JP3812891B2 - 配線形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線形成方法に関し、特に半導体基板等の基板の表面に設けた配線用の微細な凹部に銅（Ｃｕ）等の導電性金属を埋込んで配線を形成する配線形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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は、アルミニウムまたはアルミニウム合金が一般に用いられているが、近年、銅を用いる動きが顕著となっている。これは、銅の電気抵抗率は、１．７２μΩｃｍとアルミニウムの電気抵抗率より４０％近く低いので、信号遅延現象に対して有利となるばかりでなく、銅のエレクトロマイグレーション耐性が現用のアルミニウムより遙かに高く、しかもアルミニウムの場合よりもデュアルダマシンプロセスを採用し易いので、複雑で微細な多層配線構造を相対的に安価に製造できる可能性が高い等の理由による。
【０００３】
ここで、デュアルダマシン法によって配線溝とビアホールに同時に銅等の金属を埋込む方法としては、▲１▼ＣＶＤ、▲２▼スパッタリング、▲３▼めっきの３つの手法がある。これらの手法のうち、めっき法は、微細な凹部内への埋込み性が比較的良く、相対的に容易で安価なプロセスによって導電性の良い線路形成を可能とする傾向が強いので、少なくとも０．１８μｍのデザインルール世代でこれを半導体量産ラインに組み込むことは常識化しつつある。
【０００４】
図７は、半導体基板の表面に銅めっきを施して、銅からなる埋込み配線を有する半導体装置を得るのに使用される配線形成方法の基本工程を工程順に示す。即ち、図７（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ＳｉＯ２やｌｏｗ−ｋ材等からなる絶縁膜２を堆積し、この絶縁膜２の内部にリソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用溝４とからなる微細な凹部５を形成し、その上にＴａＮ等からなる拡散抑制用のバリアメタル６を形成する。
そして、図７（ｂ）に示すように、半導体基板Ｗに形成したバリアメタル６の表面に、例えばスパッタリングやＣＶＤで給電層となる銅等からなるシード層７を形成する。
【０００５】
次に、図７（ｃ）に示すように、半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことによって、半導体基材１の凹部（ホール）５内に銅膜８を充填するとともに、バリアメタル６上に銅膜８を堆積する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅膜８、シード層７及びバリアメタル６を除去して、凹部５の内部に充填した銅膜８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７（ｄ）に示すように銅膜８からなる埋込み配線を形成する。
【０００６】
ここに、半導体基板Ｗの表面に設けた微細な凹部５の内部に、例えば電解めっき法で銅膜８を埋込む場合に、銅めっきに先だって、バリアメタル６の表面にシード層７を形成する主たる目的は、シード層７の表面を電気的カソードとしてめっき液中の金属イオンを還元し、金属固体として析出するために十分な電流を供給することにある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
配線の高密度化に伴って埋込み配線が微細化し、コンタクトホールおよびビアホールのアスペクト比が高くなる傾向にある。このため、高アスペスト比の微細な凹部（ホール）の内部に、電解めっきを使用したデュアルダマシン法で銅等を埋込もうとすると、凹部の内部にめっき液が流入しにくく、めっき効率が悪いばかりでなく、凹部の開口部縁部に近い箇所でのめっき成長により、めっき金属が凹部の開口部を閉ざしてしまい、最終的に空孔（ボイド）ができやすい等の問題があった。
【０００８】
更に、バリアメタルの表面にスパッタリングでシード層を形成しようとすると、配線の微細化に伴って、凹部内部を含む基板の表面の全面に亘って均一な膜厚のシード層を形成することが徐々に困難となるばかりでなく、このシード層の存在で凹部の幅が更に狭くなって、この凹部の実質的なアスペスト比が更に大きくなり、このため、凹部の内部へのめっき液の流入が更に困難となって、めっき効率の低下やボイドの生成といった問題が一層大きくなってしまう。
また、ＣＶＤでシード層を形成しようとすると、凹部の幅を狭くして、アスペクト比を大きくしてしまう問題は解決されるが、超高真空系の装置が必要とされるため、装置費用が高価になり、更に次工程の埋め込み用のめっき装置とのユニット化が困難であるため、装置全体が大きくなるという欠点がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、例え高アスペスト比な凹部であっても、この凹部内に欠陥のない健全な導電性金属からなる埋込み配線を形成できるようにした配線形成方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板の表面に設けた微細な凹部に湿式めっきにより導電性金属を埋込んで配線を形成するにあたり、基板の表面に形成したバリアメタルの表面に、無電解めっきのためのパラジウム触媒を、核密度が１００個／μｍ ２ 〜１０００００個／μｍ ２ となるように付与し、この触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解めっきにより金属膜を形成し、この金属膜を形成した基板をアニールすることを特徴とする配線形成方法である。
請求項２に記載の発明は、基板の表面に設けた微細な凹部に湿式めっきにより導電性金属を埋込んで配線を形成するにあたり、基板の表面に形成したバリアメタルの表面に、無電解めっきのための銀触媒を、核密度が１００個／μｍ ２ 〜１０００００個／μｍ ２ となるように付与し、この触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解めっきにより金属膜を形成し、この金属膜を形成した基板をアニールすることを特徴とする配線形成方法である。
【００１１】
これにより、例えばＣＶＤやスパッタリングによって、バリアメタルの表面にシード層を形成することなく、埋込み性が一般に良好で比較的安価な無電解めっきによって凹部内に直接金属膜を埋込むことで、凹部内に欠陥のない健全な導電性材料からなる埋込み配線を形成することができる。しかも、金属膜を形成した基板をアニールすることで、バリアメタルと金属膜との界面におけるバリアメタルの金属成分と金属膜の金属成分との間に接合層を形成して、金属膜のバリアメタルに対する密着性を良くすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、基板の表面に設けた微細な凹部に湿式めっきにより導電性金属を埋込んで配線を形成するにあたり、基板の表面に形成したバリアメタルの表面に、無電解めっきのためのパラジウム触媒を、核密度が１００個／μｍ ２ 〜１０００００個／μｍ ２ となるように付与し、この触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解めっきにより第１の金属膜を形成し、この第１の金属膜の表面に電解めっきにより第２の金属膜を形成し、この第１及び第２の金属膜を形成した基板をアニールすることを特徴とする配線形成方法である。
請求項４に記載の発明は、基板の表面に設けた微細な凹部に湿式めっきにより導電性金属を埋込んで配線を形成するにあたり、基板の表面に形成したバリアメタルの表面に、無電解めっきのための銀触媒を、核密度が１００個／μｍ ２ 〜１０００００個／μｍ ２ となるように付与し、この触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解めっきにより第１の金属膜を形成し、この第１の金属膜の表面に電解めっきにより第２の金属膜を形成し、この第１及び第２の金属膜を形成した基板をアニールすることを特徴とする配線形成方法である。
【００１３】
これにより、例えばＣＶＤやスパッタリングによることなく、一般に埋込み性の良好で比較的安価な無電解めっきによって、バリアメタルの表面にシード層としての役割を果たす第１の金属膜を形成し、この金属膜を使用した電解めっきによって凹部内に金属膜を埋込むことで、凹部内に欠陥のない健全な導電性材料からなる埋込み配線を形成することができる。つまり、無電解めっきは、一様にめっき対象物が濡れていれば、等速度に反応が起こるため、均一の膜（第１の金属膜）を形成することができ、スパッタリングのように凹部のアスペクト比を高めるおそれがない。また、スパッタリング、ＣＶＤはともに超高真空系の装置を要するため、装置全体が高価で大きくなり、次工程の埋め込み用めっき装置とのユニット化が困難であるが、無電解めっきは大気圧下で行えるため、安価であり、次工程に埋め込み用めっき装置を用いる場合でも、同じウェットプロセスなのでユニット化が容易である。しかも、金属膜を形成した基板をアニールすることで、金属膜のバリアメタルに対する密着性を良くするとともに、無電解めっきによって形成した第１の金属膜と電解めっきによって形成した金属膜を再結晶させて、電気抵抗率を更に低下させることができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記第１の金属膜は、膜厚が０．１ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項３または４記載の配線形成方法である。このように、第１の金属膜の膜厚を０．１ｎｍ〜１００ｎｍに設定することで、この金属膜がストレスで剥がれ易くなることを防止することができる。この金属膜の膜厚は、１〜５０ｎｍであることが好ましく、５ｎｍ〜２０ｎｍであることが更に好ましい。
なお、例えば、Ｔｉ，ＴａまたはＷを金属成分としたバリアメタルの表面にパラジウム触媒を付与することで、このパラジウム触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解銅めっきによる銅膜等のめっき膜を安定的に成長させることができる。
【００１５】
また、例えば、Ｔｉ，ＴａまたはＷを金属成分としたバリアメタルの表面に銀触媒を付与することで、この銀触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解銅めっきによる銅膜等のめっき膜を安定的に成長させることができる。しかも、基板にアニールを行って、触媒である銀を銅膜等の金属膜の内部に拡散させることで、エレクトロンマイグレーション耐性を更に向上させることができる。
【００１６】
無電解めっきは、触媒核を反応の起点とするので、均一な連続膜を得るためには充分な核密度が必要となるが、触媒の核密度を１００個／μｍ２〜１０００００個／μｍ２に設定することで、この要請に応えることができる。
請求項６に記載の発明は、前記基板のアニールを還元雰囲気下で行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の配線形成方法である。例えば、Ｔａを金属成分としたバリアメタルにあっては、空気に触れた直後に、表面に自然酸化膜（ＴａｘＯｙ）が形成され、この自然酸化膜が電気抵抗率の増大をもたらすが、アニールを還元雰囲気下で行うことで、このアニールの際にバリアメタル表面の自然酸化膜を容易且つ確実に還元することができる。
【００１７】
前記還元雰囲気は、水素ガス雰囲気であることが望ましい。この水素ガス雰囲気には、水素ガス１００％の雰囲気の他、例えばＮ２ガス等の不活性ガスの中に数％〜数十％の水素ガスを混合した混合ガス雰囲気も含まれる。
請求項７に記載の発明は、前記アニール後の基板の表面を化学機械的研磨し、該化学機械的研磨によって基板の表面に露出した前記金属膜の表面に保護膜を選択的に形成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配線形成方法である。このように、配線を構成する金属膜の表面に保護膜を選択的に形成することで、配線金属の熱拡散や酸化を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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配線形成装置の平面配置図を示す。この配線形成装置は、同一設備内に、内部に複数の基板Ｗを収納する２基のロード・アンロード部１０、基板の表面に形成したバリアメタルや基板の表面に露出した金属膜の表面に無電解のための触媒、例えばＰｄ触媒またはＡｇ触媒を付与する触媒付与装置１２、触媒を付与したバリアメタルの表面に金属膜を形成する第１の無電解めっき装置１４、表面に金属膜を形成した基板の外周部（ベベル）及び裏面に成膜乃至付着した余分な金属膜を除去するベベル・裏面洗浄を行うベベル・裏面洗浄装置１６、金属膜を形成した基板をアニールするアニール装置１８、基板の表面に形成した余分な金属膜を研磨除去して平坦化するＣＭＰ装置２０、研磨によって基板の表面に露出した金属膜の表面に保護膜を選択的に形成する第２の無電解めっき装置（蓋めっき装置）２２、基板の洗浄を行う洗浄装置２４及びこれらの装置の間で基板の受渡しを行う走行自在な搬送ロボット２６を収納して構成されている。
【００２２】
次に、この基板処理装置を使用して、銅からなる埋込み配線を有する半導体装置を形成する一連の配線形成例を図２及び図３を参照して説明する。
先ず、図２（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ＳｉＯ２やｌｏｗ−ｋ材等からなる絶縁膜２を堆積し、この絶縁膜２の内部にリソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４とからなる微細な凹部５を形成し、その上にＴａＮ等からなる拡散抑制用のバリアメタル６を形成した基板Ｗをロード・アンロード部１０に収納する。
【００２３】
そして、この基板Ｗをロード・アンロード部１０から搬送ロボット２６で取出して触媒付与装置１２に搬送し、この触媒付与装置１２で基板Ｗの表面に形成したバリアメタル６の表面に無電解めっきのための触媒を付与する。すなわち、触媒として、Ｐｄ触媒を使用する場合には、基板Ｗの表面のバリアメタル６をＳｎＣｌ２のＨＣｌ溶液に浸漬等により接液させ、水洗後、ＰｄＣｌ２のＨＣｌ溶液に浸漬等により接液させる。これによって、Ｓｎ２＋を基板Ｗの表面に吸着させ、更にＰｄＣｌ２のＨＣｌ溶液に接液させることで、このイオンを酸化させてＳｎ４＋となし、逆にＰｄ２＋を還元させて金属Ｐｄとなして基板Ｗの表面に析出させる。このＳｎＣｌ２の濃度は、一般には、０．０００１ｍｏｌ／Ｌ〜１．０ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは、０．０１〜０．５ｍｏｌ／Ｌで、またＰｄＣｌ２の濃度は、一般には、０．０００１ｍｏｌ／Ｌ〜１．０ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは、０．０１〜０．５ｍｏｌ／Ｌである。更に、ＰｄＣｌ２の濃度の方がＳｎＣｌ２の濃度より高く設定される。また、触媒としてＡｇ触媒を使用する場合は、基板Ｗの表面のバリアメタル６をＡｇＦとＨＦとの混合液に接液させてＡｇを基板Ｗの表面に析出させる。
なお、例えば基板の被処理面にＳｎＣｌ２のＨＣｌ溶液及び／又はＰｄＣｌ２のＨＣｌ溶液等の処理液を滴下して基板を高速回転させる、いわゆるスピンコートによって、処理液を基板処理面の全面に接液させるようにしてもよい。
【００２４】
このように、例えば、Ｔｉ，ＴａまたはＷを金属成分としたバリアメタルの表面にＰｄ触媒またはＡｇ触媒を付与し、しかもＰｄ触媒またはＡｇ触媒の核密度を１００個／μｍ２〜１０００００個／μｍ２とすることで、Ｐｄ触媒またはＡｇ触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解銅めっきによる銅膜を安定的に成長させることができることが確かめられている。これは、無電解めっきは、触媒核を反応の起点とするので、均一な連続膜を得るためには充分な核密度が必要となり、このように、触媒の核密度を１００個／μｍ２〜１０００００個／μｍ２に設定することで、この要請に応えることができるためであると考えられる。
【００２５】
この触媒を付与した基板を洗浄装置２４に搬送して水洗し、必要に応じて乾燥させた後、第１の無電解めっき装置１４に搬送する。そして、ここで、所定の還元剤と所定のめっき液を用いて無電解めっきを行い、これによって、図２（ｂ）に示すように、バリアメタル６の表面に銅膜からなる金属膜８ａを形成し、同時に凹部５の内部に金属膜８ａを埋込む。この場合、固液界面で還元剤の分解によって生じた電子が、バリアメタル６の表面の触媒を経由してＣｕ２＋に与えられ、金属Ｃｕとして触媒上に析出して銅めっき膜（金属膜８ａ）が形成される。このめっき液の組成及びめっき条件は、以下の通りである。
【００２６】
（めっき液組成）
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ １０ ｇ／Ｌ
ＥＤＴＡ・２Ｎａ ２０ ｇ／Ｌ
ＨＣＨＯ（３７％） １０ ｍｌ／Ｌ
ＮａＯＨにてｐＨ１２
（めっき条件）
７０℃，１０ｍｉｎで膜厚１５００ｎｍのめっき膜を成膜
【００２７】
このように、例えばＣＶＤやスパッタリングによって、バリアメタル６の表面にシード層７（図７（ａ）参照）を形成することなく、埋込み性の良好な無電解めっきによって凹部５内に直接金属膜８ａを埋込むことで、凹部５内に欠陥のない健全な金属膜８ａを埋込むことができる。
【００２８】
この表面に金属膜８ａを形成した基板Ｗを水洗し、必要に応じて乾燥させた後、ベベル・裏面洗浄装置１６に搬送し、ここで、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、基板Ｗの裏面に付着した銅をフッ酸等の薬液により洗浄する。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Ｗ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。
【００２９】
このベベル・裏面洗浄後の基板Ｗをアニール装置１８へ搬送し、ここで、例えば、Ｎ２−Ｈ２（３％以下）ガス雰囲気で、一般には２００〜６００℃、好ましくは３５０〜５００℃、更に好ましくは４５０℃前後の温度で、１〜６０分、好ましくは３〜３０分、更に好ましくは５〜１０分間に亘って基板Ｗをアニールする。このように基板Ｗをアニールすることで、バリアメタル６と金属膜８ａとの界面におけるバリアメタル６の金属成分（例えばＴａ）と金属膜８ａの金属成分（例えば銅）との間に接合層を形成して、金属膜８ａのバリアメタル６に対する密着性を良くすることができる。しかも、銀触媒を使用した場合には、触媒である銀を銅膜等の金属膜８ａの内部に拡散させることで、エレクトロンマイグレーション耐性を更に向上させることができる。更に、例えば、Ｔａを金属成分としたバリアメタルにあっては、空気に触れた直後に、表面に自然酸化膜（ＴａｘＯｙ）が形成され、この自然酸化膜が電気抵抗率の増大をもたらすが、アニールを水素ガス等の還元雰囲気下で行うことで、このアニールの際にバリアメタル表面の自然酸化膜（ＴａｘＯｙ）を容易且つ確実に還元することができる。
【００３０】
なお、前記Ｎ２ガスの代わりＡｒガス等の不活性ガスを使用しても良く、またアニール装置として、気密性に優れた、いわゆるファーネス炉を使用することで、アニール装置（ファーネス炉）内を１００％の水素ガス雰囲気にしたり、５％以上、更には数十％の水素ガスを含む混合ガス雰囲気としたりしてもよい。
このアニール後の基板ＷをＣＭＰ装置２０に搬送し、ここで、基板Ｗの表面を化学機械的研磨（ＣＭＰ）して、絶縁膜２上に金属膜８ａ及びバリアメタル６を除去し、これによって、図２（ｃ）に示すように、凹部５の内部に充填した金属膜８ａの表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。
【００３１】
このＣＭＰ処理後の基板Ｗを洗浄装置２４に搬送し水洗し、必要に応じて乾燥させた後、触媒付与装置１２に搬送し、ここで金属膜８ａの表面にＰｄ触媒等の触媒を付与した後、第２の無電解めっき装置（蓋めっき装置）２２に搬送する。そして、ここで、基板Ｗの表面に無電解めっきを行うことで、図２（ｄ）に示すように、露出した金属膜８ａの表面に、例えば無電解めっきによって得られる、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金膜やＣｏ−Ｗ−Ｂ合金膜からなる保護膜９を選択的に形成して金属膜（配線）８ａを保護する。つまり、前述と同様にして、金属膜８ａの表面にＰｄ触媒等の触媒を付与し、しかる後、基板Ｗの表面を、例えば下記の表１に示す組成のＣｏ−Ｗ−Ｐめっき液または表２に示す組成のＣｏ−Ｗ−Ｂめっき液に所定時間接液させる。
【００３２】
【表１】
【表２】
この保護膜９を形成する合金として、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金やＣｏ−Ｗ−Ｂ合金の他に、Ｎｉ−Ｐ，Ｎｉ−Ｂ，Ｎｉ−Ｗ−Ｐ，Ｎｉ−Ｗ−Ｂ，Ｃｏ−Ｐ，Ｃｏ−Ｂ合金等が挙げられる。
【００３３】
また、この例では、Ｐｄ触媒等の触媒を付与する触媒付与装置１２と無電解めっき装置１４，２２とを別々に備えた例を示しているが、各無電解めっき装置１４，２２に触媒付与装置としての役割を兼用させ、各無電解めっき装置１４，２２のめっき槽（処理槽）を使用して、触媒の付与と無電解めっき処理を同一の処理槽（めっき槽）で連続して行うようにしても良い。
そして、この蓋めっき後の基板Ｗを洗浄装置２４に搬送して水洗し、必要に応じて乾燥させた後、乾燥の終了した基板Ｗを配線の形成の終了した基板としてロード・アンロード部１０のカセットに戻す。
【００３４】
図４は、本発明の他の実施の形態の配線形成装置を示す。この配線形成装置の図１に示す例と異なる点は、第２の洗浄装置２８と電解めっき装置３０を備えた点である。この配線形成装置で銅からなる埋込み配線を有する半導体装置を形成する際の一連の配線形成例を図５及び図６を参照して説明すると、この配線形成例の図２及び図３に示す例と異なる点は、以下の通りである。
【００３５】
つまり、前述と同様にして、表面に形成したバリアメタル６に無電解めっきのためのＰｄ触媒やＡｇ触媒を付与して水洗し、必要に応じて乾燥させた基板Ｗを第１の無電解めっき装置１４に搬送する。そして、ここで、所定の還元剤と所定のめっき液を用いて無電解めっきを行い、これによって、図５に示すように、バリアメタル６の表面に、銅膜からなり、シード層としての役割を果たす金属膜７ａを形成する。つまり、凹部５の内部に金属膜７ａを完全に埋込むことなく、バリアメタル６の表面に金属膜７ａを薄く堆積させる。この時に使用するめっき液の組成及びめっき条件は、以下の通りである。
【００３６】
（めっき液組成）
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ ５ ｇ／Ｌ
ＥＤＴＡ・２Ｎａ １４ ｇ／Ｌ
グリオキシル酸 １８ ｇ／Ｌ
ＴＭＡＨにてｐＨ１２．５
（めっき条件）
６０℃，３０秒で膜厚１０ｎｍのめっき膜を成膜
ここで、この例では、金属膜７ａの膜厚を１０ｎｍに設定した例を示しているが、この膜厚は、ストレスで剥がれ易くなることを防止するため、一般には、０．１ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは１〜５０ｎｍ、更に好ましくは、５ｎｍ〜２０ｎｍに設定される。
【００３７】
そして、この金属膜（シード層）７ａを形成した基板を電解めっき装置３０に搬送し、ここで、所定のめっき液を用いて電解めっきを行い、これによって、図５の仮想線に示すように、金属膜７ａの表面に銅膜からなる金属膜８ｂを形成し、同時に凹部５の内部に金属膜８ｂを埋込む。このめっき液の組成及びめっき条件は、以下の通りである。
【００３８】
（めっき液組成）
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ ２００ ｇ／Ｌ
Ｈ２ＳＯ４ ５５ ｇ／Ｌ
Ｃｌ− ６０ ｍｇ／Ｌ
添加剤 少々
（めっき条件）
２．５Ａ／ｄｍ２，５ｍｉｎ，２５℃で膜厚１５００ｎｍのめっき膜を成膜
【００３９】
そして、この表面に金属膜７ａ，８ｂを形成した基板Ｗに、ベベル・裏面洗浄処理、アニール処理、化学機械的研磨（ＣＭＰ）処理、更には第２の無電解めっき（蓋めっき）処理を順次施し、蓋めっき後の基板Ｗを水洗・乾燥させた後、基板Ｗを配線の形成の終了した基板としてロード・アンロード部１０のカセットに戻すことは前述と同様である。
【００４０】
この例によれば、無電解めっきでシード層としての役割を果たす金属膜７ａを形成することで、高アスペクト比で微細な凹部５を有する基板であっても、この凹部５の内部を含む基板Ｗの表面に金属膜（めっき膜）７ａを全面に亘ってより均一に成膜し、しかも、この金属膜７ａをシード層として利用した電解めっきを行うことで、凹部５内に欠陥のない健全な導電性材料からなる埋込み配線をより迅速に形成することができる。しかも、金属膜７ａ，８ｂを形成した基板をアニールすることで、金属膜７ａのバリアメタル６に対する密着性を良くするとともに、無電解めっきによって形成した第１の金属膜７ａと電解めっきによって形成した金属膜８ｂを再結晶させて、電気抵抗率を更に低下させることができる。
【００４１】
なお、上記の例では、埋込み配線の材料（金属膜）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、銀合金、金または金合金等を使用することができる。また、無電解めっきでシード層としての役割を果たす第１の金属膜７ａを形成した例を示しているが、この金属膜７ａをＣＶＤによって形成してもよい。
【００４２】
ベベル・裏面洗浄装置１６は、エッジ（ベベル）銅エッチングと裏面洗浄が同時に行える。図８に、ベベル・裏面洗浄装置１６の概略図を示す。図８に示すように、ベベル・裏面洗浄装置１６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、この基板保持部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、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。
【００４３】
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内の銅膜を除去することができる。
【００４４】
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を介して基板を基板保持部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。
【００４５】
これにより、半導体基板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膜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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。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。
【００４８】
図９は、無電解めっき装置１４，２２の一例を示す。図９に示すように、この無電解めっき装置１４，２２は、被めっき部材である半導体基板Ｗをその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でその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上に保持し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。
【００４９】
保持手段９１１は、その上面に半導体基板Ｗを載置して保持する基板載置部９１３を設けている。この基板載置部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おり、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設置している。一方、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、図示しない昇降手段によって上下動できるように構成されている。
【００５０】
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を設け、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。
【００５１】
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いて、そ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。
次に、この無電解めっき装置１４，２２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。このとき半導体基板Ｗの表面は開放された状態となっている。
【００５２】
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℃にし（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、注入し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。なお被めっき面上に保持するめっき液の深さは１０ｍｍ以下であれば良く、この例のように１ｍｍでも良い。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。そしてこの例においては、半導体基板Ｗの温度を７０℃に、めっき液の温度を５０℃に加熱しているので、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。このように半導体基板Ｗ自体を加熱するように構成すれば、加熱するのに大きな消費電力の必要なめっき液の温度をそれほど高く昇温しなくても良いので、消費電力の低減化やめっき液の材質変化の防止が図れ、好適である。なお半導体基板Ｗ自体の加熱のための消費電力は小さくて良く、また半導体基板Ｗ上に溜めるめっき液の量は少ないので、裏面ヒータ９１５による半導体基板Ｗの保温は容易に行え、裏面ヒータ９１５の容量は小さくて良く装置のコンパクト化を図ることができる。また半導体基板Ｗ自体を直接冷却する手段を用いれば、めっき中に加熱・冷却を切替えてめっき条件を変化させることも可能である。半導体基板上に保持されているめっき液は少量なので、感度良く温度制御が行える。
【００５３】
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１ｓｅｃ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し、その後静止させて、例えば図５に示すシード層としての役割を果たす金属膜７ａを形成するのであれば、３０秒間無電解めっきを行わせる。なお瞬時回転時間は長くても１０ｓｅｃ以下とする。
【００５４】
上記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。このとき半導体基板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から離し、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。このときノズル９５３から噴射される洗浄液を堰部材９３１にも当てることで堰部材９３１の洗浄を同時に行っても良い。このときのめっき廃液は、回収容器９６１に回収され、廃棄される。
【００５５】
なお、一度使用しためっき液は再利用せず、使い捨てとする。前述のようにこの装置において使用されるめっき液の量は従来に比べて非常に少なくできるので、再利用しなくても廃棄するめっき液の量は少ない。なお場合によってはめっき液回収ノズル９６５を設置しないで、使用後のめっき液も洗浄液と共にめっき廃液として回収容器９６１に回収しても良い。
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、保持手段９１１から取出す。
【００５６】
図１０は、無電解めっき装置１４，２２の他の例を示す。図１０において、前記の例と相違する点は、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（加熱手段）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。即ち、例えば複数の半径の異なるリング状のランプヒータ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。なおランプヒータ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、さらにそれ以外の各種構造・配置のランプヒータで構成しても良い。
【００５７】
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、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の場合、半導体基板Ｗとめっき液の他に、その周囲の空気をも加熱するので半導体基板Ｗの保温効果もある。
【００５８】
なおランプヒータ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が必要になるので、その代わりに比較的小さい消費電力のランプヒータ９１７と前記図９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。また前述の実施例と同様に、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。
【００５９】
図１１及び図１２は、アニール装置１８を示す。このアニール装置１８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の内部に位置して、半導体基板Ｗを、例えば４５０℃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。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。更に、アニール時に半導体基板Ｗとホットプレート１００８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。
【００６０】
ガス導入管１０１０は、内部にフィルタ１０１４ａを有するＮ２ガス導入路１０１６内を流れるＮ２ガスと、内部にフィルタ１０１４ｂを有するＨ２ガス導入路１０１８内を流れるＨ２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。
【００６１】
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３５０〜５００℃、好ましくは４５０℃前後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から排気する。これによって、酸化を防止した水素ガス雰囲気（還元雰囲気）で半導体基板Ｗをアニールし、このアニールを、例えば３〜３０分、好ましくは５〜１０分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。
【００６２】
アニール終了後、昇降ピン１００８を該昇降ピン１００８で保持した半導体基板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、半導体基板を冷却し、この冷却終了後の半導体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、Ｎ２ガスと数％（例えば３％）のＨ２ガスを混合した混合ガスを流すようにしているが、Ｎ２ガスのみを流すようにしてもよい。
【００６３】
図１３乃至図２１は、電解めっき装置３０の一例を示す。この電解めっき装置３０は、図１３に示すように、略円筒状で内部にめっき液４５を収容するめっき処理槽４６と、このめっき処理槽４６の上方に配置されて基板Ｗを保持するヘッド部４７とから主に構成されている。なお、図１３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。
【００６４】
前記めっき処理槽４６には、上方に開放し、アノード４８を底部に配置しためっき室４９を有し、このめっき室４９内にめっき液４５を保有するめっき槽５０が備えられている。前記めっき槽５０の内周壁には、めっき室４９の中心に向かって水平に突出するめっき液噴出ノズル５３が円周方向に沿って等間隔で配置され、このめっき液噴出ノズル５３は、めっき槽５０の内部を上下に延びるめっき液供給路に連通している。
【００６５】
更に、この例では、めっき室４９内のアノード４８の上方位置に、例えば３ｍｍ程度の多数の穴を設けたパンチプレート２２０が配置され、これによって、アノード４８の表面に形成されたブラックフィルムがめっき液４５によって巻き上げられ、流れ出すことを防止するようになっている。
また、めっき槽５０には、めっき室４９内のめっき液４５を該めっき室４９の底部周縁から引抜く第１めっき液排出口５７と、めっき槽５０の上端部に設けた堰部材５８をオーバフローしためっき液４５を排出する第２めっき液排出口５９と、この堰部材５８をオーバフローする前のめっき液４５を排出する第３めっき液排出口１２０が設けられ、更に、堰部材５８の下部には、図１９に示すように、所定間隔毎に所定幅の開口２２２が設けられている。
【００６６】
これによって、めっき処理時にあって、供給めっき量が大きい時には、めっき液を第３めっき液排出口１２０から外部に排出する共に、図１９（ａ）に示すように、堰部材５８をオーバフローさせ、更に開口２２２を通過させて第２めっき液排出口５９からも外部に排出する。また、めっき処理時にあって、供給めっき量が小さい時には、めっき液を第３めっき液排出口１２０から外部に排出すると共に、図１９（ｂ）に示すように、開口２２２を通過させて第２めっき液排出口５９からも外部に排出し、これによって、めっき量の大小に容易に対処できるようになっている。
【００６７】
更に、図１９（ｄ）に示すように、めっき液噴出ノズル５３の上方に位置して、めっき室４９と第２めっき液排出口５９とを連通する液面制御用の貫通孔２２４が円周方向に沿った所定のピッチで設けられ、これによって、非めっき時にめっき液を貫通孔２２４を通過させ第２めっき液排出口５９から外部に排出することで、めっき液の液面を制御するようになっている。なお、この貫通孔２２４は、めっき処理時にオリフィスの如き役割を果たして、ここから流れ出すめっき液の量が制限される。
【００６８】
図１４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。
【００６９】
このリザーバ２２６に入っためっき液４５は、リザーバ２２６からポンプ２２８によりめっき液調整タンク４０に入る。このめっき液調整タンク４０には、温度コントローラ２３０や、サンプル液を取出して分析するめっき液分析ユニット２３２が付設されており、単一のポンプ２３４の駆動に伴って、めっき液調整タンク４０からフィルタ２３６を通して、めっき液４５が電解めっき装置３０のめっき液噴出ノズル５３に供給されるようになっている。このめっき液調整タンク４０から電解めっき装置３０に延びるめっき液供給管５５の途中に、二次側の圧力を一定にする制御弁５６が備えられている。
【００７０】
図１３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が該水平整流リング６３の外周端をめっき槽５０に固着して配置されている。
【００７１】
一方、ヘッド部４７には、回転自在な下方に開口した有底円筒状で周壁に開口９４を有するハウジング７０と、下端に押圧リング２４０を取付けた上下動自在な押圧ロッド２４２が備えられている。ハウジング７０の下端には、図１７及び図１８に示すように、内方に突出するリング状の基板保持部７２が設けられ、この基板保持部７２に、内方に突出し、上面の先端が上方に尖塔状に突出するリング状のシール材２４４が取付けられている。更に、このシール材２４４の上方にカソード電極用接点７６が配置されている。また、基板保持部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。
【００７２】
これによって、図１３に示すように、めっき液４５の液面を下げた状態で、図１７及び図１８に示すように、基板Ｗを吸着ハンドＨ等で保持してハウジング７０の内部に入れて基板保持部７２のシール材２４４の上面に載置し、吸着ハンドＨをハウジング７０から引抜いた後、押圧リング２４０を下降させる。これにより、基板Ｗの周縁部をシール材２４４と押圧リング２４０の下面で挟持して基板Ｗを保持し、しかも基板Ｗを保持した時に基板Ｗの下面とシール材２４４が圧接して、ここを確実にシールし、同時に、基板Ｗとカソード電極用接点７６とが通電するようになっている。
【００７３】
図１３に戻って、ハウジング７０は、モータ２４６の出力軸２４８に連結されて、モータ２４６の駆動によって回転するように構成されている。また、押圧ロッド２４２は、モータ２４６を囲繞する支持体２５０に固着したガイド付きシリンダ２５２の作動によって上下動するスライダ２５４の下端にベアリング２５６を介して回転自在に支承したリング状の支持枠２５８の円周方向に沿った所定位置に垂設され、これによって、シリンダ２５２の作動によって上下動し、しかも基板Ｗを保持した時にハウジング７０と一体に回転するようになっている。
【００７４】
支持体２５０は、モータ２６０の駆動に伴って回転するボールねじ２６１と螺合して上下動するスライドベース２６２に取付けられ、更に上部ハウジング２６４で囲繞されて、モータ２６０の駆動に伴って、上部ハウジング２６４と共に上下動するようになっている。また、めっき槽５０の上面には、めっき処理時にハウジング７０の周囲を囲繞する下部ハウジング２５７が取付けられている。
【００７５】
これによって、図１６に示すように、支持体２５０と上部ハウジング２６４とを上昇させた状態で、メンテナンスを行うことができるようになっている。また、堰部材５８の内周面にはめっき液の結晶が付着し易いが、このように、支持体２５０と上部ハウジング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をオーバフローさせることで、堰部材５８の内周面へのめっき液の結晶の付着を防止することができる。また、めっき槽５０には、めっき処理時にオーバ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が、このめっき液飛散防止カバー５０ｂの下面に、例えばＨＩＲＥＣ（ＮＴＴアドバンステクノロジ社製）等の超撥水材をコーティングすることで、ここにめっき液の結晶が付着することを防止することができる。
【００７６】
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２０は、この基板芯出し機構２７０の詳細を示すもので、これは、ハウジング７０に固定した門形のブラケット２７２と、このブラケット２７２内に配置した位置決めブロック２７４とを有し、この位置決めブロック２７４は、その上部において、ブラケット２７２に水平方向に固定した枢軸２７６を介して揺動自在に支承され、更にハウジング７０と位置決めブロック２７４との間に圧縮コイルばね２７８が介装されている。これによって、位置決めブロック２７４は、圧縮コイルばね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、その上面２７４ａがストッパとしての役割を果たしブラケット２７２の上部下面２７２ａに当接することで、位置決めブロック２７４の動きが規制されるようになっている。更に、位置決めブロック２７４の内面は、上方に向けて外方に拡がるテーパ面２７４ｂとなっている。
【００７７】
これによって、例えば搬送ロボット等の吸着ハンドで基板を保持しハウジング７０内に搬送して基板保持部７２の上に載置した際、基板の中心が基板保持部７２の中心からずれていると圧縮コイルばね２７８の弾性力に抗して位置決めブロック２７４が外方に回動し、搬送ロボット等の吸着ハンドによる把持を解くと、圧縮コイルばね２７８の弾性力で位置決めブロック２７４が元の位置に復帰することで、基板の芯出しを行うことができるようになっている。
【００７８】
図２１は、カソード電極用接点７６のカソード電極板２０８に給電する給電接点（プローブ）７７を示すもので、この給電接点７７は、プランジャで構成されているとともに、カソード電極板２０８に達する円筒状の保護体２８０で包囲されて、めっき液から保護されている。
【００７９】
次に、この電解めっき装置３０によるめっき処理について説明する。
先ず、電解めっき装置３０に基板を受渡す時には、図１７に示す搬送ロボット６８の吸着ハンドと該ハンドで表面を下に向けて吸着保持した基板Ｗを、ハウジング７０の開口９４からこの内部に挿入し、吸着ハンドを下方に移動させた後、真空吸着を解除して、基板Ｗをハウジング７０の基板保持部７２上に載置し、しかる後、吸着ハンドを上昇させてハウジング７０から引抜く。次に、押圧リング２４０を下降させて、基板Ｗの周縁部を基板保持部７２と押圧リング２４０の下面で挟持して基板Ｗを保持する。
【００８０】
そして、めっき液噴出ノズル５３からめっき液４５を噴出させ、同時にハウジング７０とそれに保持された基板Ｗを中速で回転させ、めっき液４５が所定の量まで充たされ、更に数秒経過した時に、ハウジング７０の回転速度を低速回転（例えば、１００ｍｉｎ−１）に低下させ、アノード４８を陽極、基板処理面を陰極としてめっき電流を流して電解めっきを行う。
【００８１】
通電を終了した後、図１９（ｄ）に示すように、めっき液噴出ノズル５３の上方に位置する液面制御用の貫通孔２２４のみからめっき液が外部に流出するようにめっき液の供給量を減少させ、これにより、ハウジング７０及びそれに保持された基板をめっき液面上に露出させる。このハウジング７０とそれに保持された基板Ｗが液面より上にある位置で、高速（例えば、５００〜８００ｍｉｎ−１）で回転させてめっき液を遠心力により液切りする。液切りが終了した後、ハウジング７０が所定の方向に向くようにしてハウジング７０の回転を停止させる。
【００８２】
ハウジング７０が完全に停止した後、押圧リング２４０を上昇させる。次に、搬送ロボットの吸着ハンドを吸着面を下に向けて、ハウジング７０の開口９４からこの内部に挿入し、吸着ハンドが基板を吸着できる位置にまで吸着ハンドを下降させる。そして、基板を吸着ハンドにより真空吸着し、吸着ハンドをハウジング７０の開口９４の上部の位置にまで移動させて、ハウジング７０の開口９４から吸着ハンドとそれに保持した基板を取出す。
【００８３】
この電解めっき装置３０によれば、ヘッド部４７の機構的な簡素化及びコンパクト化を図り、かつめっき処理槽４６内のめっき液の液面がめっき時液面にある時にめっき処置を、基板受渡し時液面にある時に基板の水切りと受渡しを行い、しかもアノード４８の表面に生成されたブラックフィルムの乾燥や酸化を防止することができる。
【００８４】
図２２乃至図２７は、電解めっき装置３０の他の例を示す。この電解めっき装置３０には、図２２に示すように、めっき処理及びその付帯処理を行う基板処理部２−１が設けられ、この基板処理部２−１に隣接して、めっき液を溜めるめっき液トレー２−２が配置されている。また、回転軸２−３を中心に揺動するアーム２−４の先端に保持され、基板処理部２−１とめっき液トレー２−２との間を揺動する電極部２−５を有する電極アーム部２−６が備えられている。
【００８５】
更に、基板処理部２−１の側方に位置して、プレコート・回収アーム２−７と、純水やイオン水等の薬液、更には気体等を基板に向けて噴射する固定ノズル２−８が配置されている。ここでは、３個の固定ノズル２−８が配置され、その内の１個を純水供給用に用いている。基板処理部２−１は、図２３及び図２４に示すように、めっき面を上にして基板Ｗを保持する基板保持部２−９と、この基板保持部２−９の上方で該基板保持部２−９の周縁部を囲むように配置されたカソード部２−１０が備えられている。更に基板保持部２−９の周囲を囲んで処理中に用いる各種薬液の飛散を防止する有底略円筒状のカップ２−１１が、エアシリンダ２−１２を介して上下動自在に配置されている。
【００８６】
ここで、基板保持部２−９は、エアシリンダ２−１２によって、下方の基板受け渡し位置Ａと、上方のめっき位置Ｂと、これらの中間の前処理・洗浄位置Ｃとの間を昇降するようになっている。また基板保持部２−９は、回転モータ２−１４及びベルト２−１５を介して任意の加速度及び速度で前記カソード部２−１０と一体に回転するように構成されている。この基板受け渡し位置Ａに対向して、電解めっき装置のフレーム側面の搬送ロボット（図示せず）側には、基板搬出入口（図示せず）が設けられ、基板保持部２−９がめっき位置Ｂまで上昇したときに、基板保持部２−９で保持された基板Ｗの周縁部に下記のカソード部２−１０のシール部材２−１６とカソード電極２−１７が当接するようになっている。一方、カップ２−１１は、その上端が前記基板搬出入口の下方に位置し、図２４の仮想線で示すように、上昇したときにカソード部２−１０の上方に達するようになっている。
【００８７】
基板保持部２−９がめっき位置Ｂまで上昇した時に、この基板保持部２−９で保持した基板Ｗの周縁部にカソード電極２−１７が押し付けられ基板Ｗに通電される。これと同時にシール部材２−１６の内周端部が基板Ｗの周縁上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板Ｗの上面に供給されるめっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止すると共に、めっき液がカソード電極２−１７を汚染するのを防止している。
【００８８】
電極アーム部２−６の電極部２−５は、図２５に示すように、揺動アーム２−４の自由端に、ハウジング２−１８と、このハウジング２−１８の周囲を囲む中空の支持枠２−１９と、ハウジング２−１８と支持枠２−１９で周縁部を挟持して固定したアノード２−２０とを有している。アノード２−２０は、ハウジング２−１８の開口部を覆っており、ハウジング２−１８の内部には、吸引室２−２１が形成されている。そして吸引室２−２１には、図２６及び図２７に示すように、めっき液を導入排出するめっき液導入管２−２８及びめっき液排出管（図示せず）が接続されている。さらにアノード２−２０には、その全面に亘って上下に連通する多数の通孔２−２０ｂが設けられている。
【００８９】
この例にあっては、アノード２−２０の下面に該アノード２−２０の全面を覆う保水性材料からなるめっき液含浸材２−２２を取付け、このめっき液含浸材２−２２にめっき液を含ませて、アノード２−２０の表面を湿潤させることで、ブラックフィルムの基板のめっき面への脱落を防止し、同時に基板のめっき面とアノード２−２０との間にめっき液を注入する際に、空気を外部に抜きやすくしている。このめっき液含浸材２−２２は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、テフロン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン及びこれらの誘導体の少なくとも１つの材料からなる織布、不織布またはスポンジ状の構造体、あるいはポーラスセラミックスからなる。
【００９０】
めっき液含浸材２−２２のアノード２−２０への取付けは、次のように行っている。即ち、下端に頭部を有する多数の固定ピン２−２５を、この頭部をめっき液含浸材２−２２の内部に上方に脱出不能に収納し軸部をアノード２−２０の内部を貫通させて配置し、この固定ピン２−２５をＵ字状の板ばね２−２６を介して上方に付勢させることで、アノード２−２０の下面にめっき液含浸材２−２２を板ばね２−２６の弾性力を介して密着させて取付けている。このように構成することにより、めっきの進行に伴って、アノード２−２０の肉厚が徐々に薄くなっても、アノード２−２０の下面にめっき液含浸材２−２２を確実に密着させることができる。したがって、アノード２−２０の下面とめっき液含浸材２−２２との間に空気が混入してめっき不良の原因となることが防止される。
【００９１】
なお、アノードの上面側から、例えば径が２ｍｍ程度の円柱状のＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製のピンをアノードを貫通させて配置し、アノード下面に現れた該ピンの先端面に接着剤を付けてめっき液含浸材と接着固定するようにしても良い。アノードとめっき液含浸材は、接触させて使用することもできるが、アノードとめっき液含浸材との間に隙間を設け、この隙間にめっき液を保持させた状態でめっき処理することもできる。この隙間は２０ｍｍ以下の範囲から選ばれるが、好ましくは０．１〜１０ｍｍ、より好ましくは１〜７ｍｍの範囲から選ばれる。特に、溶解性アノードを用いた場合には、下からアノードが溶解していくので、アノードとめっき液含浸材の間隙は時間を経るにつれて大きくなり、０〜２０ｍｍ程度の隙間ができる。
【００９２】
そして、前記電極部２−５は、基板保持部２−９がめっき位置Ｂ（図２４参照）にある時に、基板保持部２−９で保持された基板Ｗとめっき液含浸材２−２２との隙間が、０．１〜１０ｍｍ程度、好ましくは０．３〜３ｍｍ、より好ましくは０．５〜１ｍｍ程度となるまで下降し、この状態で、めっき液供給管からめっき液を供給して、めっき液含浸材２−２２にめっき液を含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード２−２０との間にめっき液を満たし、基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード２−２０との間にめっき電源から電圧を印加することで、基板Ｗの被めっき面にめっきが施される。
【００９３】
次に、この電解めっき装置３０によるめっき処理について説明する。
先ず、基板受け渡し位置Ａにある基板保持部２−９にめっき処理前の基板Ｗを搬送ロボット６８（図２４参照）で搬入し、基板保持部２−９上に載置する。次にカップ２−１１を上昇させ、同時に基板保持部２−９を前処理・洗浄位置Ｃに上昇させる。この状態で退避位置にあったプレコート・回収アーム２−７を基板Ｗの対峙位置へ移動させ、その先端に設けたプレコートノズルから、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板Ｗの被めっき面に間欠的に吐出する。この時、基板保持部２−９は回転しているため、プレコート液は基板Ｗの全面に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム２−７を退避位置に戻し、基板保持部２−９の回転速度を増して、遠心力により基板Ｗの被めっき面のプレコート液を振り切って乾燥させる。
【００９４】
続いて、電極アーム部２−６を水平方向に旋回させ、電極部２−５がめっき液トレー２−２上方からめっきを施す位置の上方に位置させ、この位置で電極２−５をカソード部２−１０に向かって下降させる。電極部２−５の下降が完了した時点で、アノード２−２０とカソード部２−１０にめっき電圧を印加し、めっき液を電極部２−５の内部に供給して、アノード２−２０を貫通しためっき液供給口よりめっき液含浸材２−２２にめっき液を供給する。この時、めっき液含浸材２−２２は基板Ｗの被めっき面に接触せず、０．１〜１０ｍｍ程度、好ましくは０．３〜３ｍｍ、より好ましくは０．５〜１ｍｍ程度に接近した状態となっている。
【００９５】
めっき液の供給が続くと、めっき液含浸材２−２２から染み出したＣｕイオンを含んだめっき液が、めっき液含浸材２−２２と基板Ｗの被めっき面との間の隙間に満たされ、基板Ｗの被めっき面にＣｕめっきが施される。この時、基板保持部２−９を低速で回転させても良い。
【００９６】
めっき処理が完了すると、電極アーム部２−６を上昇させた後に旋回させて、電極部２−５をめっき液トレー２−２上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、プレコート・回収アーム２−７を退避位置から基板Ｗに対峙する位置へ移動させて下降させ、めっき液回収ノズル（図示せず）から基板Ｗ上のめっき液の残部を回収する。このめっき液の残部の回収が終了した後、プレコート・回収アーム２−７を待避位置に戻し、基板Ｗの中央部に純水を吐出し、同時に基板保持部２−９をスピードを増して回転させ基板Ｗの表面のめっき液を純水に置換する。
【００９７】
上記リンス終了後、基板保持部２−９をめっき位置Ｂから前処理・洗浄位置Ｃへ下降させ、純水用の固定ノズル２−８から純水を供給しつつ基板保持部２−９及びカソード部２−１０を回転させて水洗を実施する。この時、カソード部２−１０に直接供給した純水、又は基板Ｗの面から飛散した純水によってシール部材２−１６、カソード電極２−１７も基板Ｗと同時に洗浄することができる。
【００９８】
水洗完了後に、固定ノズル２−８からの純水の供給を停止し、更に基板保持部２−９及びカソード部２−１０の回転スピードを増して、遠心力により基板Ｗの表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シール部材２−１６及びカソード電極２−１７も乾燥される。上記乾燥が終了すると基板保持部２−９及びカソード部２−１０の回転を停止させ、基板保持部２−９を基板受渡し位置Ａまで下降させる。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、例えアスペクト比の高いコンタクトホールやピアホール等を有する微細配線構造であっても、例えばＣＶＤやスパッタリングによって、バリアメタルの表面にシード層を形成することなく、一般に埋込み性の良好な無電解めっきによって凹部内に直接金属膜を埋込むことで、埋込み配線を安価な湿式めっきで歩留り良く形成することができる。しかも、無電解めっきで第１の金属膜（シード層）を形成し、その後埋め込みを行うようにすることで、凹部のアスペクト比を高めることなく、しかも例えばユニット化した電解めっき装置等で連続した処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の配線形成装置の平面配置図である。
【図２】図１に示す配線形成装置で銅埋込み配線を形成する配線形成例を工程順に示す図である。
【図３】図１に示す配線形成装置で銅埋込み配線を形成する配線形成例を工程順に示すブロック図である。
【図４】本発明の他の実施の形態の配線形成装置の平面配置図である。
【図５】図４に示す配線形成装置で銅埋め込み配線を形成する際の無電解めっきで金属膜を形成した状態を示す図である。
【図６】図４に示す配線形成装置で銅埋込み配線を形成する配線形成例を工程順に示すブロック図である。
【図７】半導体基板の表面に銅埋め込み配線を形成する従来の配線形成例を工程順に示す図である。
【図８】ベベル・裏面洗浄装置の一例を示す概要図である。
【図９】無電解めっき装置の一例を示す概要図である。
【図１０】無電解めっき装置の他の例を示す概要図である。
【図１１】アニール装置の一例を示す縦断正面図である。
【図１２】図１１の平断面図である。
【図１３】電解めっき装置の一例のめっき処理時における全体を示す断面図である。
【図１４】同じく、めっき液の流れの状態を示すめっき液フロー図である。
【図１５】同じく、非めっき時（基板受渡し時）における全体を示す断面図である。
【図１６】同じく、メンテナンス時における全体を示す断面図である。
【図１７】同じく、基板の受渡し時におけるハウジング、押圧リング及び基板の関係の説明に付する断面図である。
【図１８】同じく、図１７の一部拡大図である。
【図１９】同じく、めっき処理時及び非めっき時におけるめっき液の流れの説明に付する図である。
【図２０】同じく、芯出し機構の拡大断面図である。
【図２１】同じく、給電接点（プローブ）を示す断面図である。
【図２２】電解めっき装置の他の例を示す平面図である。
【図２３】同じく、図２２のＡ−Ａ線断面図である。
【図２４】同じく、基板保持部及びカソード部の断面図である。
【図２５】同じく、電極アーム部の断面図である。
【図２６】同じく、電極アーム部のハウジングを除いた平面図である。
【図２７】同じく、アノードとめっき液含浸材を示す概略図である。
【符号の説明】
２ 絶縁膜
３ コンタクトホール
４ 配線溝
５ 凹部
６ バリアメタル
７ａ 金属膜
８ａ，８ｂ 金属膜
９ 保護膜
１０ ロード・アンロード部
１２ 触媒付与装置
１４，２２ 無電解めっき装置
１６ ベベル・裏面洗浄装置
１８ アニール装置
２０ ＣＭＰ装置
２４，２８ 洗浄装置
２６ 搬送ロボット
３０ 電解めっき装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線形成方法に関し、特に半導体基板等の基板の表面に設けた配線用の微細な凹部に銅（Ｃｕ）等の導電性金属を埋込んで配線を形成する配線形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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は、アルミニウムまたはアルミニウム合金が一般に用いられているが、近年、銅を用いる動きが顕著となっている。これは、銅の電気抵抗率は、１．７２μΩｃｍとアルミニウムの電気抵抗率より４０％近く低いので、信号遅延現象に対して有利となるばかりでなく、銅のエレクトロマイグレーション耐性が現用のアルミニウムより遙かに高く、しかもアルミニウムの場合よりもデュアルダマシンプロセスを採用し易いので、複雑で微細な多層配線構造を相対的に安価に製造できる可能性が高い等の理由による。
【０００３】
ここで、デュアルダマシン法によって配線溝とビアホールに同時に銅等の金属を埋込む方法としては、▲１▼ＣＶＤ、▲２▼スパッタリング、▲３▼めっきの３つの手法がある。これらの手法のうち、めっき法は、微細な凹部内への埋込み性が比較的良く、相対的に容易で安価なプロセスによって導電性の良い線路形成を可能とする傾向が強いので、少なくとも０．１８μｍのデザインルール世代でこれを半導体量産ラインに組み込むことは常識化しつつある。
【０００４】
図７は、半導体基板の表面に銅めっきを施して、銅からなる埋込み配線を有する半導体装置を得るのに使用される配線形成方法の基本工程を工程順に示す。即ち、図７（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ＳｉＯ２やｌｏｗ−ｋ材等からなる絶縁膜２を堆積し、この絶縁膜２の内部にリソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用溝４とからなる微細な凹部５を形成し、その上にＴａＮ等からなる拡散抑制用のバリアメタル６を形成する。
そして、図７（ｂ）に示すように、半導体基板Ｗに形成したバリアメタル６の表面に、例えばスパッタリングやＣＶＤで給電層となる銅等からなるシード層７を形成する。
【０００５】
次に、図７（ｃ）に示すように、半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことによって、半導体基材１の凹部（ホール）５内に銅膜８を充填するとともに、バリアメタル６上に銅膜８を堆積する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅膜８、シード層７及びバリアメタル６を除去して、凹部５の内部に充填した銅膜８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７（ｄ）に示すように銅膜８からなる埋込み配線を形成する。
【０００６】
ここに、半導体基板Ｗの表面に設けた微細な凹部５の内部に、例えば電解めっき法で銅膜８を埋込む場合に、銅めっきに先だって、バリアメタル６の表面にシード層７を形成する主たる目的は、シード層７の表面を電気的カソードとしてめっき液中の金属イオンを還元し、金属固体として析出するために十分な電流を供給することにある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
配線の高密度化に伴って埋込み配線が微細化し、コンタクトホールおよびビアホールのアスペクト比が高くなる傾向にある。このため、高アスペスト比の微細な凹部（ホール）の内部に、電解めっきを使用したデュアルダマシン法で銅等を埋込もうとすると、凹部の内部にめっき液が流入しにくく、めっき効率が悪いばかりでなく、凹部の開口部縁部に近い箇所でのめっき成長により、めっき金属が凹部の開口部を閉ざしてしまい、最終的に空孔（ボイド）ができやすい等の問題があった。
【０００８】
更に、バリアメタルの表面にスパッタリングでシード層を形成しようとすると、配線の微細化に伴って、凹部内部を含む基板の表面の全面に亘って均一な膜厚のシード層を形成することが徐々に困難となるばかりでなく、このシード層の存在で凹部の幅が更に狭くなって、この凹部の実質的なアスペスト比が更に大きくなり、このため、凹部の内部へのめっき液の流入が更に困難となって、めっき効率の低下やボイドの生成といった問題が一層大きくなってしまう。
また、ＣＶＤでシード層を形成しようとすると、凹部の幅を狭くして、アスペクト比を大きくしてしまう問題は解決されるが、超高真空系の装置が必要とされるため、装置費用が高価になり、更に次工程の埋め込み用のめっき装置とのユニット化が困難であるため、装置全体が大きくなるという欠点がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、例え高アスペスト比な凹部であっても、この凹部内に欠陥のない健全な導電性金属からなる埋込み配線を形成できるようにした配線形成方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板の表面に設けた微細な凹部に湿式めっきにより導電性金属を埋込んで配線を形成するにあたり、基板の表面に形成したバリアメタルの表面に、無電解めっきのためのパラジウム触媒を、核密度が１００個／μｍ ２ 〜１０００００個／μｍ ２ となるように付与し、この触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解めっきにより金属膜を形成し、この金属膜を形成した基板をアニールすることを特徴とする配線形成方法である。
請求項２に記載の発明は、基板の表面に設けた微細な凹部に湿式めっきにより導電性金属を埋込んで配線を形成するにあたり、基板の表面に形成したバリアメタルの表面に、無電解めっきのための銀触媒を、核密度が１００個／μｍ ２ 〜１０００００個／μｍ ２ となるように付与し、この触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解めっきにより金属膜を形成し、この金属膜を形成した基板をアニールすることを特徴とする配線形成方法である。
【００１１】
これにより、例えばＣＶＤやスパッタリングによって、バリアメタルの表面にシード層を形成することなく、埋込み性が一般に良好で比較的安価な無電解めっきによって凹部内に直接金属膜を埋込むことで、凹部内に欠陥のない健全な導電性材料からなる埋込み配線を形成することができる。しかも、金属膜を形成した基板をアニールすることで、バリアメタルと金属膜との界面におけるバリアメタルの金属成分と金属膜の金属成分との間に接合層を形成して、金属膜のバリアメタルに対する密着性を良くすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、基板の表面に設けた微細な凹部に湿式めっきにより導電性金属を埋込んで配線を形成するにあたり、基板の表面に形成したバリアメタルの表面に、無電解めっきのためのパラジウム触媒を、核密度が１００個／μｍ ２ 〜１０００００個／μｍ ２ となるように付与し、この触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解めっきにより第１の金属膜を形成し、この第１の金属膜の表面に電解めっきにより第２の金属膜を形成し、この第１及び第２の金属膜を形成した基板をアニールすることを特徴とする配線形成方法である。
請求項４に記載の発明は、基板の表面に設けた微細な凹部に湿式めっきにより導電性金属を埋込んで配線を形成するにあたり、基板の表面に形成したバリアメタルの表面に、無電解めっきのための銀触媒を、核密度が１００個／μｍ ２ 〜１０００００個／μｍ ２ となるように付与し、この触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解めっきにより第１の金属膜を形成し、この第１の金属膜の表面に電解めっきにより第２の金属膜を形成し、この第１及び第２の金属膜を形成した基板をアニールすることを特徴とする配線形成方法である。
【００１３】
これにより、例えばＣＶＤやスパッタリングによることなく、一般に埋込み性の良好で比較的安価な無電解めっきによって、バリアメタルの表面にシード層としての役割を果たす第１の金属膜を形成し、この金属膜を使用した電解めっきによって凹部内に金属膜を埋込むことで、凹部内に欠陥のない健全な導電性材料からなる埋込み配線を形成することができる。つまり、無電解めっきは、一様にめっき対象物が濡れていれば、等速度に反応が起こるため、均一の膜（第１の金属膜）を形成することができ、スパッタリングのように凹部のアスペクト比を高めるおそれがない。また、スパッタリング、ＣＶＤはともに超高真空系の装置を要するため、装置全体が高価で大きくなり、次工程の埋め込み用めっき装置とのユニット化が困難であるが、無電解めっきは大気圧下で行えるため、安価であり、次工程に埋め込み用めっき装置を用いる場合でも、同じウェットプロセスなのでユニット化が容易である。しかも、金属膜を形成した基板をアニールすることで、金属膜のバリアメタルに対する密着性を良くするとともに、無電解めっきによって形成した第１の金属膜と電解めっきによって形成した金属膜を再結晶させて、電気抵抗率を更に低下させることができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記第１の金属膜は、膜厚が０．１ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項３または４記載の配線形成方法である。このように、第１の金属膜の膜厚を０．１ｎｍ〜１００ｎｍに設定することで、この金属膜がストレスで剥がれ易くなることを防止することができる。この金属膜の膜厚は、１〜５０ｎｍであることが好ましく、５ｎｍ〜２０ｎｍであることが更に好ましい。
なお、例えば、Ｔｉ，ＴａまたはＷを金属成分としたバリアメタルの表面にパラジウム触媒を付与することで、このパラジウム触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解銅めっきによる銅膜等のめっき膜を安定的に成長させることができる。
【００１５】
また、例えば、Ｔｉ，ＴａまたはＷを金属成分としたバリアメタルの表面に銀触媒を付与することで、この銀触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解銅めっきによる銅膜等のめっき膜を安定的に成長させることができる。しかも、基板にアニールを行って、触媒である銀を銅膜等の金属膜の内部に拡散させることで、エレクトロンマイグレーション耐性を更に向上させることができる。
【００１６】
無電解めっきは、触媒核を反応の起点とするので、均一な連続膜を得るためには充分な核密度が必要となるが、触媒の核密度を１００個／μｍ２〜１０００００個／μｍ２に設定することで、この要請に応えることができる。
請求項６に記載の発明は、前記基板のアニールを還元雰囲気下で行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の配線形成方法である。例えば、Ｔａを金属成分としたバリアメタルにあっては、空気に触れた直後に、表面に自然酸化膜（ＴａｘＯｙ）が形成され、この自然酸化膜が電気抵抗率の増大をもたらすが、アニールを還元雰囲気下で行うことで、このアニールの際にバリアメタル表面の自然酸化膜を容易且つ確実に還元することができる。
【００１７】
前記還元雰囲気は、水素ガス雰囲気であることが望ましい。この水素ガス雰囲気には、水素ガス１００％の雰囲気の他、例えばＮ２ガス等の不活性ガスの中に数％〜数十％の水素ガスを混合した混合ガス雰囲気も含まれる。
請求項７に記載の発明は、前記アニール後の基板の表面を化学機械的研磨し、該化学機械的研磨によって基板の表面に露出した前記金属膜の表面に保護膜を選択的に形成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配線形成方法である。このように、配線を構成する金属膜の表面に保護膜を選択的に形成することで、配線金属の熱拡散や酸化を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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配線形成装置の平面配置図を示す。この配線形成装置は、同一設備内に、内部に複数の基板Ｗを収納する２基のロード・アンロード部１０、基板の表面に形成したバリアメタルや基板の表面に露出した金属膜の表面に無電解のための触媒、例えばＰｄ触媒またはＡｇ触媒を付与する触媒付与装置１２、触媒を付与したバリアメタルの表面に金属膜を形成する第１の無電解めっき装置１４、表面に金属膜を形成した基板の外周部（ベベル）及び裏面に成膜乃至付着した余分な金属膜を除去するベベル・裏面洗浄を行うベベル・裏面洗浄装置１６、金属膜を形成した基板をアニールするアニール装置１８、基板の表面に形成した余分な金属膜を研磨除去して平坦化するＣＭＰ装置２０、研磨によって基板の表面に露出した金属膜の表面に保護膜を選択的に形成する第２の無電解めっき装置（蓋めっき装置）２２、基板の洗浄を行う洗浄装置２４及びこれらの装置の間で基板の受渡しを行う走行自在な搬送ロボット２６を収納して構成されている。
【００２２】
次に、この基板処理装置を使用して、銅からなる埋込み配線を有する半導体装置を形成する一連の配線形成例を図２及び図３を参照して説明する。
先ず、図２（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ＳｉＯ２やｌｏｗ−ｋ材等からなる絶縁膜２を堆積し、この絶縁膜２の内部にリソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４とからなる微細な凹部５を形成し、その上にＴａＮ等からなる拡散抑制用のバリアメタル６を形成した基板Ｗをロード・アンロード部１０に収納する。
【００２３】
そして、この基板Ｗをロード・アンロード部１０から搬送ロボット２６で取出して触媒付与装置１２に搬送し、この触媒付与装置１２で基板Ｗの表面に形成したバリアメタル６の表面に無電解めっきのための触媒を付与する。すなわち、触媒として、Ｐｄ触媒を使用する場合には、基板Ｗの表面のバリアメタル６をＳｎＣｌ２のＨＣｌ溶液に浸漬等により接液させ、水洗後、ＰｄＣｌ２のＨＣｌ溶液に浸漬等により接液させる。これによって、Ｓｎ２＋を基板Ｗの表面に吸着させ、更にＰｄＣｌ２のＨＣｌ溶液に接液させることで、このイオンを酸化させてＳｎ４＋となし、逆にＰｄ２＋を還元させて金属Ｐｄとなして基板Ｗの表面に析出させる。このＳｎＣｌ２の濃度は、一般には、０．０００１ｍｏｌ／Ｌ〜１．０ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは、０．０１〜０．５ｍｏｌ／Ｌで、またＰｄＣｌ２の濃度は、一般には、０．０００１ｍｏｌ／Ｌ〜１．０ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは、０．０１〜０．５ｍｏｌ／Ｌである。更に、ＰｄＣｌ２の濃度の方がＳｎＣｌ２の濃度より高く設定される。また、触媒としてＡｇ触媒を使用する場合は、基板Ｗの表面のバリアメタル６をＡｇＦとＨＦとの混合液に接液させてＡｇを基板Ｗの表面に析出させる。
なお、例えば基板の被処理面にＳｎＣｌ２のＨＣｌ溶液及び／又はＰｄＣｌ２のＨＣｌ溶液等の処理液を滴下して基板を高速回転させる、いわゆるスピンコートによって、処理液を基板処理面の全面に接液させるようにしてもよい。
【００２４】
このように、例えば、Ｔｉ，ＴａまたはＷを金属成分としたバリアメタルの表面にＰｄ触媒またはＡｇ触媒を付与し、しかもＰｄ触媒またはＡｇ触媒の核密度を１００個／μｍ２〜１０００００個／μｍ２とすることで、Ｐｄ触媒またはＡｇ触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解銅めっきによる銅膜を安定的に成長させることができることが確かめられている。これは、無電解めっきは、触媒核を反応の起点とするので、均一な連続膜を得るためには充分な核密度が必要となり、このように、触媒の核密度を１００個／μｍ２〜１０００００個／μｍ２に設定することで、この要請に応えることができるためであると考えられる。
【００２５】
この触媒を付与した基板を洗浄装置２４に搬送して水洗し、必要に応じて乾燥させた後、第１の無電解めっき装置１４に搬送する。そして、ここで、所定の還元剤と所定のめっき液を用いて無電解めっきを行い、これによって、図２（ｂ）に示すように、バリアメタル６の表面に銅膜からなる金属膜８ａを形成し、同時に凹部５の内部に金属膜８ａを埋込む。この場合、固液界面で還元剤の分解によって生じた電子が、バリアメタル６の表面の触媒を経由してＣｕ２＋に与えられ、金属Ｃｕとして触媒上に析出して銅めっき膜（金属膜８ａ）が形成される。このめっき液の組成及びめっき条件は、以下の通りである。
【００２６】
（めっき液組成）
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ １０ ｇ／Ｌ
ＥＤＴＡ・２Ｎａ ２０ ｇ／Ｌ
ＨＣＨＯ（３７％） １０ ｍｌ／Ｌ
ＮａＯＨにてｐＨ１２
（めっき条件）
７０℃，１０ｍｉｎで膜厚１５００ｎｍのめっき膜を成膜
【００２７】
このように、例えばＣＶＤやスパッタリングによって、バリアメタル６の表面にシード層７（図７（ａ）参照）を形成することなく、埋込み性の良好な無電解めっきによって凹部５内に直接金属膜８ａを埋込むことで、凹部５内に欠陥のない健全な金属膜８ａを埋込むことができる。
【００２８】
この表面に金属膜８ａを形成した基板Ｗを水洗し、必要に応じて乾燥させた後、ベベル・裏面洗浄装置１６に搬送し、ここで、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、基板Ｗの裏面に付着した銅をフッ酸等の薬液により洗浄する。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Ｗ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。
【００２９】
このベベル・裏面洗浄後の基板Ｗをアニール装置１８へ搬送し、ここで、例えば、Ｎ２−Ｈ２（３％以下）ガス雰囲気で、一般には２００〜６００℃、好ましくは３５０〜５００℃、更に好ましくは４５０℃前後の温度で、１〜６０分、好ましくは３〜３０分、更に好ましくは５〜１０分間に亘って基板Ｗをアニールする。このように基板Ｗをアニールすることで、バリアメタル６と金属膜８ａとの界面におけるバリアメタル６の金属成分（例えばＴａ）と金属膜８ａの金属成分（例えば銅）との間に接合層を形成して、金属膜８ａのバリアメタル６に対する密着性を良くすることができる。しかも、銀触媒を使用した場合には、触媒である銀を銅膜等の金属膜８ａの内部に拡散させることで、エレクトロンマイグレーション耐性を更に向上させることができる。更に、例えば、Ｔａを金属成分としたバリアメタルにあっては、空気に触れた直後に、表面に自然酸化膜（ＴａｘＯｙ）が形成され、この自然酸化膜が電気抵抗率の増大をもたらすが、アニールを水素ガス等の還元雰囲気下で行うことで、このアニールの際にバリアメタル表面の自然酸化膜（ＴａｘＯｙ）を容易且つ確実に還元することができる。
【００３０】
なお、前記Ｎ２ガスの代わりＡｒガス等の不活性ガスを使用しても良く、またアニール装置として、気密性に優れた、いわゆるファーネス炉を使用することで、アニール装置（ファーネス炉）内を１００％の水素ガス雰囲気にしたり、５％以上、更には数十％の水素ガスを含む混合ガス雰囲気としたりしてもよい。
このアニール後の基板ＷをＣＭＰ装置２０に搬送し、ここで、基板Ｗの表面を化学機械的研磨（ＣＭＰ）して、絶縁膜２上に金属膜８ａ及びバリアメタル６を除去し、これによって、図２（ｃ）に示すように、凹部５の内部に充填した金属膜８ａの表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。
【００３１】
このＣＭＰ処理後の基板Ｗを洗浄装置２４に搬送し水洗し、必要に応じて乾燥させた後、触媒付与装置１２に搬送し、ここで金属膜８ａの表面にＰｄ触媒等の触媒を付与した後、第２の無電解めっき装置（蓋めっき装置）２２に搬送する。そして、ここで、基板Ｗの表面に無電解めっきを行うことで、図２（ｄ）に示すように、露出した金属膜８ａの表面に、例えば無電解めっきによって得られる、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金膜やＣｏ−Ｗ−Ｂ合金膜からなる保護膜９を選択的に形成して金属膜（配線）８ａを保護する。つまり、前述と同様にして、金属膜８ａの表面にＰｄ触媒等の触媒を付与し、しかる後、基板Ｗの表面を、例えば下記の表１に示す組成のＣｏ−Ｗ−Ｐめっき液または表２に示す組成のＣｏ−Ｗ−Ｂめっき液に所定時間接液させる。
【００３２】
【表１】
【００３３】
また、この例では、Ｐｄ触媒等の触媒を付与する触媒付与装置１２と無電解めっき装置１４，２２とを別々に備えた例を示しているが、各無電解めっき装置１４，２２に触媒付与装置としての役割を兼用させ、各無電解めっき装置１４，２２のめっき槽（処理槽）を使用して、触媒の付与と無電解めっき処理を同一の処理槽（めっき槽）で連続して行うようにしても良い。
そして、この蓋めっき後の基板Ｗを洗浄装置２４に搬送して水洗し、必要に応じて乾燥させた後、乾燥の終了した基板Ｗを配線の形成の終了した基板としてロード・アンロード部１０のカセットに戻す。
【００３４】
図４は、本発明の他の実施の形態の配線形成装置を示す。この配線形成装置の図１に示す例と異なる点は、第２の洗浄装置２８と電解めっき装置３０を備えた点である。この配線形成装置で銅からなる埋込み配線を有する半導体装置を形成する際の一連の配線形成例を図５及び図６を参照して説明すると、この配線形成例の図２及び図３に示す例と異なる点は、以下の通りである。
【００３５】
つまり、前述と同様にして、表面に形成したバリアメタル６に無電解めっきのためのＰｄ触媒やＡｇ触媒を付与して水洗し、必要に応じて乾燥させた基板Ｗを第１の無電解めっき装置１４に搬送する。そして、ここで、所定の還元剤と所定のめっき液を用いて無電解めっきを行い、これによって、図５に示すように、バリアメタル６の表面に、銅膜からなり、シード層としての役割を果たす金属膜７ａを形成する。つまり、凹部５の内部に金属膜７ａを完全に埋込むことなく、バリアメタル６の表面に金属膜７ａを薄く堆積させる。この時に使用するめっき液の組成及びめっき条件は、以下の通りである。
【００３６】
（めっき液組成）
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ ５ ｇ／Ｌ
ＥＤＴＡ・２Ｎａ １４ ｇ／Ｌ
グリオキシル酸 １８ ｇ／Ｌ
ＴＭＡＨにてｐＨ１２．５
（めっき条件）
６０℃，３０秒で膜厚１０ｎｍのめっき膜を成膜
ここで、この例では、金属膜７ａの膜厚を１０ｎｍに設定した例を示しているが、この膜厚は、ストレスで剥がれ易くなることを防止するため、一般には、０．１ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは１〜５０ｎｍ、更に好ましくは、５ｎｍ〜２０ｎｍに設定される。
【００３７】
そして、この金属膜（シード層）７ａを形成した基板を電解めっき装置３０に搬送し、ここで、所定のめっき液を用いて電解めっきを行い、これによって、図５の仮想線に示すように、金属膜７ａの表面に銅膜からなる金属膜８ｂを形成し、同時に凹部５の内部に金属膜８ｂを埋込む。このめっき液の組成及びめっき条件は、以下の通りである。
【００３８】
（めっき液組成）
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ ２００ ｇ／Ｌ
Ｈ２ＳＯ４ ５５ ｇ／Ｌ
Ｃｌ− ６０ ｍｇ／Ｌ
添加剤 少々
（めっき条件）
２．５Ａ／ｄｍ２，５ｍｉｎ，２５℃で膜厚１５００ｎｍのめっき膜を成膜
【００３９】
そして、この表面に金属膜７ａ，８ｂを形成した基板Ｗに、ベベル・裏面洗浄処理、アニール処理、化学機械的研磨（ＣＭＰ）処理、更には第２の無電解めっき（蓋めっき）処理を順次施し、蓋めっき後の基板Ｗを水洗・乾燥させた後、基板Ｗを配線の形成の終了した基板としてロード・アンロード部１０のカセットに戻すことは前述と同様である。
【００４０】
この例によれば、無電解めっきでシード層としての役割を果たす金属膜７ａを形成することで、高アスペクト比で微細な凹部５を有する基板であっても、この凹部５の内部を含む基板Ｗの表面に金属膜（めっき膜）７ａを全面に亘ってより均一に成膜し、しかも、この金属膜７ａをシード層として利用した電解めっきを行うことで、凹部５内に欠陥のない健全な導電性材料からなる埋込み配線をより迅速に形成することができる。しかも、金属膜７ａ，８ｂを形成した基板をアニールすることで、金属膜７ａのバリアメタル６に対する密着性を良くするとともに、無電解めっきによって形成した第１の金属膜７ａと電解めっきによって形成した金属膜８ｂを再結晶させて、電気抵抗率を更に低下させることができる。
【００４１】
なお、上記の例では、埋込み配線の材料（金属膜）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、銀合金、金または金合金等を使用することができる。また、無電解めっきでシード層としての役割を果たす第１の金属膜７ａを形成した例を示しているが、この金属膜７ａをＣＶＤによって形成してもよい。
【００４２】
ベベル・裏面洗浄装置１６は、エッジ（ベベル）銅エッチングと裏面洗浄が同時に行える。図８に、ベベル・裏面洗浄装置１６の概略図を示す。図８に示すように、ベベル・裏面洗浄装置１６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、この基板保持部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、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。
【００４３】
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内の銅膜を除去することができる。
【００４４】
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を介して基板を基板保持部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。
【００４５】
これにより、半導体基板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膜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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。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。
【００４８】
図９は、無電解めっき装置１４，２２の一例を示す。図９に示すように、この無電解めっき装置１４，２２は、被めっき部材である半導体基板Ｗをその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でその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上に保持し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。
【００４９】
保持手段９１１は、その上面に半導体基板Ｗを載置して保持する基板載置部９１３を設けている。この基板載置部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おり、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設置している。一方、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、図示しない昇降手段によって上下動できるように構成されている。
【００５０】
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を設け、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。
【００５１】
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いて、そ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。
次に、この無電解めっき装置１４，２２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。このとき半導体基板Ｗの表面は開放された状態となっている。
【００５２】
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℃にし（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、注入し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。なお被めっき面上に保持するめっき液の深さは１０ｍｍ以下であれば良く、この例のように１ｍｍでも良い。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。そしてこの例においては、半導体基板Ｗの温度を７０℃に、めっき液の温度を５０℃に加熱しているので、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。このように半導体基板Ｗ自体を加熱するように構成すれば、加熱するのに大きな消費電力の必要なめっき液の温度をそれほど高く昇温しなくても良いので、消費電力の低減化やめっき液の材質変化の防止が図れ、好適である。なお半導体基板Ｗ自体の加熱のための消費電力は小さくて良く、また半導体基板Ｗ上に溜めるめっき液の量は少ないので、裏面ヒータ９１５による半導体基板Ｗの保温は容易に行え、裏面ヒータ９１５の容量は小さくて良く装置のコンパクト化を図ることができる。また半導体基板Ｗ自体を直接冷却する手段を用いれば、めっき中に加熱・冷却を切替えてめっき条件を変化させることも可能である。半導体基板上に保持されているめっき液は少量なので、感度良く温度制御が行える。
【００５３】
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１ｓｅｃ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し、その後静止させて、例えば図５に示すシード層としての役割を果たす金属膜７ａを形成するのであれば、３０秒間無電解めっきを行わせる。なお瞬時回転時間は長くても１０ｓｅｃ以下とする。
【００５４】
上記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。このとき半導体基板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から離し、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。このときノズル９５３から噴射される洗浄液を堰部材９３１にも当てることで堰部材９３１の洗浄を同時に行っても良い。このときのめっき廃液は、回収容器９６１に回収され、廃棄される。
【００５５】
なお、一度使用しためっき液は再利用せず、使い捨てとする。前述のようにこの装置において使用されるめっき液の量は従来に比べて非常に少なくできるので、再利用しなくても廃棄するめっき液の量は少ない。なお場合によってはめっき液回収ノズル９６５を設置しないで、使用後のめっき液も洗浄液と共にめっき廃液として回収容器９６１に回収しても良い。
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、保持手段９１１から取出す。
【００５６】
図１０は、無電解めっき装置１４，２２の他の例を示す。図１０において、前記の例と相違する点は、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（加熱手段）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。即ち、例えば複数の半径の異なるリング状のランプヒータ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。なおランプヒータ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、さらにそれ以外の各種構造・配置のランプヒータで構成しても良い。
【００５７】
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、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の場合、半導体基板Ｗとめっき液の他に、その周囲の空気をも加熱するので半導体基板Ｗの保温効果もある。
【００５８】
なおランプヒータ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が必要になるので、その代わりに比較的小さい消費電力のランプヒータ９１７と前記図９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。また前述の実施例と同様に、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。
【００５９】
図１１及び図１２は、アニール装置１８を示す。このアニール装置１８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の内部に位置して、半導体基板Ｗを、例えば４５０℃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。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。更に、アニール時に半導体基板Ｗとホットプレート１００８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。
【００６０】
ガス導入管１０１０は、内部にフィルタ１０１４ａを有するＮ２ガス導入路１０１６内を流れるＮ２ガスと、内部にフィルタ１０１４ｂを有するＨ２ガス導入路１０１８内を流れるＨ２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。
【００６１】
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３５０〜５００℃、好ましくは４５０℃前後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から排気する。これによって、酸化を防止した水素ガス雰囲気（還元雰囲気）で半導体基板Ｗをアニールし、このアニールを、例えば３〜３０分、好ましくは５〜１０分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。
【００６２】
アニール終了後、昇降ピン１００８を該昇降ピン１００８で保持した半導体基板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、半導体基板を冷却し、この冷却終了後の半導体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、Ｎ２ガスと数％（例えば３％）のＨ２ガスを混合した混合ガスを流すようにしているが、Ｎ２ガスのみを流すようにしてもよい。
【００６３】
図１３乃至図２１は、電解めっき装置３０の一例を示す。この電解めっき装置３０は、図１３に示すように、略円筒状で内部にめっき液４５を収容するめっき処理槽４６と、このめっき処理槽４６の上方に配置されて基板Ｗを保持するヘッド部４７とから主に構成されている。なお、図１３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。
【００６４】
前記めっき処理槽４６には、上方に開放し、アノード４８を底部に配置しためっき室４９を有し、このめっき室４９内にめっき液４５を保有するめっき槽５０が備えられている。前記めっき槽５０の内周壁には、めっき室４９の中心に向かって水平に突出するめっき液噴出ノズル５３が円周方向に沿って等間隔で配置され、このめっき液噴出ノズル５３は、めっき槽５０の内部を上下に延びるめっき液供給路に連通している。
【００６５】
更に、この例では、めっき室４９内のアノード４８の上方位置に、例えば３ｍｍ程度の多数の穴を設けたパンチプレート２２０が配置され、これによって、アノード４８の表面に形成されたブラックフィルムがめっき液４５によって巻き上げられ、流れ出すことを防止するようになっている。
また、めっき槽５０には、めっき室４９内のめっき液４５を該めっき室４９の底部周縁から引抜く第１めっき液排出口５７と、めっき槽５０の上端部に設けた堰部材５８をオーバフローしためっき液４５を排出する第２めっき液排出口５９と、この堰部材５８をオーバフローする前のめっき液４５を排出する第３めっき液排出口１２０が設けられ、更に、堰部材５８の下部には、図１９に示すように、所定間隔毎に所定幅の開口２２２が設けられている。
【００６６】
これによって、めっき処理時にあって、供給めっき量が大きい時には、めっき液を第３めっき液排出口１２０から外部に排出する共に、図１９（ａ）に示すように、堰部材５８をオーバフローさせ、更に開口２２２を通過させて第２めっき液排出口５９からも外部に排出する。また、めっき処理時にあって、供給めっき量が小さい時には、めっき液を第３めっき液排出口１２０から外部に排出すると共に、図１９（ｂ）に示すように、開口２２２を通過させて第２めっき液排出口５９からも外部に排出し、これによって、めっき量の大小に容易に対処できるようになっている。
【００６７】
更に、図１９（ｄ）に示すように、めっき液噴出ノズル５３の上方に位置して、めっき室４９と第２めっき液排出口５９とを連通する液面制御用の貫通孔２２４が円周方向に沿った所定のピッチで設けられ、これによって、非めっき時にめっき液を貫通孔２２４を通過させ第２めっき液排出口５９から外部に排出することで、めっき液の液面を制御するようになっている。なお、この貫通孔２２４は、めっき処理時にオリフィスの如き役割を果たして、ここから流れ出すめっき液の量が制限される。
【００６８】
図１４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。
【００６９】
このリザーバ２２６に入っためっき液４５は、リザーバ２２６からポンプ２２８によりめっき液調整タンク４０に入る。このめっき液調整タンク４０には、温度コントローラ２３０や、サンプル液を取出して分析するめっき液分析ユニット２３２が付設されており、単一のポンプ２３４の駆動に伴って、めっき液調整タンク４０からフィルタ２３６を通して、めっき液４５が電解めっき装置３０のめっき液噴出ノズル５３に供給されるようになっている。このめっき液調整タンク４０から電解めっき装置３０に延びるめっき液供給管５５の途中に、二次側の圧力を一定にする制御弁５６が備えられている。
【００７０】
図１３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が該水平整流リング６３の外周端をめっき槽５０に固着して配置されている。
【００７１】
一方、ヘッド部４７には、回転自在な下方に開口した有底円筒状で周壁に開口９４を有するハウジング７０と、下端に押圧リング２４０を取付けた上下動自在な押圧ロッド２４２が備えられている。ハウジング７０の下端には、図１７及び図１８に示すように、内方に突出するリング状の基板保持部７２が設けられ、この基板保持部７２に、内方に突出し、上面の先端が上方に尖塔状に突出するリング状のシール材２４４が取付けられている。更に、このシール材２４４の上方にカソード電極用接点７６が配置されている。また、基板保持部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。
【００７２】
これによって、図１３に示すように、めっき液４５の液面を下げた状態で、図１７及び図１８に示すように、基板Ｗを吸着ハンドＨ等で保持してハウジング７０の内部に入れて基板保持部７２のシール材２４４の上面に載置し、吸着ハンドＨをハウジング７０から引抜いた後、押圧リング２４０を下降させる。これにより、基板Ｗの周縁部をシール材２４４と押圧リング２４０の下面で挟持して基板Ｗを保持し、しかも基板Ｗを保持した時に基板Ｗの下面とシール材２４４が圧接して、ここを確実にシールし、同時に、基板Ｗとカソード電極用接点７６とが通電するようになっている。
【００７３】
図１３に戻って、ハウジング７０は、モータ２４６の出力軸２４８に連結されて、モータ２４６の駆動によって回転するように構成されている。また、押圧ロッド２４２は、モータ２４６を囲繞する支持体２５０に固着したガイド付きシリンダ２５２の作動によって上下動するスライダ２５４の下端にベアリング２５６を介して回転自在に支承したリング状の支持枠２５８の円周方向に沿った所定位置に垂設され、これによって、シリンダ２５２の作動によって上下動し、しかも基板Ｗを保持した時にハウジング７０と一体に回転するようになっている。
【００７４】
支持体２５０は、モータ２６０の駆動に伴って回転するボールねじ２６１と螺合して上下動するスライドベース２６２に取付けられ、更に上部ハウジング２６４で囲繞されて、モータ２６０の駆動に伴って、上部ハウジング２６４と共に上下動するようになっている。また、めっき槽５０の上面には、めっき処理時にハウジング７０の周囲を囲繞する下部ハウジング２５７が取付けられている。
【００７５】
これによって、図１６に示すように、支持体２５０と上部ハウジング２６４とを上昇させた状態で、メンテナンスを行うことができるようになっている。また、堰部材５８の内周面にはめっき液の結晶が付着し易いが、このように、支持体２５０と上部ハウジング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をオーバフローさせることで、堰部材５８の内周面へのめっき液の結晶の付着を防止することができる。また、めっき槽５０には、めっき処理時にオーバ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が、このめっき液飛散防止カバー５０ｂの下面に、例えばＨＩＲＥＣ（ＮＴＴアドバンステクノロジ社製）等の超撥水材をコーティングすることで、ここにめっき液の結晶が付着することを防止することができる。
【００７６】
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２０は、この基板芯出し機構２７０の詳細を示すもので、これは、ハウジング７０に固定した門形のブラケット２７２と、このブラケット２７２内に配置した位置決めブロック２７４とを有し、この位置決めブロック２７４は、その上部において、ブラケット２７２に水平方向に固定した枢軸２７６を介して揺動自在に支承され、更にハウジング７０と位置決めブロック２７４との間に圧縮コイルばね２７８が介装されている。これによって、位置決めブロック２７４は、圧縮コイルばね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、その上面２７４ａがストッパとしての役割を果たしブラケット２７２の上部下面２７２ａに当接することで、位置決めブロック２７４の動きが規制されるようになっている。更に、位置決めブロック２７４の内面は、上方に向けて外方に拡がるテーパ面２７４ｂとなっている。
【００７７】
これによって、例えば搬送ロボット等の吸着ハンドで基板を保持しハウジング７０内に搬送して基板保持部７２の上に載置した際、基板の中心が基板保持部７２の中心からずれていると圧縮コイルばね２７８の弾性力に抗して位置決めブロック２７４が外方に回動し、搬送ロボット等の吸着ハンドによる把持を解くと、圧縮コイルばね２７８の弾性力で位置決めブロック２７４が元の位置に復帰することで、基板の芯出しを行うことができるようになっている。
【００７８】
図２１は、カソード電極用接点７６のカソード電極板２０８に給電する給電接点（プローブ）７７を示すもので、この給電接点７７は、プランジャで構成されているとともに、カソード電極板２０８に達する円筒状の保護体２８０で包囲されて、めっき液から保護されている。
【００７９】
次に、この電解めっき装置３０によるめっき処理について説明する。
先ず、電解めっき装置３０に基板を受渡す時には、図１７に示す搬送ロボット６８の吸着ハンドと該ハンドで表面を下に向けて吸着保持した基板Ｗを、ハウジング７０の開口９４からこの内部に挿入し、吸着ハンドを下方に移動させた後、真空吸着を解除して、基板Ｗをハウジング７０の基板保持部７２上に載置し、しかる後、吸着ハンドを上昇させてハウジング７０から引抜く。次に、押圧リング２４０を下降させて、基板Ｗの周縁部を基板保持部７２と押圧リング２４０の下面で挟持して基板Ｗを保持する。
【００８０】
そして、めっき液噴出ノズル５３からめっき液４５を噴出させ、同時にハウジング７０とそれに保持された基板Ｗを中速で回転させ、めっき液４５が所定の量まで充たされ、更に数秒経過した時に、ハウジング７０の回転速度を低速回転（例えば、１００ｍｉｎ−１）に低下させ、アノード４８を陽極、基板処理面を陰極としてめっき電流を流して電解めっきを行う。
【００８１】
通電を終了した後、図１９（ｄ）に示すように、めっき液噴出ノズル５３の上方に位置する液面制御用の貫通孔２２４のみからめっき液が外部に流出するようにめっき液の供給量を減少させ、これにより、ハウジング７０及びそれに保持された基板をめっき液面上に露出させる。このハウジング７０とそれに保持された基板Ｗが液面より上にある位置で、高速（例えば、５００〜８００ｍｉｎ−１）で回転させてめっき液を遠心力により液切りする。液切りが終了した後、ハウジング７０が所定の方向に向くようにしてハウジング７０の回転を停止させる。
【００８２】
ハウジング７０が完全に停止した後、押圧リング２４０を上昇させる。次に、搬送ロボットの吸着ハンドを吸着面を下に向けて、ハウジング７０の開口９４からこの内部に挿入し、吸着ハンドが基板を吸着できる位置にまで吸着ハンドを下降させる。そして、基板を吸着ハンドにより真空吸着し、吸着ハンドをハウジング７０の開口９４の上部の位置にまで移動させて、ハウジング７０の開口９４から吸着ハンドとそれに保持した基板を取出す。
【００８３】
この電解めっき装置３０によれば、ヘッド部４７の機構的な簡素化及びコンパクト化を図り、かつめっき処理槽４６内のめっき液の液面がめっき時液面にある時にめっき処置を、基板受渡し時液面にある時に基板の水切りと受渡しを行い、しかもアノード４８の表面に生成されたブラックフィルムの乾燥や酸化を防止することができる。
【００８４】
図２２乃至図２７は、電解めっき装置３０の他の例を示す。この電解めっき装置３０には、図２２に示すように、めっき処理及びその付帯処理を行う基板処理部２−１が設けられ、この基板処理部２−１に隣接して、めっき液を溜めるめっき液トレー２−２が配置されている。また、回転軸２−３を中心に揺動するアーム２−４の先端に保持され、基板処理部２−１とめっき液トレー２−２との間を揺動する電極部２−５を有する電極アーム部２−６が備えられている。
【００８５】
更に、基板処理部２−１の側方に位置して、プレコート・回収アーム２−７と、純水やイオン水等の薬液、更には気体等を基板に向けて噴射する固定ノズル２−８が配置されている。ここでは、３個の固定ノズル２−８が配置され、その内の１個を純水供給用に用いている。基板処理部２−１は、図２３及び図２４に示すように、めっき面を上にして基板Ｗを保持する基板保持部２−９と、この基板保持部２−９の上方で該基板保持部２−９の周縁部を囲むように配置されたカソード部２−１０が備えられている。更に基板保持部２−９の周囲を囲んで処理中に用いる各種薬液の飛散を防止する有底略円筒状のカップ２−１１が、エアシリンダ２−１２を介して上下動自在に配置されている。
【００８６】
ここで、基板保持部２−９は、エアシリンダ２−１２によって、下方の基板受け渡し位置Ａと、上方のめっき位置Ｂと、これらの中間の前処理・洗浄位置Ｃとの間を昇降するようになっている。また基板保持部２−９は、回転モータ２−１４及びベルト２−１５を介して任意の加速度及び速度で前記カソード部２−１０と一体に回転するように構成されている。この基板受け渡し位置Ａに対向して、電解めっき装置のフレーム側面の搬送ロボット（図示せず）側には、基板搬出入口（図示せず）が設けられ、基板保持部２−９がめっき位置Ｂまで上昇したときに、基板保持部２−９で保持された基板Ｗの周縁部に下記のカソード部２−１０のシール部材２−１６とカソード電極２−１７が当接するようになっている。一方、カップ２−１１は、その上端が前記基板搬出入口の下方に位置し、図２４の仮想線で示すように、上昇したときにカソード部２−１０の上方に達するようになっている。
【００８７】
基板保持部２−９がめっき位置Ｂまで上昇した時に、この基板保持部２−９で保持した基板Ｗの周縁部にカソード電極２−１７が押し付けられ基板Ｗに通電される。これと同時にシール部材２−１６の内周端部が基板Ｗの周縁上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板Ｗの上面に供給されるめっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止すると共に、めっき液がカソード電極２−１７を汚染するのを防止している。
【００８８】
電極アーム部２−６の電極部２−５は、図２５に示すように、揺動アーム２−４の自由端に、ハウジング２−１８と、このハウジング２−１８の周囲を囲む中空の支持枠２−１９と、ハウジング２−１８と支持枠２−１９で周縁部を挟持して固定したアノード２−２０とを有している。アノード２−２０は、ハウジング２−１８の開口部を覆っており、ハウジング２−１８の内部には、吸引室２−２１が形成されている。そして吸引室２−２１には、図２６及び図２７に示すように、めっき液を導入排出するめっき液導入管２−２８及びめっき液排出管（図示せず）が接続されている。さらにアノード２−２０には、その全面に亘って上下に連通する多数の通孔２−２０ｂが設けられている。
【００８９】
この例にあっては、アノード２−２０の下面に該アノード２−２０の全面を覆う保水性材料からなるめっき液含浸材２−２２を取付け、このめっき液含浸材２−２２にめっき液を含ませて、アノード２−２０の表面を湿潤させることで、ブラックフィルムの基板のめっき面への脱落を防止し、同時に基板のめっき面とアノード２−２０との間にめっき液を注入する際に、空気を外部に抜きやすくしている。このめっき液含浸材２−２２は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、テフロン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン及びこれらの誘導体の少なくとも１つの材料からなる織布、不織布またはスポンジ状の構造体、あるいはポーラスセラミックスからなる。
【００９０】
めっき液含浸材２−２２のアノード２−２０への取付けは、次のように行っている。即ち、下端に頭部を有する多数の固定ピン２−２５を、この頭部をめっき液含浸材２−２２の内部に上方に脱出不能に収納し軸部をアノード２−２０の内部を貫通させて配置し、この固定ピン２−２５をＵ字状の板ばね２−２６を介して上方に付勢させることで、アノード２−２０の下面にめっき液含浸材２−２２を板ばね２−２６の弾性力を介して密着させて取付けている。このように構成することにより、めっきの進行に伴って、アノード２−２０の肉厚が徐々に薄くなっても、アノード２−２０の下面にめっき液含浸材２−２２を確実に密着させることができる。したがって、アノード２−２０の下面とめっき液含浸材２−２２との間に空気が混入してめっき不良の原因となることが防止される。
【００９１】
なお、アノードの上面側から、例えば径が２ｍｍ程度の円柱状のＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製のピンをアノードを貫通させて配置し、アノード下面に現れた該ピンの先端面に接着剤を付けてめっき液含浸材と接着固定するようにしても良い。アノードとめっき液含浸材は、接触させて使用することもできるが、アノードとめっき液含浸材との間に隙間を設け、この隙間にめっき液を保持させた状態でめっき処理することもできる。この隙間は２０ｍｍ以下の範囲から選ばれるが、好ましくは０．１〜１０ｍｍ、より好ましくは１〜７ｍｍの範囲から選ばれる。特に、溶解性アノードを用いた場合には、下からアノードが溶解していくので、アノードとめっき液含浸材の間隙は時間を経るにつれて大きくなり、０〜２０ｍｍ程度の隙間ができる。
【００９２】
そして、前記電極部２−５は、基板保持部２−９がめっき位置Ｂ（図２４参照）にある時に、基板保持部２−９で保持された基板Ｗとめっき液含浸材２−２２との隙間が、０．１〜１０ｍｍ程度、好ましくは０．３〜３ｍｍ、より好ましくは０．５〜１ｍｍ程度となるまで下降し、この状態で、めっき液供給管からめっき液を供給して、めっき液含浸材２−２２にめっき液を含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード２−２０との間にめっき液を満たし、基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード２−２０との間にめっき電源から電圧を印加することで、基板Ｗの被めっき面にめっきが施される。
【００９３】
次に、この電解めっき装置３０によるめっき処理について説明する。
先ず、基板受け渡し位置Ａにある基板保持部２−９にめっき処理前の基板Ｗを搬送ロボット６８（図２４参照）で搬入し、基板保持部２−９上に載置する。次にカップ２−１１を上昇させ、同時に基板保持部２−９を前処理・洗浄位置Ｃに上昇させる。この状態で退避位置にあったプレコート・回収アーム２−７を基板Ｗの対峙位置へ移動させ、その先端に設けたプレコートノズルから、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板Ｗの被めっき面に間欠的に吐出する。この時、基板保持部２−９は回転しているため、プレコート液は基板Ｗの全面に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム２−７を退避位置に戻し、基板保持部２−９の回転速度を増して、遠心力により基板Ｗの被めっき面のプレコート液を振り切って乾燥させる。
【００９４】
続いて、電極アーム部２−６を水平方向に旋回させ、電極部２−５がめっき液トレー２−２上方からめっきを施す位置の上方に位置させ、この位置で電極２−５をカソード部２−１０に向かって下降させる。電極部２−５の下降が完了した時点で、アノード２−２０とカソード部２−１０にめっき電圧を印加し、めっき液を電極部２−５の内部に供給して、アノード２−２０を貫通しためっき液供給口よりめっき液含浸材２−２２にめっき液を供給する。この時、めっき液含浸材２−２２は基板Ｗの被めっき面に接触せず、０．１〜１０ｍｍ程度、好ましくは０．３〜３ｍｍ、より好ましくは０．５〜１ｍｍ程度に接近した状態となっている。
【００９５】
めっき液の供給が続くと、めっき液含浸材２−２２から染み出したＣｕイオンを含んだめっき液が、めっき液含浸材２−２２と基板Ｗの被めっき面との間の隙間に満たされ、基板Ｗの被めっき面にＣｕめっきが施される。この時、基板保持部２−９を低速で回転させても良い。
【００９６】
めっき処理が完了すると、電極アーム部２−６を上昇させた後に旋回させて、電極部２−５をめっき液トレー２−２上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、プレコート・回収アーム２−７を退避位置から基板Ｗに対峙する位置へ移動させて下降させ、めっき液回収ノズル（図示せず）から基板Ｗ上のめっき液の残部を回収する。このめっき液の残部の回収が終了した後、プレコート・回収アーム２−７を待避位置に戻し、基板Ｗの中央部に純水を吐出し、同時に基板保持部２−９をスピードを増して回転させ基板Ｗの表面のめっき液を純水に置換する。
【００９７】
上記リンス終了後、基板保持部２−９をめっき位置Ｂから前処理・洗浄位置Ｃへ下降させ、純水用の固定ノズル２−８から純水を供給しつつ基板保持部２−９及びカソード部２−１０を回転させて水洗を実施する。この時、カソード部２−１０に直接供給した純水、又は基板Ｗの面から飛散した純水によってシール部材２−１６、カソード電極２−１７も基板Ｗと同時に洗浄することができる。
【００９８】
水洗完了後に、固定ノズル２−８からの純水の供給を停止し、更に基板保持部２−９及びカソード部２−１０の回転スピードを増して、遠心力により基板Ｗの表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シール部材２−１６及びカソード電極２−１７も乾燥される。上記乾燥が終了すると基板保持部２−９及びカソード部２−１０の回転を停止させ、基板保持部２−９を基板受渡し位置Ａまで下降させる。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、例えアスペクト比の高いコンタクトホールやピアホール等を有する微細配線構造であっても、例えばＣＶＤやスパッタリングによって、バリアメタルの表面にシード層を形成することなく、一般に埋込み性の良好な無電解めっきによって凹部内に直接金属膜を埋込むことで、埋込み配線を安価な湿式めっきで歩留り良く形成することができる。しかも、無電解めっきで第１の金属膜（シード層）を形成し、その後埋め込みを行うようにすることで、凹部のアスペクト比を高めることなく、しかも例えばユニット化した電解めっき装置等で連続した処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の配線形成装置の平面配置図である。
【図２】図１に示す配線形成装置で銅埋込み配線を形成する配線形成例を工程順に示す図である。
【図３】図１に示す配線形成装置で銅埋込み配線を形成する配線形成例を工程順に示すブロック図である。
【図４】本発明の他の実施の形態の配線形成装置の平面配置図である。
【図５】図４に示す配線形成装置で銅埋め込み配線を形成する際の無電解めっきで金属膜を形成した状態を示す図である。
【図６】図４に示す配線形成装置で銅埋込み配線を形成する配線形成例を工程順に示すブロック図である。
【図７】半導体基板の表面に銅埋め込み配線を形成する従来の配線形成例を工程順に示す図である。
【図８】ベベル・裏面洗浄装置の一例を示す概要図である。
【図９】無電解めっき装置の一例を示す概要図である。
【図１０】無電解めっき装置の他の例を示す概要図である。
【図１１】アニール装置の一例を示す縦断正面図である。
【図１２】図１１の平断面図である。
【図１３】電解めっき装置の一例のめっき処理時における全体を示す断面図である。
【図１４】同じく、めっき液の流れの状態を示すめっき液フロー図である。
【図１５】同じく、非めっき時（基板受渡し時）における全体を示す断面図である。
【図１６】同じく、メンテナンス時における全体を示す断面図である。
【図１７】同じく、基板の受渡し時におけるハウジング、押圧リング及び基板の関係の説明に付する断面図である。
【図１８】同じく、図１７の一部拡大図である。
【図１９】同じく、めっき処理時及び非めっき時におけるめっき液の流れの説明に付する図である。
【図２０】同じく、芯出し機構の拡大断面図である。
【図２１】同じく、給電接点（プローブ）を示す断面図である。
【図２２】電解めっき装置の他の例を示す平面図である。
【図２３】同じく、図２２のＡ−Ａ線断面図である。
【図２４】同じく、基板保持部及びカソード部の断面図である。
【図２５】同じく、電極アーム部の断面図である。
【図２６】同じく、電極アーム部のハウジングを除いた平面図である。
【図２７】同じく、アノードとめっき液含浸材を示す概略図である。
【符号の説明】
２ 絶縁膜
３ コンタクトホール
４ 配線溝
５ 凹部
６ バリアメタル
７ａ 金属膜
８ａ，８ｂ 金属膜
９ 保護膜
１０ ロード・アンロード部
１２ 触媒付与装置
１４，２２ 無電解めっき装置
１６ ベベル・裏面洗浄装置
１８ アニール装置
２０ ＣＭＰ装置
２４，２８ 洗浄装置
２６ 搬送ロボット
３０ 電解めっき装置
Claims (7)
- 基板の表面に設けた微細な凹部に湿式めっきにより導電性金属を埋込んで配線を形成するにあたり、
基板の表面に形成したバリアメタルの表面に、無電解めっきのためのパラジウム触媒を、核密度が１００個／μｍ ２ 〜１０００００個／μｍ ２ となるように付与し、
この触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解めっきにより金属膜を形成し、
この金属膜を形成した基板をアニールすることを特徴とする配線形成方法。 - 基板の表面に設けた微細な凹部に湿式めっきにより導電性金属を埋込んで配線を形成するにあたり、
基板の表面に形成したバリアメタルの表面に、無電解めっきのための銀触媒を、核密度が１００個／μｍ ２ 〜１０００００個／μｍ ２ となるように付与し、
この触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解めっきにより金属膜を形成し、
この金属膜を形成した基板をアニールすることを特徴とする配線形成方法。 - 基板の表面に設けた微細な凹部に湿式めっきにより導電性金属を埋込んで配線を形成するにあたり、
基板の表面に形成したバリアメタルの表面に、無電解めっきのためのパラジウム触媒を、核密度が１００個／μｍ ２ 〜１０００００個／μｍ ２ となるように付与し、
この触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解めっきにより第１の金属膜を形成し、
この第１の金属膜の表面に電解めっきにより第２の金属膜を形成し、
この第１及び第２の金属膜を形成した基板をアニールすることを特徴とする配線形成方法。 - 基板の表面に設けた微細な凹部に湿式めっきにより導電性金属を埋込んで配線を形成するにあたり、
基板の表面に形成したバリアメタルの表面に、無電解めっきのための銀触媒を、核密度が１００個／μｍ ２ 〜１０００００個／μｍ ２ となるように付与し、
この触媒を付与したバリアメタルの表面に無電解めっきにより第１の金属膜を形成し、
この第１の金属膜の表面に電解めっきにより第２の金属膜を形成し、
この第１及び第２の金属膜を形成した基板をアニールすることを特徴とする配線形成方法。 - 前記第１の金属膜は、膜厚が０．１ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項３または４記載の配線形成方法。
- 前記基板のアニールを還元雰囲気下で行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の配線形成方法。
- 前記アニール後の基板の表面を化学機械的研磨し、該化学機械的研磨によって基板の表面に露出した前記金属膜の表面に保護膜を選択的に形成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配線形成方法。
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