JP2010070780A - 電解処理装置及び電解処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多孔質体を使用することで、ターミナルエフェクトの影響を低減させ、しかもより短時間で基板表面全体を電解液に接触させることができるようにする。
【解決手段】アノード５０を内部に収容し下端開口部を多孔質体４４で閉塞したハウジング４２を有するアノードヘッド４０と、基板保持部３０で保持した基板Ｗの被処理面周縁部に接触して該周縁部をシールするシールリング３４及び該周縁部に接触して被処理面に通電するカソード接点３６を有するカソード部３２と、アノードヘッド４０を所定の位置まで下降させた時に、基板保持部３０で保持した基板Ｗと多孔質体４４で挟まれた領域の周囲を密閉して周囲が密閉された処理室６２を形成する密閉手段６０と、処理室６０内に電解液を供給する電解液供給装置６６と、処理室６２内を減圧する減圧装置７４を有する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、電解液を使用して半導体ウェーハなどの基板の被処理面（表面）に電解処理を施す電解処理装置及び電解処理方法に関する。本発明の電解処理には、電解めっき処理、めっき前処理及び電解エッチング処理等が含まれる。

電子機器の小型化、高速化、及び低消費電力化の進行に伴い、半導体装置内の配線についても、パターンの微細化が進行しており、このパターンの微細化に伴って、配線に用いられる材料も従来のアルミニウム及びアルミニウム合金から銅及び銅合金へと移り変わってきている。銅の抵抗率は、１．６７μΩcmとアルミニウム（２．６５μΩcm）よりも約３７％低い。このため、銅配線はアルミニウム配線に比べ、配線による電力の消費を抑えると同時に、同等の配線抵抗でもその分の微細化が可能であり、更に配線の低抵抗化により信号遅延も抑えることができる。

一方で、銅原子は、シリコンや絶縁膜中を容易に移動し、半導体装置の特性を狂わせてしまう。このため、銅配線の周辺をバリアメタルと呼ばれる保護層で被覆する必要がある。また配線全体をバリアメタルで被覆した構造を実現するために、配線形状のトレンチ内に配線材料（銅）を埋込むダマシン法が広く用いられている。ダマシン法では、バリアメタルとして、ＰＶＤ、ＣＶＤまたはＡＬＤで成膜されたＴｉ、ＴｉＮ、ＴａまたはＴａＮが広く用いられており、銅の埋込みは、ＰＶＤやＣＶＤ等の比べて高速で成膜できる電解めっき法で行うのが一般的である。

電解めっき法で銅をトレンチ内に埋込む際には、抵抗の高いバリアメタルの表面に抵抗の低いシード層（給電層）を形成し、シード層表面から銅めっき膜を成長させることが広く行われている。シード層としては、ＰＶＤ法等によって形成された銅薄膜（銅シード層）を用いるのが一般的であるが、配線の微細化に伴い、膜厚のより薄いシード層が求められている。このため、一般に５０ｎｍ程度であったシード層の膜厚が、今後１０〜２０ｎｍ以下になることが予想される。

電解銅めっきに用いられるめっき液は、一般に硫酸銅をベースとした硫酸酸性であり、銅シード層に接触すると銅シード層表面を僅かにエッチングする性質がある。そこで、基板をめっき液に浸漬させた時に銅シード層がめっき液でエッチングされるのを避けるため、銅シード層とアノードとの間に電圧を印加しながら基板をめっき液に浸漬させる、いわゆるホットエントリーと呼ばれる方法が広く行われている。この方法は、基板表面がめっき液に接触すると同時にめっきが開始されるため、銅シード層がめっき液でエッチングされるのを防ぐことができる。しかし、基板表面全体がめっき液に接触するまでに時間がかかる場合には、基板表面がめっき液に接触する時期に対応した膜厚分布を有するめっき膜が基板表面に成膜され、同時に、配線内の埋込み性にも差が生じてしまう。これらの不均一の発生を極力抑えるためには、基板表面全体をより短時間でめっき液に接触させる必要がある。

なお、ホットエントリーを採用することなく、つまりシード層とアノードとの間に電圧を印加（通電）することなく、基板をめっき液に浸漬させる場合（コールドエントリー）には、シード層の各部位でのエッチング量がめっき液に接触してから通電を開始までの時間によって決まる。このため、この場合にも、シード層のエッチング量が不均一となることを極力抑えるためには、基板表面全体をより短時間でめっき液に接触させることが望まれる。

前述のように、電解めっきのシード層に銅を用いた場合には、ホットエントリーを採用しても、コールドエントリーを採用しても、めっきの不均一の発生を極力抑えるためには、基板表面全体をより短時間でめっき液に接触させる必要がある。

一方、シード層にＲｕ（ルテニウム）などの白金族元素を用いた場合、Ｒｕからなるシード層は硫酸酸性中でもエッチングされないため、コールドエントリーを採用して、基板表面全面をめっき液に接触させてから通電を開始しても、シード層が不均一にエッチングされない（エッチング自体が生じない）ので、基板表面全体を短時間でめっき液に接触させる必要がないと考えられていた。

出願人は、微細配線パターンの内部に、気泡を混入させることなく、迅速にめっき液を満たすため、基板を含む雰囲気を排気し、基板を液体中に浸漬させた後、基板を包囲する液体を加圧したもの（特許文献１参照）や、半導体ウェーハをセットした圧力容器内を真空にした後、圧力容器内にめっき液を導入して加圧するようにしたものを提案している（特許文献２参照）。更に、ルテニウム膜表面に形成された不働態層を電解処理により電気化学的に除去し、しかる後、ルテニウム膜表面に電解銅めっきによって銅を成膜するようにしたものを提案している（特許文献３参照）。

しかし、特許文献１，２に記載の発明は、基板表面全体をめっき液に接触させるのに要する時間を短縮するようにしたものではないばかりでなく、基板を密閉空間（密閉容器や圧力容器など）内に入れて該密閉空間を減圧し、大気圧（もしくは大気圧以上に加圧された圧力）と減圧された密閉空間内の圧力との差圧によりめっき液等の液体を密閉空間内に導入するようにしているため、密閉容器や圧力容器等を別途備える必要があって、減圧したい空間を形成する壁の一部を基板自体で構成するようにしたものではい。

特開平１１−８０９９０号公報 特開平１１−９２９９６号公報 特開２００８−９８４４９号公報

本発明者は、Ｒｕなどの白金族元素をシード層に用いた基板に、コールドエントリーを採用し、基板をめっき液に接触させてから電解めっき処理を開始して基板表面に銅を成膜した場合に、基板表面全体に亘ってめっきが不均一となることを確認した。また、その原因を究明したところ、めっきの不均一の原因は、基板をめっき液に接触させてから通電を開始するまでの時間によって、配線部における銅の埋込み性能に差が生じるためであることが判った。

図１に基板をめっき液に接触させてから通電を開始するまでの時間（秒）と、配線埋込みのボトムアップ性能（ボトムアップ値）の関係を示す。ボトムアップ値は、図２に示すように、基板のフィールド部における銅めっき膜の膜厚ａに対する基板の配線内における銅めっき膜の膜厚ｂの比（ｂ／ａ）で求めており、配線めっきでは、このボトムアップ値（ｂ／ａ）が高い程、ボトムアップ性能は良いと判断される。

図１から、基板をめっき液に接触させてから通電を開始するまでの時間が長ければ長い程、ボトムアップ性能（ボトムアップ値（ｂ／ａ））が低下していることが判る。このため、基板表面全体をめっき液に接触させるのに時間がかかる場合、例えば基板の表面にめっき液を供給し、めっき液が基板の全表面に拡がるようにした場合、めっき液の導入口付近では、めっき液が基板に接触してから通電を開始するまでの時間が長くなるため、埋込み性が悪くなり、めっき液の出口付近では、めっき液が基板に接触してから通電を開始するまでの時間が短くなるため、埋込み性が良くなる。

このように、シード層にルテニウム等の白金族元素を用いた基板をめっき処理する場合でも、基板をめっき液に接触させるのに要する時間の違いに伴ってめっきの不均一が生じてしまい、これを回避するためには、より短時間で基板表面全体をめっき液に接触させることが出来る電解めっき装置が必要となる。

また、シード層の膜厚が薄くなると、シード層のシート抵抗が上昇し、シード層表面にめっき膜を成膜する時のターミナルエフェクトの影響が強くなって、基板面内に均一な膜厚のめっき膜を成膜することが困難になる。めっき膜厚の面内均一性を改善ため、めっき液中に遮蔽リングや多孔質体を入れ、基板表面全体の電場を揃える方法が開発されている。このうち多孔質体を用いる方法は、原理的にめっき膜の成長過程によらず、多孔質体を内部にめっき液を含浸させた高抵抗構造体として、めっき膜厚分布を一定に保つ方法である。

多孔質体を用いた電解めっき装置にあっては、めっき時に基板表面から発生する水素ガス及びアノードから発生する酸素ガスが基板表面に滞留しないようにするため、一般にフェイスアップ構造が採用される。また、多孔質体の効果を十分に発揮させるためには、多孔質体を基板に近接させた位置に配置する必要がある。このように、多孔質体を基板に近接させた位置に配置し、基板周縁部からめっき液を供給してめっき液が基板表面全体に拡がるようにすると、基板表面全体がめっき液で覆われるまで時間がかかる。このため、多孔質体の中心付近にめっき液吐出口を設けて該めっき液吐出口からめっき液を基板表面に供給する方法が考えられる。

しかし、多孔質体にめっき液吐出口を設けると、めっき液吐出口が設けられている部分だけ高抵抗構造体としての効果が弱くなる。このため、シード層が薄くなってシード層のシート抵抗が高くなると、シード層が多孔質体の部分的な抵抗分布の影響を顕著に受けるようになり、めっき膜の膜厚分布の均一性に悪影響を及ぼす。このような理由から、シード層の薄膜化に伴い、基板に対向する位置に基板表面全体を一様に覆うよう多孔質体を配置するにすることが望まれる。

一方、フェイスダウン方式を採用した電解めっき装置では、基板表面全体にめっき液を短時間で接触させることを容易に行うことができるものの、多孔質体を基板に近接させて配置し、しかもめっき時に発生する水素ガスを基板表面に滞留させないようにすることが非常に困難である。

本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、多孔質体を使用することで、ターミナルエフェクトの影響を低減させ、しかもより短時間で基板表面全体をめっき液等の電解液に接触させることにより、めっき液と基板の接触時間の差によるめっき時における埋込み性能の面内ばらつき等の処理ばらつきを軽減できるようにした電解処理装置及び電解処理方法を提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意検討した結果、次のような知見を得た。すなわち、基板の被処理面と多孔質体が壁の一部を成し、周囲を密閉した空間（処理室）を減圧しようとする時に、多孔質体の気孔率がある程度小さければ、完全に気密を保つことは出来ないにしても、多孔質体を通したガスや液体の流入が許容される程度の気密を保つことができる。また多孔質体の気孔率を更に小さくすることにより、厳密には気密を保つことは出来ないが、見かけ上は密閉容器を減圧する時と同じように減圧することができる。そして、大気圧よりも低い圧力に減圧した後、例えばめっき液を大気圧と処理室内の圧力との差圧によって処理室内に導入することにより、より短時間で基板の被処理面全体にめっき液を接触させ、接触時間の差によるめっき時の埋込み性等の面内処理ばらつきを軽減することができる。

本発明は以上のような知見に基づいてなされたもので、請求項１に記載の発明は、基板を水平に保持する基板保持部と、前記基板保持部の上方に上下動自在に配置され、電解液に浸漬させてアノードを内部に収容するとともに、下端開口部を多孔質体で閉塞したハウジングを有するアノードヘッドと、前記基板保持部で保持した基板の被処理面周縁部に接触して該周縁部をシールするシールリング及び該周縁部に接触して被処理面に通電するカソード接点を有するカソード部と、前記アノードヘッドを所定の位置まで下降させた時に、前記基板保持部で保持した基板と前記アノードヘッドの前記多孔質体で挟まれた領域の周囲を密閉して該周囲が密閉された処理室を形成する密閉手段と、前記処理室内に電解液を供給する電解液供給装置と、前記処理室内を減圧する減圧装置を有することを特徴とする電解処理装置である。

このように、高抵抗構造体としての多孔質体をアノードと基板との間に配置することによって、例えば電解めっき装置に適用した場合に、基板の高抵抗化に伴うターミナルエフェクトの影響を抑制して、基板の全表面に亘ってより均一な膜厚のめっき膜を成膜することができる。しかも、基板と多孔質体で挟まれ周囲が密閉された処理室内を減圧装置で減圧し、大気圧と処理室内の圧力との差圧により電解液供給装置から該処理室内に電解液を導入することで、より短時間で基板の被処理面全体に電解液を接触させ、これによって、基板と電解液の接触時間の差による処理の面内ばらつきを軽減することができる。ここで使用される多孔質体は、気孔率が一般に３０％以下であり、このため、処理室を減圧する時間が短ければ多孔質体からそれほど電解液が滲み出てくることもなく、電解液の導入及び電解処理に影響を及ぼすことは無い。

請求項２に記載の発明は、前記多孔質体の気孔率は１０％以下であることを特徴とする請求項１記載の電解処理装置である。

例えば、Ｒｕ（ルテニウム）等の白金属元素をシード層として使用すると、シード層のシート抵抗がかなり高くなるが、気孔率が１０％以下の多孔質体を使用することで、内部に電解液を含有した時における多孔質体の電気抵抗をシード層のシート抵抗が無視できる程度に高めてターミナルエフェクトの影響を低減させ、しかも、処理室を減圧する時に多孔質体から電解液が滲み出すことを極力抑制することができる。多孔質体の気孔率は、６％以下であることが更に好ましい。

請求項３に記載の発明は、前記処理室と前記減圧装置とを繋ぐ電解液排出ラインにバッファ室が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の電解処理装置である。

このように、処理室と減圧装置とを繋ぐ電解液排出ラインにバッファ室を設け、減圧装置による処理室内の減圧時にバッファ室内も同時に減圧し、処理室内を減圧しながら処理室内に電解液を導入することで、処理室内への電解液の導入に伴って処理室内が大気圧に近づいて行くのを防止して、処理室内が電解液で満たされるのに要する時間を短縮し、しかも、電解液の導入に伴って電解液に気泡の巻き込みが生じた場合に、電解液の供給の勢いによって、生じた気泡をバッファ室の方に押し流すことができる。更に、処理室内を溢れた電解液をバッファ室内に流入させることで、電解液が減圧装置の内部に流れ込むことを防止することができる。

請求項４に記載の発明は、前記電解液排出ラインと前記バッファ室の容積の和は、前記処理室の容積の０．５倍以上であることを特徴とする請求項３記載の電解処理装置である。
このように、電解液排出ラインとバッファ室の容積の和を処理室の容積の０．５倍以上とすることで、処理室内を電解液で完全に満たした後に余裕を持って必要な開閉バルブを閉じる操作を行うことができる。電解液排出ラインとバッファ室の容積の和を処理室の容積の３倍以上とすることが好ましく、１０倍以上とすることが更に好ましい。

請求項５に記載の発明は、前記電解液供給装置には、電解液を加圧する加圧装置が備えられてい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電解処理装置である。
電解液供給装置の電解液を加圧装置で加圧し、加圧した電解液を処理室内に導入することで、大気圧と処理室内の圧力との差圧に電解液の圧力を加えた圧力で電解液を処理室内に導入することができ、その結果、より短時間で基板の被処理面全体に電解液を接触させることができる。

請求項６に記載の発明は、前記電解液供給装置の出口と前記処理室の入口を繋ぐ電解液供給ラインの流路断面積は、一定乃至少なくとも一部で単調減少す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電解処理装置である。
電解液供給装置の出口と処理室の入口を繋ぐ電解液供給ラインの流路断面積が増加したり、不連続に変化したりすることをなくすことで、電解液が気泡を巻き込むことを防止しつつ、電解液をスムーズに処理室内に導入することができる。

請求項７に記載の発明は、前記電解液供給装置と前記処理室を繋ぐ電解液供給ラインには、入口から出口までの内部流路断面積が一定乃至少なくとも一部で単調減少する遮断装置が介装されてい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電解処理装置である。

電解液供給装置と処理室とを繋ぐ電解液供給ラインに、例えば開閉バルブ等の遮断装置を介装する場合、遮断装置の内部流路断面積が増加したり、不連続に変化したりすることをなくすことで、電解液が気泡を巻き込むことを防止しつつ、電解液をスムーズに遮断装置内を通過させることができる。

請求項８に記載の発明は、前記遮断装置には、前記電解液供給ラインにパージガスを導入して該電解液供給ラインをパージするパージラインが接続されていることを特徴とする請求項７記載の電解処理装置である。
これにより、電解処理終了後に電解液供給ラインを不活性ガス等のパージガスでパージすることで、電解液供給ラインに電解液が付着することを防止することができる。

請求項９に記載の発明は、電解液に浸漬させて内部にアノードを収容し、下端開口部を多孔質体で閉塞したハウジングを有するアノードヘッドを下降させて、基板と前記多孔質体で挟まれた領域の周囲を密閉した処理室を形成し、前記処理室内を減圧装置で減圧し、大気圧と前記処理室内の圧力との差圧により該処理室内に電解液を導入することを特徴とする電解処理方法である。

請求項１０に記載の発明は、前記減圧装置で前記処理室内を減圧して該処理室内に電解液を導入する際に、前記処理室と前記減圧装置とを繋ぐ電解液排出ラインに設けられたバッファ室内も減圧して、前記処理室内への電解液の導入を継続することを特徴とする請求項９記載の電解処理方法である。

これにより、処理室内への電解液の導入を開始する導入初期から処理室内を電解液で完全に満たす迄における電解液の供給速度をほぼ一定にし、しかも、電解液に気泡の巻き込みが生じた場合に、電解液の供給の勢いによって、生じた気泡をバッファ室の方に押し流すことができる。

請求項１１に記載の発明は、前記処理室を前記減圧装置により減圧する前に、前記多孔質体に電解液を含浸させておくことを特徴とする請求項９または１０記載の電解処理方法である。
多孔質体内部を物質が通過する場合、気体よりも液体の方が通過しにくい。このため、多孔質体内に電解液を予め含浸させておくことにより、処理室内をより低い圧力に減圧することができる。

請求項１２に記載の発明は、大気圧と前記処理室内の圧力との差圧が３０ｋＰａ以上であることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の電解処理方法である。
大気圧と処理室内の圧力との差圧が大きければ大きい程、電解液を処理室内に導入するのに要する時間を短縮することができるが、この差圧を３０ｋＰａ以上とすることが特に効果が大きいことが確かめられている。

請求項１３に記載の発明は、電解液を加圧して前記処理室内に導入することを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の電解処理方法である。
これにより、電解液をより高速で短時間に処理室内に導入することができる。即ち、大気圧と処理室内の圧力との差圧を利用する場合、その差圧は一般に最大でも１００ｋＰａ程度であるが、電解液を加圧する場合には、その加圧分だけより大きな差圧で電解液を処理室内に導入することができる。

本発明によれば、高抵抗構造体としての多孔質体をアノードと基板との間に配置することによって、例えば電解めっきに適用した場合に、基板の高抵抗化に伴うターミナルエフェクトの影響を抑制して、基板の全面に亘って均一な膜厚のめっき膜を成膜することができる。しかも、基板と多孔質体で挟まれ周囲が密閉された処理室内を減圧装置で減圧し、大気圧と処理室内の圧力との差圧により電解液供給装置から該処理室内に電解液を導入することで、より短時間で基板の被処理面全体に電解液を接触させ、これによって、基板と電解液の接触時間の差による処理の面内ばらつきを軽減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図３は、本発明の電解処理装置における処理室、密閉手段、電解液供給装置及び減圧装置の関係を示す概要図である。図３に示すように、表面（被処理面）を上向きにして基板保持部１１０の上面に水平に保持された基板Ｗと、この基板Ｗの上方に所定間隔離間させて水平に配置された多孔質体１１２とで挟まれた領域の周囲を、例えばＯリングからなる密閉手段としてのリング状のシール部材１１４で密閉（シール）することで、基板Ｗの表面と多孔質体１１２で上下に挟まれて周囲がシール部材１１４で密閉された処理室１１６が形成される。つまり、基板Ｗの表面（被処理面）及び多孔質体１１２が処理室１１６の壁面の一部を構成している。基板Ｗと多孔質体１１２との間隔は、一般に５ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下、更に好ましくは０．５ｍｍ以下である。

処理室１１６の一端側は、内部に遮断装置としての開閉バルブＶ_１を設置した電解液供給ライン１１８を介して、電解液供給装置１２０に接続され、処理室１１６の他端側は、内部に開閉バルブＶ_２を設置した電解液排出ライン１２２を介して、減圧装置１２４に接続されている。電解液排出ライン１２２には、処理室１１６と開閉バルブＶ_２の間に位置して、処理室１１６の内部圧力を検出する圧力計１２６が接続されている。

この例にあっては、電解液供給ライン１１８の開閉バルブＶ_１を閉じ、電解液排出ライン１２２の開閉バルブＶ_２を開いた状態で、減圧装置１２４を駆動させて、処理室１１６の内部を大気圧以下に減圧する。この時、処理室１１６の内部圧力を圧力計１２６でモニタし、その情報を基に、減圧装置１２４により処理室１１６の内部圧力をコントロールする。そして、処理室１１６の内部圧力が所定の圧力に達した時、電解液供給ライン１１８の開閉バルブＶ_１を開き、大気圧と処理室１１６の内部圧力との差圧によって、電解液供給装置１２０から、電解液供給ライン１１８を通して、電解液を処理室１１６内に導入する。そして、処理室１１６内が電解液で満たされた時に、減圧装置１２４の駆動を停止し、開閉バルブＶ_１，Ｖ_２を閉じる。

このように、大気圧と処理室１１６の内部圧力との差圧により、電解液を処理室１１６内に導入することで、処理室１１６内に電解液が瞬間的に、例えば２〜１０秒で供給され、これによって、処理室１１６の一部を構成する基板Ｗの表面（被処理面）全体をより短時間で電解液に接触させることができる。

この例では、基板Ｗの表面（被処理面）に多孔質体１１２を対向するように配置して処理室１１６を形成している。一般的常識の範囲では、減圧しその圧力を保持する処理室には気密性が必要であるため、その構成には多孔質体は用いられない。しかし、気孔率が３０％以下であるような多孔質体１１２を使用した場合、処理室１１６内の減圧時間が短ければ多孔質体１１２からそれほど電解液が滲み出てくることも無く、電解液の導入及び電解処理に影響を及ぼすことは無い。処理室１１６内の減圧時に、多孔質体１１２からの電解液の滲み出しを極力抑えるためには、多孔質体１１２の気孔率が１０％以下であることが好ましく、気孔率が６％以下であることが更に好ましい。

図４は、図３に示す電解処理装置にバッファ室と加圧装置を更に追加したものである。つまり、電解液供給装置１２０には電解液を大気圧以上に加圧する加圧装置１２８が備えられている。そして、処理室１１６から延び、内部に開閉バルブＶ_２を設置した電解液排出ライン１２２はバッファ室１３０に接続され、バッファ室１３０と減圧装置１２４は、内部に開閉バルブＶ_３を設置した真空ライン１３２で接続されている。

この例にあっては、電解液供給ライン１１８の開閉バルブＶ_１を閉じ、電解液排出ライン１２２の開閉バルブＶ_２及び真空ライン１３２の開閉バルブＶ_３を開いた状態で、減圧装置１２４を駆動させ、これによって、処理室１１６とバッファ室１３０とを同時に大気圧以下に減圧する。そして、処理室１１６（及びバッファ室１３０）の内部圧力が所定の圧力に達した後、電解液供給ライン１１８の開閉バルブＶ_１を開き、大気圧と処理室１１６（及びバッファ室１３０）の内部圧力との差圧によって、電解液供給ライン１１８を通して、電解液供給装置１２０から電解液を処理室１１６内に導入する。

ここで、処理室１１６の内部圧力を所定の圧力に減圧した後、電解液排出ライン１２２の開閉バルブＶ_２を閉じ、大気圧と処理室１１６の内部圧力との差圧だけで電解液を処理室１１６内に供給しようとすると、処理室１１６内への電解液の導入とともに処理室１１６の内部圧力が高くなる（大気圧に近づいていく）。このため、電解液の処理室１１６内への供給速度が徐々に遅くなってしまう。また、この場合、減圧された処理室１１６内に残っていた空気が大気圧にまで圧縮され状態の体積で処理室１１６の中に残ってしまい、場合によっては、基板の被処理面に空気が残る可能性も出てくる。

そこで、この例では、開閉バルブＶ_２を閉じることなく、減圧装置１２４で処理室１１６（及びバッファ室１３０）内を減圧しながら電解液を処理室１１６内に供給する。従って、処理室１１６内への電解液の導入により、処理室１１６内に残っていた空気は、圧縮される方向に押されるが、それ以上に減圧装置１２４で減圧を続けているため、処理室１１６の内部圧力は殆ど変わらず、電解液を処理室１１６内に導入する導入初期から処理室１１６を電解液で満たすまで速い供給速度を維持することができる。

また、減圧装置１２４で処理室１１６（及びバッファ室１３０）内を減圧し続けたまま、処理室１１６内を電解液で満たすと、処理室１１６を電解液で満たした直後に処理室１１６からバッファ室１３０に向かって電解液が流れて、バッファ室１３０内に電解液が溜まり、これによって、電解液が減圧装置１２４内に流入することが防止される。減圧装置１２４としては、一般に真空ポンプが使用され、内部に電解液が流れ込むこと自体が真空ポンプにとってあまり好ましくないばかりでなく、基板を処理するための電解液が真空ポンプの内部に流れ込むと、電解液の種類によっては、真空ポンプの腐蝕や破壊に繋がってしまう。

この例では、処理室１１６と減圧装置１２４との間にバッファ室１３０を設けることで、減圧装置１２４の駆動に伴って、処理室１１６内が電解液で満たされた後に、電解液が減圧装置１２４の内部に直接流れ込むことが防止される。また、気泡を巻き込んだ電解液が処理室１１６内に流入したような場合にも、バッファ室１３０があることによって、処理室１１６内を電解液で満たした後も、暫くの間、電解液を流し続けることができるため、その間に電解液の流れの勢いで気泡を処理室１１６から押し流すことができる。なお、図４には記載していないが、バッファ室１３０には、この内部に溜まった電解液を除去するための配管が接続されている。

バッファ室１３０と電解液供給ライン１２２の容積の和は、処理室１１６の容積の０．５倍以上であることが好ましく、これによって、処理室１１６内を電解液で完全に満たした後に、余裕を持って開閉バルブＶ_２，Ｖ_３を閉じる操作を行うことができる。バッファ室１３０と電解液供給ライン１２２の容積の和を処理室１１６の容積の３倍以上とすることが更に好ましく、これによって、処理室１１６内へ電解液を導入する際に巻き込んだ気泡を、電解液の流れで、余裕を持ってバッファ室１３０内に押し流すことができる。バッファ室１３０と電解液供給ライン１２２の容積の和を処理室１１６の容積の１０倍以上としてもよく、これによって、電解液を処理室１１６内に導入した後、電解液を流したまま、例えば２分程度の基板表面（被処理面）の処理を行うことができる。このように、電解液を流しながら基板表面の処理を行うことにより、別系統の配管によって液供給及び排液を行う必要を無くして、装置の構成をシンプルにすることができる。

処理室１１６の内部に電解液を導入するに際し、大気圧との差圧が３０ｋＰａ以上となるように、処理室１１６（及びバッファ室１３０）の内部圧力を減圧することが好ましい。大気圧と処理室の内部圧力との差圧と、処理室内への電解液導入時間との関係を図５に示す。この図５から、大気圧と処理室の内部圧力との差圧が大きければ大きい程、処理室内への電解液導入時間を短縮できる効果があるが、大気圧と処理室の内部圧力との差圧が３０ｋＰａ以上でこの効果が特に大きいことが判る。

更に、図４に示す例のように、電解液供給装置１２０の電解液を、例えばＮ_２ガスのような不活性ガスや溶解度の低いガスで加圧する加圧装置１２８を備え、この加圧装置１２８で加圧した電解液を処理室１１６内に導入することで、大気圧と処理室１１６内の圧力との差圧に電解液の圧力を加えた圧力で電解液を処理室１１６内に導入することができ、その結果、より短時間で基板の被処理面全体に電解液を接触させることができる。即ち、大気圧と処理室１１６内の圧力との差圧を利用する場合、その差圧は一般に最大でも１００ｋＰａ程度であるが、電解液を加圧する場合には、その加圧分だけより大きな差圧で電解液を処理室１１６内に導入することができる。

電解液供給ライン１１８として、例えば図６（ａ）に示すように、電解液Ｅの流れ方向に沿って、大径管１１８ａと小径管１１８ｂとを互いに連結したり、図６（ｂ）に示すように、電解液Ｅの流れ方向に沿って、小径管１１８ｂと大径管１１８ａとを互いに連結したりしたものを使用することで、電解液供給ライン１１８内に流路断面積が不連続的に変化している部分があると、その部分が電解液Ｅが気泡Ｂを巻き込む発生源となるばかりでなく、電解液供給ライン１１８の内部に電解液Ｅで満たされない空間Ｓが取り残されてしまう。このように電解液Ｅが気泡Ｂを巻き込んでしまうと、気泡Ｂが基板の被処理面に触れたり、基板の被処理面に吸着されたりして、めっき不良の原因となる。

また、図７に示すように、基部電解液供給ライン１１８の小径部１１８ａの出口（大径部１１８ｂの入口）に電解液Ｅで満たされずに取り残された空間Ｓが発生すると、電解液Ｅの流れがある程度進んだ後に、電解液Ｅの逆流により空間Ｓが電解液Ｅで満たされる。この時、電解液Ｅの逆流が起こるために、基板の被処理面上に効率的に電解液を供給することができず、その結果、電解液が基板の被処理面全体を覆うのに要する時間が長くなってしまう。

更に、図８に示すように、電解液供給ライン１１８として、少なくともその一部に、断面積が徐々に増加する拡径管部１１８ｃを有するものを使用すると、この拡径管部１１８ｃに沿って電解液Ｅが流れる際に、断面積の増加に対して電解液Ｅの供給が追いつかずに電解液の流れが拡径管部１１８ｃの内周面から剥離してしまい、その結果、拡径管１１８ｃの内部に電解液Ｅで満たされずに取り残されてしまう空間Ｓが発生し、この空間Ｓが気泡の巻き込みの発生源となるだけでなく、逆流の発生要因となる。

この例では、電解液供給装置１２０の出口と処理室１１６の入口を繋ぐ電解液供給ライン１１８の流路断面積は、一定乃至少なくとも一部で単調減少するように構成されている。このように、電解液供給ライン１１８の流路断面積が増加したり、不連続に変化したりすることをなくすことで、電解液が気泡を巻き込むことを防止しつつ、電解液供給ライン１１８を通して、電解液をスムーズに処理室１１６内に導入することができる。このことは、電解液供給ライン１１８内に設置され、電解液の電解液供給装置１２０から処理室１１６内への導入を遮断する遮断装置としての開閉バルブＶ_１の内部流路断面積にあっても同様である。

次に、電解液としてめっき液を使用した電解めっき装置に適用した本発明の実施の形態の電解処理装置について説明する。この電解めっき装置（電解処理装置）は、例えばＲｕ（ルテニウム）からなるシード層の表面に銅めっきを施して、銅からなる配線を形成するのに使用される。なお、本発明の電解処理装置は、使用する電解液に任意に選択することで、めっき前処理を行うめっき前処理装置や電解エッチングを行う電解エッチング装置等に適用することもできる。

図９を参照して、Ｒｕをシード層として、銅配線を形成するようにした例を説明する。先ず、図９（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ_２やＬｏｗ−Ｋ材からなる絶縁膜（層間絶縁膜）２を堆積し、絶縁膜２の内部に、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ビアホール３とトレンチ４を形成し、その上にＲｕからなるシード層５を形成した基板Ｗを用意する。

そして、図９（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、ビアホール３及びトレンチ４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅めっき膜６を堆積する。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅めっき膜６及びシード層５を除去して、ビアホール３及びトレンチ４内に充填させた銅めっき膜６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９（ｃ）に示すように、絶縁膜２の内部に銅めっき膜６からなる配線を形成する。

図１０は、本発明の実施の形態の電解めっき装置（電解処理装置）を備えた基板処理装置の平面配置図を示す。図１０に示すように、この基板処理装置には、コントロールパネル１０を有する矩形状の装置フレーム１２が備えられている。装置フレーム１２の内部には、複数の基板を内部に収納した基板カセットを搬入する２つのロード・アンロード部１４、２つのベベルエッチング・裏面洗浄装置１６、基板ステーション１８、リンス・乾燥装置２０、１基のめっき前処理装置２２及び４基の電解めっき装置２４が配置されている。更に、ロード・アンロード部１４、ベベルエッチング・裏面洗浄装置１６、基板ステーション１８及びリンス・乾燥装置２０に挟まれた位置に第１搬送ロボット２６が、基板ステーション１８、リンス・乾燥装置２０、めっき前処理装置２２及び電解めっき装置２４に挟まれた位置に第２搬送ロボット２８がそれぞれ走行自在に配置されている。

めっき前処理装置２２は、電解めっき装置２４による電解銅めっきに先立って、電解銅めっき時にシード層となるルテニウム膜表面の不動態膜（酸化ルテニウム）を電解処理により電気化学的に除去するためのものである。

図１１及び図１２は、電解めっき装置２４の概要を示す。図１１及び図１２に示すように、電解めっき装置２４は、表面（被処理面）を上向きにして基板Ｗを着脱自在に水平に保持する、上下動及び回転自在な基板保持部３０と、この基板保持部３０の上方に配置されたカソード部３２とを有している。カソード部３２は、基板保持部３０で保持した基板Ｗを上昇させた時に、基板Ｗの周縁部上面に圧接して、ここをシールするリング状のシールリング３４と、シールリング３４の外方で基板Ｗの周縁部上面のシード層５（図９参照）と接触して該シード層５に通電するカソード接点３６とを有している。これにより、基板Ｗを保持した基板保持部３０を上昇させて基板Ｗの周縁部上面をシールリング３４でシールした時に、カソード接点３６がシールリング３４の外方に位置することで、カソード接点３６がめっき液に接触しないようになっている。このカソード接点３６は、めっき電源の陰極から延びる導線３８ａに接続される。

この例では、シールリング３４及びカソード接点３６は、基板保持部３０で保持した基板Ｗの周縁部上面に接触した状態で、基板保持部３０と一体に回転するように構成されている。

カソード部３２の上方に位置して、アノードヘッド４０が基板保持部３０の直上方のめっき位置と側方の待避位置との間を移動自在でかつ上下動自在に配置されている。アノードヘッド４０は、下方に開口した有底円筒状のハウジング４２と、このハウジング４２の下端開口部内に嵌入させて該開口部を塞ぐように配置固定された多孔質体４４を有しており、ハウジング４２と多孔質体４４との間には、めっき液の漏れを防止する、例えばＯリングからなるシール部材４６が介装されている。このように、ハウジング４２の下端開口部を多孔質体４４で塞ぐことで、ハウジング４２の内部にアノード室４８が区画形成されている。

アノードヘッド４０のアノード室４８の内部には、例えばチタン上に酸化イリジウムをコーティングした不溶解アノードからなるアノード５０が設置されている。アノード５０の一部は、ハウジング４２の上面より該ハウジング４２の外部へ突出しており、この突出部にめっき電源の陽極から延びる導線３８ｂに接続される。このように、アノード５０として不溶解アノードを使用することで、ブラックフィルムの影響を排除し、しかも長期使用によるコストダウンを図ることができる。

多孔質体４４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で構成され、気孔率は、一般的には３０％以下、好ましくは１０％以下、更に好ましくは６％以下である。そして、多孔質体４４の内部にめっき液を含有させることで、つまり多孔質体４４自体は絶縁体であるが、この内部にめっき液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、めっき液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。

このように多孔質体４４をハウジング４２の開口部に配置し、この多孔質体４４によって大きな抵抗を発生させることで、シード層の表面に銅めっき膜を成膜する時、シード層のシート抵抗の影響を低減させ、シード層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、面内均一性を向上させためっき膜を成膜することができる。

このような内部にめっき液を含有させることで電気抵抗を高める目的に用いられる多孔質体４４の気孔率は、一般に３０％以下である。このため、下記のように、この多孔質体４４で処理室６２の一部を構成し、処理室６２内を減圧したとしても、減圧する時間が短ければ多孔質体４４からそれほどめっき液が滲み出てくることもなく、めっき液の導入及びめっき処理に影響を及ぼすことは無い。

ここで、図９に示すように、Ｒｕ（ルテニウム）からなるシード層５の表面に銅めっき膜を成膜しようとすると、シード層５のシート抵抗がかなり高くなるが、多孔質体４４として、気孔率が１０％以下のものを使用することで、内部にめっき液を含有した時における多孔質体４４の電気抵抗をシード層５のシート抵抗が無視できる程度に高めてターミナルエフェクトの影響を低減させ、しかも、下記のように、処理室６２を減圧する時に多孔質体４４からめっき液が滲み出すことを極力抑制することができる。多孔質体４４の気孔率は、ターミナルエフェクトの影響を更に低減させため、６％以下であることが更に好ましい。厚さが１０〜２０ｍｍ程度で、気孔率が１０％以下の多孔質体の場合、単位面積（ｃｍ^２）当りの液の通過量は０．７μＬ／ｍｉｎ以下となり、数秒〜数分の間の減圧では液滴となるような量の液が多孔質体から出てくることはない。

アノードヘッド４０のアノード室４８とめっき液タンク５２との間は、内部に送液ポンプ５４を設置したアノード側めっき液供給ライン５６とアノード側めっき液排出ライン５８で結ばれている。これによって、送液ポンプ５４を駆動することで、めっき液タンク５２内のめっき液は、アノード側めっき液供給ライン５６を通して、アノード室４８内に供給され、アノード室４８内のめっき液は、アノード側めっき液排出ライン５８を通して、めっき液タンク５２に戻される。めっき処理中にあっては、めっき液タンク５２とアノード室４８の間にめっき液を常時循環させておく。アノード室４８内の圧力は、大気圧または送液ポンプ５４の吐出圧のため大気圧よりも加圧された圧力である。

アノードヘッド４０のハウジング４２の下面には、多孔質体４４の外方に位置して、アノードヘッド４０を所定の位置まで下降させた時に、シールリング３４の上面に圧接して、ハウジング４２とシールリング３４との間を密閉（シール）する密閉手段としてシール部材６０が取付けられている。このシール部材（密閉手段）６０は、例えばＯリングからなる。

これによって、図１２に示すように、基板保持部３０を上昇させて該基板保持部３０で保持した基板Ｗの上面外周縁をシールリング３４に圧接させ、更に、アノードヘッド４０を下降させ、ハウジング４２の下面に取付けたシール部材６０をシールリング３４の上面に圧接させることで、基板保持部３０で保持した基板Ｗの上面（被処理面）と多孔質体４４で上下に挟まれた領域の周囲をシール部材６０で密閉（シール）した処理室６２が区画形成されるようになっている。

アノードヘッド４０のハウジング４２の一端側は、内部に遮断装置としての開閉バルブＶ_４を設置した処理室側めっき液供給ライン６４を介して、めっき液供給装置６６に接続されており、処理室側めっき液供給ライン６４は、ハウジング４２の周壁を上下に貫通して処理室６２に連通するようになっている。アノードヘッド４０のハウジング４２の他端側は、内部に開閉バルブＶ_５を設置した処理室側めっき液排出ライン６８を介して、バッファ室７０に接続されており、処理室側めっき液排出ライン６８は、ハウジング４２の周壁を上下に貫通して処理室６２に連通するようになっている。

バッファ室７０は、内部に開閉バルブＶ_６を設置した真空ライン７２を介して、減圧装置としての真空ポンプ７４の真空レギュレータ７６に接続され、真空ポンプ７４には排気ライン７８が接続されている。バッファ室７０の上部には、内部に開閉バルブＶ_７を設置した大気開放ライン８０と、内部に開閉バルブＶ_８を設置した圧力計ライン８２がそれぞれ接続され、圧力計ライン８２には圧力計８４が設けられている。バッファ室７０の底部には、内部に開閉バルブＶ_９を設置した排液ライン８６が接続されている。

更に、処理室側めっき液供給ライン６４に設置した開閉バルブＶ_４の下流側には、該開閉バルブＶ_４の下流側に位置する処理室側めっき液供給ライン６４に、例えばＮ_２ガス等の不活性ガスからなるパージガスを導入して該めっき液供給ライン６４をパージするパージライン８８が接続されており、このパージライン８８には、開閉バルブＶ_１０が設置されている。

これにより、めっき終了後、開閉バルブＶ_１０を開き、該開閉バルブＶ_４の下流側の処理室側めっき液供給ライン６４に不活性ガス等のパージガスを導入して該処理室側めっき液供給ライン６４をパージすることで、処理室側めっき液供給ライン６４にめっき液が付着することを防止することができる。

この例では、基板保持部３０を上昇させて該基板保持部３０で保持した基板Ｗの外周縁上面をシールリング３４に圧接させた後、アノードヘッド４０を下降させて、ハウジング４２の下面に取付けたシール部材６０をシールリング３４の上面に圧接させ、更に処理室側めっき液供給ライン６４の開閉バルブＶ_４及び処理室側めっき液排出ライン６８の開閉バルブＶ_５を閉じることで、図１３に示すように、基板Ｗの表面（被処理面）と多孔質体４４で上下に挟まれた処理室６２を区画する領域（領域Ａ）、処理室側めっき液供給ライン６４の開閉バルブＶ_４から処理室６２に達する領域（領域Ｂ）、及び処理室６２から処理室側めっき液排出ライン６８の開閉バルブＶ_５に達する領域（領域Ｃ）が減圧領域となる。この領域Ｂの処理室６２側の一部には、シールリング３４とアノードヘッド４０のハウジング４２により流路が構成される。領域Ｃの処理室６２側の一部にも、シールリング３４とアノードヘッド４０のハウジング４２により流路が構成される。これらの領域Ａ，Ｂ及びＣは、めっき液の付着がないようにドライな状態に維持される。

ここで、基板Ｗとしてφ３００ｍｍウェーハを使用すると、めっき液と接する基板Ｗの被処理面が一部を構成する処理室６２の直径は、２９５〜２９８ｍｍ程度の大きさとなるが、ここでは、処理室６２の直径を２９６ｍｍとする。また処理室６２の高さ、つまり基板Ｗの被処理面と多孔質体４４との間隔を０．５ｍｍとし、この処理室６２にめっき液を供給する入口を外周６０°の範囲とすると、入口断面は円弧状になって、その面積は約７８ｍｍ^２となる。

そして、処理室側めっき液供給ライン６４の開閉バルブ（遮断装置）Ｖ_４として、出口径がφ１６ｍｍのエアオペレート開閉バルブを使用すると、開閉バルブＶ_４の出口断面積は約２０１ｍｍ^２となる。このため、図１４に示すように、処理室側めっき液供給ライン６４の開閉バルブＶ_４の出口と処理室６２の入口を繋ぐ導入配管６４ａは、入口断面積が２０１ｍｍ^２の円、出口断面積が７８ｍｍ^２のスリット形状としている。この導入配管６４ａは、平面図で見た時の広がり角度が１５°となっており、導入配管６４ａの広がり部分の長さは約２４６ｍｍである。導入配管６４ａの入口から出口にかけての断面積変化が単調増加部を含まないようにするため、この例では、断面積変化が直線状に単調減少していくように配管形状にしている。そのため、平面図で見ると、導入配管６４ａは直線形状に広がっていくが、側面図で見ると、双曲線状に狭まっていく。導入配管６４ａの流路断面形状は入口部では円であるが、出口へ向かうに従って、徐々にスリット状になり、スリット長さが長く、スリット幅が狭くなっていくような形状をしている。

上記の例では、処理室６２の入口部を外周６０°の範囲としたが、この角度をより狭くすることにより、導入配管６４ａの長さを短くし、その分、配管抵抗を小さくして、めっき液を処理室６２内に短時間で導入できるようにすることができる。また、逆に、処理室６２の入口範囲をより大きくして、入口から処理室６２内に入っためっき液が基板の被処理面上にスムーズに拡がっていくようにすることで、入口部分でのめっき液の気泡の巻き込みや、めっき液の逆流を抑えることができる。

また、導入配管６４ａの広がり角度を１５°としているが、導入配管６４ａの広がり角度をより大きくすることにより、導入配管６４ａの長さを短くすることができ、逆に、導入配管６４ａの広がり角度を小さくすることで、導入配管６４ａの広がり部でのめっき液の流れの剥離、めっき液の逆流の発生、めっき液の気泡の巻き込み等を抑えることができる。このめっき液の流れの剥離、めっき液の逆流の発生、めっき液の気泡の巻き込みを抑えるためには、導入配管６４ａの広がり角度は３０°以下であることが望ましく、１５°以下であることが更に望ましい。

なお、図１４に示す例において、導入配管６４ａと処理室６２の接合部は、処理室６２の円弧上の接線方向に対して導入配管６４ａの接合方向が４５°基板の中心側に寄っている。このため、処理室６２との接合部以降において、めっき液の流れが基板の被処理面から剥離することが考えられる。これを回避するためには、図１５のように、導入配管６４ａの広がり角度を、接合方向と円弧上の接線方向が一致するようにしてもよく、また、図１６に示すように、導入配管６４ａの処理室６２との接合部近辺を円弧形状として、処理室６２に対して接線方向で接合するようにしても良い。

次に、電解めっき装置２４の操作について説明する。
先ず、基板保持部３０が下降した位置にある時に、表面（被処理面）を上向きとして、基板保持部３０の上面に基板Ｗを水平に保持する。そして、基板保持部３０を上昇させ、基板Ｗの周縁部上面をシールリング３４に圧接させ、同時にカソード接点３６を基板Ｗの周縁部上面において、シード層５（図９参照）に接触させる。

一方、カソードヘッド４０側にあっては、めっき液供給装置６６にめっき液を入れておき、処理室側めっき液供給ライン６４の開閉バルブＶ_４を閉じることで、開閉バルブＶ_４の上流側をめっき液で満たしておく。そして、開閉バルブＶ_５，Ｖ_７及びＶ_９を閉じ、開閉バルブＶ_６及びＶ_８を開いた状態で、真空ポンプ７４を駆動して、バッファ室７０の内部を大気圧以下の所定の圧力に減圧する。この時、圧力計８４を見ながら、真空レギュレータ７６により、バッファ室７０の内部圧力をコントロールする。そして、待避位置にあったアノードヘッド４０を基板保持部３０の直上方のめっき位置に移動させる。図１１は、この時の状態を示している。

この状態で、アノードヘッド４０を下降させ、ハウジング４２の下面に取付けたシール部材６０をシールリング３４の上面に圧接させて、基板保持部３０で保持した基板Ｗの上面（被処理面）と多孔質体４４で上下に挟まれた領域の周囲をシール部材６０で密閉（シール）した処理室６２を区画形成する。図１２は、この時の状態を示している。

そして、基板のめっき処理を開始するには、処理室側めっき液排出ライン６８の開閉バルブＶ_５を開き、これによって、基板Ｗの被処理面と多孔質体４４で挟まれた領域の処理室６２を含む図１３に示す領域Ａ〜Ｃをバッファ室７０と同じ圧力にする。次に、処理室側めっき液供給ライン６４の開閉バルブＶ_４を開き、大気圧と処理室６２（及びバッファ室７０）の内部圧力との差圧により、処理室側めっき液供給ライン６４を通して、めっき液供給装置６６のめっき液を処理室６２内に導入する。基板Ｗの被処理面と多孔質体４４との間隔は、一般的には５ｍｍ以下であるが、めっき液を極力速く処理室６２内に導入するためには、基板Ｗの被処理面と多孔質体４４との間隔は、１ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることが更に好ましい。

この時、開閉バルブＶ_４を開く前に、基板Ｗのシード層５とアノード５０との間にめっき電圧を印加しておくことにより、めっき液を処理室６２内に導入する同時にシード層５の表面に銅めっき膜を成膜することができる（ホットエントリー）。処理室側めっき液供給ライン６４の開閉バルブＶ_４を開いて処理室６２内がめっき液で満たされた後に、基板Ｗのシード層５とアノード５０との間にめっき電圧を印加することで、シード層５の表面に銅めっき膜を成膜するようにしてもよい（コールドエントリー）。処理室側めっき液供給ライン６４の開閉バルブＶ_４を開いて、処理室６２内にめっき液を導入した後も、真空ポンプ７４を駆動して、めっき液を処理室６２内に導入し続ける。この時、めっき液を処理室６２内に導入し続けたままめっき処理を継続しても、所定時間経過後、処理室側めっき液排出ライン６８の開閉バルブＶ_５を閉じめっき液の流れを止めてめっき処理を継続しても良い。

これによって、図９（ｂ）に示すように、シード層５の表面に銅めっき膜６を成膜し、銅めっき膜６の膜厚が所定の膜厚に達した時に、基板のシード層５とアノード５０との間のめっき電圧の印加を解いて、めっき処理を終了する。そして、アノードヘッド４０を上昇させ、基板Ｗの表面に残っためっき液を吸引等で除去した後、基板保持部３０を下降させ、めっき処理後の基板を次工程に搬送する。

そして、パージライン８８の開閉バルブＶ_１０を開き、処理室側めっき液供給ライン６４の開閉バルブＶ_４の下流側を不活性ガス等のパージガスでパージして、該処理室側めっき液供給ライン６４に付着しためっき液を除去し、しかる後、パージライン８８の開閉バルブＶ_１０を閉じる。

この一連のめっき処理の際にあっては、めっき液を流し過ぎて、めっき液供給装置６６が空になったり、処理室６２に空気が流入してしまわないように注意し、また、バッファ室７０が完全にめっき液で満たされたり、真空ライン７２にめっき液が流入したりしてしまわないようにも配慮する必要がある。

次に、図１０に示す基板処理装置の一連の処理について説明する。先ず、複数の基板を収納した基板カセットを装置フレーム１２内のロード・アンロード部１４に搬入する。第１搬送ロボット２６は、ロード・アンロード部１４内に搬入した基板カセットから、１枚の基板を取出し、基板ステーション１８に搬送する。第２搬送ロボット２８は、基板ステーション１８から基板を受取り、めっき前処理装置２２に基板を受渡す。

基板を受取っためっき前処理装置２２は、基板に対する電解処理を行って、Ｒｕからなるシード層の表面の不動態膜（酸化ルテニウム）を電解処理により電気化学的に除去する。そして、このめっき前処理装置２２にめっき前処理後の基板の表面に純水を供給して基板をリンスし、高速回転させて乾燥させる機能を有する場合には、めっき前処理装置２２で基板に対するリンス及び乾燥処理を施し、その他の場合には、めっき前処理後の基板を第２搬送ロボット２８でリンス・乾燥装置２０に搬送し、ここで、基板に対するリンス及び乾燥処理を施す。なお、場合によっては、乾燥処理を省略したり、リンス及び乾燥処理の双方を省略したりしても良い。

第２搬送ロボット２８は、めっき前処理装置２２またはリンス・乾燥装置２０から基板を受取り、電解めっき装置２４の基板保持部３０に搬送する。基板保持部３０で基板を受取った電解めっき銅装置２４は、Ｒｕからなるシード層表面に電解銅めっきを行って、シード層表面に銅めっき膜を成膜する。そして、めっき後の基板を第２搬送ロボット２８でリンス・乾燥装置２０に搬送し、ここで、基板に対するリンス及び乾燥処理を施す。なお、電解めっき装置２４にめっき後の基板の表面に純水を供給して基板をリンスし、高速回転させて乾燥させる機能を有する場合には、電解めっき装置２４で基板に対するリンス及び乾燥処理を施してもよい。

第１搬送ロボット２６は、リンス・乾燥装置２０から乾燥後の基板を受取り、ベベルエッチング・裏面洗浄装置１６に受渡す。ベベルエッチング・裏面洗浄装置１６は、基板のベベル部に付着した銅めっき膜等をエッチング除去するベベルエッチング及び基板の裏面を洗浄する裏面洗浄を行う。第１搬送ロボット２６は、ベベルエッチング・裏面洗浄装置１６から基板を受取り、ロード・アンロード部１４の基板カセットに戻す。
これにより、一連のめっき処理を終了する。

図１７は、処理室側めっき液供給ライン６４に設置される開閉バルブ（遮断装置）Ｖ_４として、出口断面形状がスリット状のエアオペレート開閉バルブ９０を使用した時の該開閉バルブ９０と処理室６２とを繋ぐ導入配管６４ｂの他の例を示す。ここで、基板Ｗとして、φ３００ｍｍ基板を使用し、基板の被処理面が接する処理室６２の形状は前述と例と同じとする。導入配管６４ｂの広がり角度を１５°とし、導入配管６４ｂの入口形状は、図１４に示す導入配管６４ａを途中で切ったスリット状の断面形状としている。開閉バルブ９０の出口断面形状は、導入配管６４ｂのスリット状の入口形状と同形状としている。

このスリット状の出口形状を持った開閉バルブ９０について、図１８乃至図２１を参照して説明する。開閉バルブ９０は、スリット状の開口部（出口）９２ａを有するケーシング９２と、アクチュエータを介して上下動して、開口部９２ａを開閉（遮断）する弁体９４とを有している。弁体９４は、ゴムなどの弾性体で形成されて、弁体９４自体が遮断部のシールも兼ねるようになっている。なお、弁体９４の強度が不足する場合には、弁体９４をステンレスなどの金属で形成し、表面をゴムなどの弾性体で被覆するようにしても良い。また弁体９４及びケーシング９２を塩化ビニルなどのめっき液等の電解液成分に耐性のある材質で成形して、遮断部にはＯリングを用いてシールするようにしても良い。

開口部９２ａの上面隅部には、開口部９２ａの全周に亘って円弧状の面取りが施されており、弁体９４の下面の開口部９２ａと対応する位置には、この面取り形状に相似する形状の突起部９６が設けられている。これによって、図１９に示す、弁体９４の下面がケーシング９２に当接して開口部９２ａを弁体９４で遮断する閉位置に位置する状態から、図２０に示す、弁体９４が開口部９２ａの幅Ｗの１／２（Ｗ／２）だけ上昇した開位置に位置したとき、図２１に示すように、弁体９４乃至突起部９６の底面とケーシング９２との間に形成される流路Ｆ_１の断面積と、開口部９２ａ内に形成される流路Ｆ_２の断面積の変化が連続で且つ単調増加部を含まないようになっている。このような開閉バルブ（遮断装置）９０を用いることにより、開閉バルブ（遮断装置）９０内でめっき液が気泡を巻き込んだり、めっき液が逆流したりすることを防止することができる。

この例では、スリット状の出口形状（開口部９２ａ）を持った開閉バルブ９０を用いることにより、導入配管６４ｂの長さを短くしながら、導入配管６４ｂの広がり角度を１５°に抑えることができる。これによって、めっき液の流れの剥離、めっき液の気泡の巻き込み、及びめっき液の逆流の発生を抑えつつ、流路が短くなったことにより、配管抵抗を減少させて、めっき液を処理室６２内により短時間で導入することができる。

すなわち、この例では、開閉バルブ９０の出口スリット長さ（開口部９２ａの長さ）を約９０ｍｍとすることにより、導入配管６４ｂの長さは約１０６ｍｍとなり、図１４に示す導入配管６４ａに比べて、約半分以下の長さになっている。この例の場合、φ３００ｍｍ基板の被処理面上への液張りに要する時間は、図１４に示す例と比較して、約７５％に短縮される。

これまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。例えば、配線材料として銅を使用しているが、銅の代わりに銅合金を使用してもよい。

基板をめっき液に接触させてから通電を開始するまでの時間と配線埋込みのボトムアップ性能（ボトムアップ値）の関係を示すグラフである。 ボトムアップ値の求め方を示す図である。 本発明の電解処理装置における処理室、密閉手段、電解液供給装置及び減圧装置の関係を示す概要図である。 図３に示す電解処理装置にバッファ室と加圧装置を更に追加した状態を示す概要図である。 大気圧と処理室の内部圧力との差圧と処理室内への電解液導入時間との関係を示すグラフである。 （ａ）は、電解液の流れ方向に沿って大径管と小径管とを互いに連結した電解液供給ラインを使用した時における電解液の流れの説明に付する図で、（ｂ）は、電解液の流れ方向に沿って小径部と大径管とを互いに連結した電解液供給ラインを使用した時における電解液の流れの説明に付する図である。 電解液の流れ方向に沿って小径部と大径管とを互いに連結した電解液供給ラインを使用した時における逆流の発生の説明に付する図である。 少なくともその一部に断面積が徐々に増加する拡径管部を有する電解液ラインを使用した場合における電解液の流れの説明に付する図である。 Ｒｕをシード層として銅配線を形成するようにした銅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電解めっき装置に適用した電解処理装置を備えた基板処理装置の平面配置図である。 本発明の実施の形態の電解めっき装置（基板処理装置）のアノードヘッドを基板保持部の直上方のめっき位置に移動させた状態を示す概要図である。 本発明の実施の形態の電解めっき装置（基板処理装置）の基板の被処理面と多孔質体で上下に挟まれた領域の周囲をシール部材で密閉（シール）した処理室を区画形した状態を示す概要図である。 本発明の実施の形態の電解めっき装置（基板処理装置）の減圧領域を示す概要図である。 処理室側めっき液供給ラインの開閉バルブの出口と処理室の入口を繋ぐ導入配管を示す概要図である。 処理室側めっき液供給ラインの開閉バルブの出口と処理室の入口を繋ぐ導入配管の他の例を示す概要図である。 処理室側めっき液供給ラインの開閉バルブの出口と処理室の入口を繋ぐ導入配管の更に他の例を示す概要図である。 処理室側めっき液供給ラインの開閉バルブ（遮断装置）として出口断面形状がスリット状のエアオペレート開閉バルブを使用した時の該開閉バルブと処理室とを繋ぐ導入配管を示す概要図である。 図１７に示すエアオペレート開閉バルブのケーシングの底面図である。 （ａ）は、図１７に示すエアオペレート開閉バルブの閉状態の縦断正面図で、（ｂ）は、同じく縦断側面図である。 （ａ）は、図１７に示すエアオペレート開閉バルブの開状態の縦断正面図で、（ｂ）は、同じく縦断側面図である。 図１７に示すエアオペレート開閉バルブが開状態のあるときの、弁体乃至突起部の底面とケーシングとの間に形成される流路と開口部内に形成される流路を示す概要図である。

符号の説明

１２ 装置フレーム
１４ ロード・アンロード部
１６ ベベルエッチング・裏面洗浄装置
２０ リンス・乾燥装置
２２ めっき前処理装置
２４ 電解めっき装置
３０ 基板保持部
３２ カソード部
３４ シールリング
３６ カソード接点
４０ アノードヘッド
４２ ハウジング
４４ 多孔質体
４６ シール部材
４８ アノード室
５０ アノード
５２ めっき液タンク
５４ 送液ポンプ
５６ アノード側めっき液供給ライン
５８ アノード側めっき液排出ライン、
６０ シール部材（密閉手段）
６２ 処理室
６４ 処理室側めっき液供給ライン
６４ａ，６４ｂ 導入配管
６６ めっき液供給装置
６８ 処理室側めっき液排出ライン
７０ バッファ室
７２ 真空ライン
７４ 真空ポンプ（減圧装置）
７６ 真空レギュレータ
８４ 圧力計
８８ パージライン
９０ 開閉バルブ（遮断装置）
９２ａ 開口部
９２ ケーシング
９４ 弁体
９６ 突出部
１１０ 基板保持部
１１２ 多孔質体
１１４ シール部材（密閉手段）
１１６ 処理室
１１８ 電解液供給ライン
１２０ 電解液供給装置
１２２ 電解液排出ライン
１２４ 減圧装置
１２６ 圧力計
１２８ 加圧装置
１３０ バッファ室

Claims (13)

1. 基板を水平に保持する基板保持部と、
   前記基板保持部の上方に上下動自在に配置され、電解液に浸漬させてアノードを内部に収容するとともに、下端開口部を多孔質体で閉塞したハウジングを有するアノードヘッドと、
   前記基板保持部で保持した基板の被処理面周縁部に接触して該周縁部をシールするシールリング及び該周縁部に接触して被処理面に通電するカソード接点を有するカソード部と、
   前記アノードヘッドを所定の位置まで下降させた時に、前記基板保持部で保持した基板と前記アノードヘッドの前記多孔質体で挟まれた領域の周囲を密閉して該周囲が密閉された処理室を形成する密閉手段と、
   前記処理室内に電解液を供給する電解液供給装置と、
   前記処理室内を減圧する減圧装置を有することを特徴とする電解処理装置。
2. 前記多孔質体の気孔率は１０％以下であることを特徴とする請求項１記載の電解処理装置。
3. 前記処理室と前記減圧装置とを繋ぐ電解液排出ラインにバッファ室が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の電解処理装置。
4. 前記電解液排出ラインと前記バッファ室の容積の和は、前記処理室の容積の０．５倍以上であることを特徴とする請求項３記載の電解処理装置。
5. 前記電解液供給装置には、電解液を加圧する加圧装置が備えられてい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電解処理装置。
6. 前記電解液供給装置の出口と前記処理室の入口を繋ぐ電解液供給ラインの流路断面積は、一定乃至少なくとも一部で単調減少す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電解処理装置。
7. 前記電解液供給装置と前記処理室を繋ぐ電解液供給ラインには、入口から出口までの内部流路断面積が一定乃至少なくとも一部で単調減少する遮断装置が介装されてい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電解処理装置。
8. 前記遮断装置には、前記電解液供給ラインにパージガスを導入して該電解液供給ラインをパージするパージラインが接続されていることを特徴とする請求項７記載の電解処理装置。
9. 電解液に浸漬させてアノードを内部に収容し、下端開口部を多孔質体で閉塞したハウジングを有するアノードヘッドを下降させて、基板と前記多孔質体で挟まれた領域の周囲を密閉した処理室を形成し、
   前記処理室内を減圧装置で減圧し、
   大気圧と前記処理室内の圧力との差圧により該処理室内に電解液を導入することを特徴とする電解処理方法。
10. 前記減圧装置で前記処理室内を減圧して該処理室内に電解液を導入する際に、前記処理室と前記減圧装置とを繋ぐ電解液排出ラインに設けられたバッファ室内も減圧して、前記処理室内への電解液の導入を継続することを特徴とする請求項９記載の電解処理方法。
11. 前記処理室を前記減圧装置により減圧する前に、前記多孔質体に電解液を含浸させておくことを特徴とする請求項９または１０記載の電解処理方法。
12. 大気圧と前記処理室内の圧力との差圧が３０ｋＰａ以上であることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の電解処理方法。
13. 電解液を加圧して前記処理室内に導入することを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の電解処理方法。

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