歩留りを高めるためのめっき後処理（後洗浄）を施す。つまり、基板Ｗの表面に、例えばロールスクラブ洗浄やペンシル洗浄による物理的な力を加えつつ、めっき後処理液（薬液）を基板Ｗの表面に供給し、これにより、層間絶縁膜２上に残っている金属微粒子等のめっき残留物を完全に除去して、めっきの選択性を向上させる。
そして、このめっき後処理後の基板Ｗを第２基板搬送ロボット２６で乾燥装置２０に搬送し、ここで必要に応じてリンス処理を行い、しかる後、基板Ｗを高速で回転させてスピン乾燥させる。
このスピン乾燥後の基板Ｗを、第２基板搬送ロボット２６で仮置台２２の上に置き、この仮置台２２の上に置かれた基板を、第１基板搬送ロボット２４でロード・アンロードユニット１０に搭載された基板カセットに戻す。
なお、上記の例では、ＣｏＷＰ合金からなる金属膜（配線保護膜）を成膜するようにした例を示しているが、ＣｏＷＢ、ＣｏＰ、ＣｏＢ等のＣｏ合金や、ＮｉＷＰ、ＮｉＷＢ、ＮｉＰ、ＮｉＢ等のＮｉ合金からなる金属膜（配線保護膜）を成膜するようにしてもよい。また、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ等の非金属の配線保護膜を湿式で形成してもよい。
また、例えば、図１（ａ）に示す、配線用凹部としてのコンタクトホール３や配線溝４を有する基板Ｗの表面に、例えば電解めっきで、図１（ｂ）に示すように、銅膜（金属膜）７を成膜するようにしてもよく、この場合、基板の表面近傍における処理液（めっき液）の流動状態を変化させて、金属膜中の添加剤の含有量を調整することで、基板の表面に膜厚方向に、銅の配向性や抵抗率などの特性量（膜質）の異なる金属膜を連続して成膜することができる。
表面に銅膜をベタで成膜した、直径３００ｍｍの半導体ウエハを試料１として用意した。そして、この試料１の表面に、下記の表１に示すめっき条件で、一連の無電解めっき処理を施して、ＣｏＷＰ合金からなる金属膜を成膜した。
Figure 2006077275
この無電解めっきに際し、前述と同様な組成のＣｏＷＰめっき液を使用し、めっき初期の最初の６０秒間は、試料１を低速な回転速度Ｎ（Ｎ＝１５ｒｐｍ）で回転させつつ無電解めっきを行い、めっき後期の後の１２０秒は、試料１を高速な３Ｎ（３Ｎ＝４５ｒｐｍ）で回転させつつ無電解めっきを行った（実施例１）。
比較のため、前述と同様な組成のめっき液を使用し、試料１を低速な一定の回転速度Ｎ（Ｎ＝１５ｒｐｍ）で回転させつつ、１８０秒間の無電解めっきを行って、試料１の表面に金属膜（ＣｏＷＰ合金）を成膜した（比較例１−１）。同様に、試料１を高速な一定の回転速度３Ｎ（＝４５ｒｐｍ）で回転させつつ、１８０秒間の無電解めっきを行って、試料１の表面に金属膜（ＣｏＷＰ合金）を成膜した（比較例１−２）。
そして、得られた金属膜（ＣｏＷＰ合金）中の金属成分含有率（ａｔ％）を定量分析した。これらの分析結果を表２に示す。
Figure 2006077275
この表２から、基板を高速な一定回転速度３Ｎで回転させながら無電解めっきを行って得られた金属膜中のＷ含有率は、基板を低速な一定回転速度Ｎで回転させながら無電解めっきを行って得られた金属膜中のＷ含有率の１．２倍であり、これにより、同じ組成のめっき液を使用しても、めっき中における基板の回転速度を変えることで、成膜された金属膜中のＷ含有率が異なり、基板の回転速度を上げることで、成膜された金属膜中のＷ含有率が高まることが判る。また、成膜の途中で、基板の回転速度を低速な回転速度Ｎから高速な回転速度３Ｎに変えることで、基板を一定回転速度Ｎで回転させながらめっきを行った場合と、基板を一定回転速度３Ｎで回転させながらめっきを行った場合の中間のＷ含有率が得られることが判る。
また、実施例１及び比較例１−１，１−２で得られた金属膜中のＷ含有率のＳＩＭＳ（２次イオン質量分析）分析した結果を図２０に示す。
この図２０から、実施例１のように、成膜の途中で、試料１の回転速度を低速な回転速度Ｎから高速な回転速度３Ｎに変えることで、試料１の表面にＷ含有率が膜厚方向に異なる金属膜を連続して成膜できることが判る。
表面に複数の配線を疎に設けた疎配線部と、密に設けた密配線部を形成した、直径３００ｍｍの半導体ウエハを試料２として用意した。そして、この試料２の表面に、上記の表１に示すめっき条件で、一連の無電解めっき処理を施して、ＣｏＷＰ合金からなる金属膜を試料２の配線の表面に選択的に成膜した。
この無電解めっきに際し、前述と同様な組成のＣｏＷＰめっき液を使用し、めっき初期の最初の６０秒間は、試料２を低速な回転速度Ｎ（Ｎ＝１５ｒｐｍ）で回転させつつ無電解めっきを行い、めっき後期の後の１２０秒は、試料２を高速な３Ｎ（３Ｎ＝４５ｒｐｍ）で回転させつつ無電解めっきを行った（実施例２）。
比較のため、前述と同様な組成のめっき液を使用し、試料２を低速な一定の回転速度Ｎ（Ｎ＝１５ｒｐｍ）で回転させつつ、１８０秒間の無電解めっきを行って、試料２の配線の表面に金属膜（ＣｏＷＰ合金）を選択的に成膜した（比較例２−１）。同様に、試料２を高速な一定の回転速度３Ｎ（＝４５ｒｐｍ）で回転させつつ、１８０秒間の無電解めっきを行って、試料２の配線の表面に金属膜（ＣｏＷＰ合金）を選択的に成膜した（比較例２−２）。
そして、得られた金属膜（ＣｏＷＰ合金）の表面粗さ；Ｒａ（ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）測定）と、疎配線上と密配線上に成膜された金属膜の膜厚比を測定した。これらの測定結果を表３に示す。
Figure 2006077275
この表３から、基板を低速な一定回転速度Ｎで回転させながら無電解めっきを行うことで、表面粗さが良好な金属膜が成膜できるものの、金属膜のパターン依存性が高く、疎配線上と密配線上に成膜された金属膜の膜厚比が４：１とかかり大きくなることが判る。一方、基板を高速な一定回転速度３Ｎで回転させながら無電解めっきを行うことで、金属膜のパターン依存性が低く、疎配線上と密配線上に成膜された金属膜の膜厚比がほぼ一定の金属膜が成膜できるものの、金属膜の表面粗さは、基板を低速な一定回転速度Ｎで回転させながら無電解めっきを行った時の１．３倍も増加する。これに対して、この実施例２によれば、粗配線上と密配線上の金属膜の膜厚比、及び金属膜の表面粗さが共に改善されていることが判る。
無電解めっきによって配線保護膜を形成した状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態における成膜装置（無電解めっき装置）を備えた基板処理装置の平面配置図である。 洗浄兼触媒付与装置の基板受渡し時における正面図である。 洗浄兼触媒付与装置の薬液処理時における正面図である。 洗浄兼触媒付与装置のリンス時における正面図である。 洗浄兼触媒付与装置統合ユニットの基板受渡し時における処理ヘッドを示す断面図である。 図６のＡ部拡大図である。 洗浄兼触媒付与装置の基板固定時における図７相当図である。 洗浄兼触媒付与装置の系統図である。 無電解めっき装置（成膜装置）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。 図１０のＢ部拡大図である。 無電解めっき装置の基板固定時における基板ヘッドを示す図１１相当図である。 無電解めっき装置のめっき処理時における基板ヘッドを示す図１１相当図である。 無電解めっき装置の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。 無電解めっき装置の洗浄槽を示す断面図である。 無電解めっき装置の系統図である。 後処理装置を示す平面図である。 乾燥装置を示す縦断正面図である。 めっき液の各成分Ａ〜Ｆと、該各成分Ａ〜Ｆの金属膜の膜質に影響を与える限界濃度との関係の一例を示すグラフである。 実施例１及び比較例１−１，１−２で得られた金属膜中のＷ含有率のＳＩＭＳ分析した結果を示すグラフである。
符号の説明
８ 配線
９ 配線保護膜（金属膜）
１０ ロード・アンロードユニット
１２ 装置フレーム
１４ 洗浄兼触媒付与装置
１６ 無電解めっき装置（成膜装置）
１８ 後処理装置
２０ 乾燥装置
２２ 仮置台
２４，２６ 基板搬送ロボット
５８ 基板ホルダ
６０ 処理ヘッド
１００ 処理槽
２００ めっき槽
２０２ 洗浄槽
２０４ 基板ヘッド
２３０ ハウジング部
２３２ 基板ホルダ
２３４ 吸着ヘッド
２３８ 基板回転用モータ（回転装置）
２９０ 制御部
４２０ クランプ機構
４２２ 基板ステージ

Claims (10)

  1. 表面の配線用凹部に埋込み配線を形成した基板を用意し、
    前記基板の表面を処理液に接触させつつ、前記基板の表面に対する前記処理液の相対的な流動状態を変化させて、前記配線の表面に膜厚方向に膜質の異なる金属膜を連続的に成膜することを特徴とする金属膜の成膜方法。
  2. 前記処理液の流動状態の変化は、基板表面に対する前記処理液の相対的な流動速度を、成膜の途中で増加または減少させることを特徴とする請求項１記載の金属膜の成膜方法。
  3. 表面に配線用凹部を形成した基板を用意し、
    前記基板の表面を処理液に接触させつつ、前記基板の表面に対する前記処理液の相対的な流動状態を変化させて、前記基板の表面に膜厚方向に膜質の異なる金属膜を連続的に成膜して該金属膜を前記凹部内に埋込むことを特徴とする金属膜の成膜方法。
  4. 前記基板の表面に対する前記処理液の流動状態を、前記基板の回転速度を変更して変化させ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金属膜の成膜方法。
  5. 前記基板の表面に対する前記処理液の流動状態を、前記処理液の処理槽内の流動速度を変更して変化させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の金属膜の成膜方法。
  6. 基板を保持する基板ホルダと、
    前記基板ホルダで保持した基板の表面に接触させる処理液を内部に保持する処理槽と、
    前記基板ホルダで保持し前記処理槽内の処理液に接触させた基板の表面近傍における該処理液の基板に対する相対的な流動状態を変化させる駆動制御系を有することを特徴とする金属膜の成膜装置。
  7. 前記駆動制御系は、前記基板ホルダを回転させる回転装置と、該回転装置の回転速度を制御する制御部を有することを特徴とする請求項６記載の金属膜の成膜装置。
  8. 前記駆動制御系は、前記処理槽内で前記処理液を流動させる液流動装置と、該液流動装置の駆動部を制御する制御部を有することを特徴とする請求項６または７記載の金属膜の成膜装置。
  9. 基板の表面に複数の配線層からなる埋込み配線を形成するに際し、
    表面に第１の配線層を形成した基板を用意し、前記第１の配線層の表面を処理液に接触させつつ前記第１の配線層の表面に配線保護膜を成膜する工程と、
    前記基板の表面に第２の配線層を形成した後、前記第２の配線層の表面を処理液に接触させつつ前記第２の配線層の表面に配線保護膜を成膜する工程を有し、
    前記第１の配線層の表面に配線保護膜を成膜する工程と前記第２の配線層の表面に配線保護膜を成膜する工程では、配線層の表面に対する相対的な処理液の流動状態または流動状態の変化の方式が異なることを特徴とする配線の形成方法。
  10. 前記第１の配線層の表面に配線保護膜を成膜する工程と前記第２の配線層の表面に配線保護膜を成膜する工程では、前記処理液の組成が同一であることを特徴とする請求項９に記載の配線の形成方法。
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