JP4660579B2 - キャップメタル形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、被処理体たる基板等にめっきなどの液処理によりキャップメタルを形成するキャップメタル形成方法に関する。
半導体デバイスの設計・製造においては、動作速度の向上と一層の高集積化が指向されている。その一方で、高速動作や配線の微細化による電流密度の増加により、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）が発生しやすくなり、配線の断線を引き起こすことが指摘されている。このことは、信頼性の低下をもたらす原因となる。そのため、半導体デバイスの基板上に形成される配線の材料として、比抵抗の低いＣｕ（銅）やＡｇ（銀）などが用いられるようになってきている。特に銅の比抵抗は１．８μΩ・ｃｍと低く、高いＥＭ耐性が期待できるため、半導体デバイスの高速化のために有利な材料として期待されている。
一般に、Ｃｕ配線を基板上に形成するには、層間絶縁膜に配線を埋め込むためのビアおよびトレンチをエッチングにより形成し、それらの中にＣｕ配線を埋め込むダマシン法が用いられている。さらには、Ｃｕ配線を有する基板の表面にＣｏＷＢ（コバルト・タングステン・ホウ素）やＣｏＷＰ（コバルト・タングステン・リン）などを含むめっき液を供給し、キャップメタルと称される金属膜を無電解めっきによりＣｕ配線上に被覆して、半導体デバイスのＥＭ耐性の向上を図る試みがなされている（例えば、特許文献１）。
キャップメタルは、Ｃｕ配線を有する基板の表面に無電解めっき液を供給することによって形成される。例えば、回転保持体に基板を固定し、回転保持体を回転させながら無電解めっき液を供給することで、基板表面上に均一な液流れを形成する。これにより、基板表面全域に均一なキャップメタルを形成することができる（例えば、特許文献２）。
しかし、無電解めっきは、めっき液の組成、温度などの反応条件によって金属の析出レートに大きな影響を与えることが知られている。また、めっき反応による副生成物（残渣）がスラリー状に発生して基板表面に滞留することで、均一なめっき液流れが阻害され、劣化した無電解めっき液を新しい無電解めっき液に置き換えることができないという問題も指摘されている。これは、基板上での反応条件が局所的に異なるために、基板面内で均一な膜厚を有するキャップメタルを形成することを難しくする。また、キャップメタルを施す基板表面は、形成される配線の粗密や表面材質の違い等に起因する局所的な親水性領域若しくは疎水性領域が生じ、基板全体において均一に無電解めっき液を供給することができず、基板面内で均一な膜厚を有するキャップメタルを形成することができないという問題を生じている。
特開２００６−１１１９３８号公報 特開２００１−０７３１５７号公報
このように、従来のめっき方法では、基板全体において均一に無電解めっき液を供給することができず、基板面内で均一な膜厚形成を行うことが難しいという問題がある。
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、無電解めっき液の使用量を減らすことができると共に、めっき反応で生じる反応副生成物の影響を抑制して基板の面内で均一な膜厚を有するキャップメタルを形成することができるキャップメタル形成方法を提供することを目的としている。
上記した目的を達成するために、本発明の一つの態様に係るキャップメタル形成方法は、二つ以上の撥水性が異なる領域を有する基板の被処理面にキャップメタルを形成する方法であって、基板をインナーチャンバ内に配設された回転可能な保持機構に水平保持する保持ステップと、インナーチャンバを覆うアウターチャンバの上面に配設されたガス供給孔を介して、インナーチャンバとアウターチャンバ間に所定のめっき処理温度以上の不活性ガスを供給するガス供給ステップと、インナーチャンバとアウターチャンバ間に圧力勾配を形成する圧力勾配形成ステップと、ガス供給ステップによりインナーチャンバ内の不活性ガスの圧力が所定の値となった後に、基板の被処理面の所定位置にめっき処理温度のめっき液を供給して、領域の少なくともひとつにキャップメタルを形成するめっき液供給ステップとを有している。
本発明の他の態様にかかるキャップメタル形成方法は、めっき液供給ステップによりキャップメタルが形成される領域が銅パターンであることを特徴とする。圧力勾配形成ステップは、インナーチャンバ側壁に形成されたガス導入口を介して不活性ガスを導入し、インナーチャンバ内部にあって基板の被処理面の上部に配設された整流板を通して、基板の被処理面に前記不活性ガスを均等に吹き付けてもよい。また圧力勾配形成ステップは、さらに、アウターチャンバもしくはインナーチャンバに独立に接続されたガス排気ポンプおよびバルブを操作してガス排出量を調整することによって、基板に吹き付けられた不活性ガスの円周方向に向けた流れを形成してもよい。
本発明によれば、基板面内で均一な膜厚形成を実現することができる。
一般的な無電解めっきプロセスは、前洗浄、めっき処理、後洗浄、裏面・端面洗浄、および乾燥の各工程を有している。ここで、前洗浄は、被処理対象たるウェハを親水化処理する工程である。めっき処理は、ウェハ上にめっき液を供給してめっき処理を行う工程である。後洗浄は、めっき析出反応により生成した残渣物等を除去する工程である。裏面・端面洗浄は、ウェハの裏面および端面におけるめっき処理に伴う残渣物を除去する工程である。乾燥は、ウェハを乾燥させる工程である。これらの各工程は、ウェハの回転、洗浄液やめっき液のウェハ上への供給などを組み合わせることで実現している。
ところで、めっき液などの処理液を基板上に供給するめっき処理工程では、処理液の供給ムラなどに起因して、めっき処理により生成される膜（めっき処理膜）の膜厚が不均一となることがある。特に、処理対象たる基板のサイズが大きい場合や、層間絶縁膜が形成された基板被処理面にＣｕパターンの粗密が存在する場合に、膜厚の不均一が顕著となる。本発明の実施形態に係る半導体製造装置は、かかる基板に対する無電解めっきプロセスの各工程のうち、特にめっき処理工程における膜厚ムラ・ばらつきの問題を改善するものである。
以下、本発明の一つの実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一つの実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す平面図、図２はこの実施形態の半導体製造装置の無電解めっきユニットを示す断面図、図３は同じく無電解めっきユニットを示す平面図、図４は、流体供給装置の構成を示す図である。
図１に示すように、この実施形態の半導体製造装置は、搬出部１と、処理部２と、搬送部３と、制御装置５とを備えている。
搬出部１は、フープ（FOUP: Front Opening Unified Pod）Ｆを介して複数枚の基板Ｗを半導体製造装置内外に搬出入する機構である。図１に示すように、搬出入部１には、装置正面（図１のＸ方向の側面）に沿ってＹ方向に配列された３箇所の出入口ポート４が形成されている。出入口ポート４は、それぞれフープＦを載置する載置台６を有している。出入口ポート４の背面には隔壁７が形成される。隔壁７には、フープＦに対応する窓７Ａが載置台６の上方にそれぞれ形成されている。窓７Ａには、それぞれフープＦの蓋を開閉するオープナ８が設けられており、オープナ８を介してフープＦの蓋が開閉される。
処理部２は、前述した各工程を基板Ｗに一枚ずつ実行する処理ユニット群である。処理部２は、搬送部３との間で基板Ｗの受け渡しを行う受け渡しユニット（ＴＲＳ）１０と、基板Ｗに無電解めっきおよびその前後処理を実行する無電解めっきユニット（ＰＷ）１１と、めっき処理前後において基板Ｗを加熱する加熱ユニット（ＨＰ）１２と、加熱ユニット１２で加熱された基板Ｗを冷却する冷却ユニット（ＣＯＬ）１３と、これらのユニット群に囲まれて処理部２の略中央に配置され各ユニット間で基板Ｗを移動させる第２の基板搬送機構１４とを備えている。
受け渡しユニット１０は、例えば、上下二段に形成された基板受け渡し部（図示せず）を有している。上下段の基板受け渡し部は、例えば、下段を、出入口ポート４から搬入された基板Ｗの一時的な載置用、上段を、出入口ポート４へ搬出する基板Ｗの一時的な載置用のように目的別に使い分けることができる。
加熱ユニット１２は、受け渡しユニット１０のＹ方向に隣接した位置に２台配置されている。加熱ユニット１２は、例えばそれぞれ上下４段に渡って配置された加熱プレートを有している。冷却ユニット１３は、第２の基板搬送機構１４のＹ方向に隣接した位置に２台配置されている。冷却ユニット１３は、例えばそれぞれ上下４段に渡って形成された冷却プレートを有している。無電解めっきユニット１１は、Ｙ方向に隣接する位置に配置された冷却ユニット１３および第２の基板搬送機構１４に沿って２台配置されている。
第２の基板搬送機構１４は、例えば上下に２段の搬送アーム１４Ａを有している。上下の搬送アーム１４Ａは、それぞれ上下方向に昇降可能であり、且つ水平方向に旋回可能に構成されている。これにより、第２の基板搬送機構１４は、搬送アーム１４Ａを介して受け渡しユニット１０、無電解めっきユニット１１、加熱ユニット１２および冷却ユニット１３の間で基板Ｗを搬送する。
搬送部３は、搬出入部１と処理部２との間に位置し、基板Ｗを一枚ずつ搬送する搬送機構である。搬送部３には、基板Ｗを一枚ずつ搬送する第１の基板搬送機構９が配置されている。基板搬送機構９は、例えば、Ｙ方向に移動可能な上下二段の搬送アーム９Ａを有しており、搬出入部１と処理部２との間で基板Ｗの受け渡しを行う。同様に、搬送アーム９Ａは、上下方向に昇降可能であり、且つ水平方向に旋回可能に構成されている。これにより、第１の基板搬送機構９は、搬送アーム９Ａを介して任意のフープＦと処理部２との間で基板Ｗを搬送する。
制御装置５は、マイクロプロセッサを有するプロセスコントローラ５１、プロセスコントローラ５１に接続されたユーザーインターフェース５２、およびこの実施形態に係る半導体製造装置の動作を規定するコンピュータプログラムなどを格納する記憶部５３を備え、処理部２や搬送部３などを制御する。制御装置５は、図示しないホストコンピュータとオンライン接続され、ホストコンピュータからの指令に基づいて半導体製造装置を制御する。ユーザーインターフェース５２は、例えばキーボードやディスプレイなどを含むインタフェースであり、記憶部５３は、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、不揮発メモリなどを含んでいる。
ここで、この実施形態に係る半導体製造装置１の動作を説明する。処理対象である基板Ｗは、あらかじめフープＦ内に収納されている。まず、第１の基板搬送機構９は、窓７Ａを介してフープＦから基板Ｗを取り出し、受け渡しユニット１０へ搬送する。基板Ｗが受け渡しユニット１０に搬送されると、第２の基板搬送機構１４は、搬送アーム１４Ａを用いて、基板Ｗを受け渡しユニット１０から加熱ユニット１２のホットプレートへ搬送する。
加熱ユニット１２は、基板Ｗを所定の温度まで加熱（プレベーク）して基板Ｗ表面に付着した有機物を除去する。加熱処理の後、第２の基板搬送機構１４は、基板Ｗを加熱ユニット１２から冷却ユニット１３へ搬送する。冷却ユニット１３は、基板Ｗを冷却処理する。
冷却処理が終わると、第２の基板搬送機構１４は、搬送アーム１４Ａを用いて、基板Ｗを無電解めっきユニット１１へ搬送する。無電解めっきユニット１１は、基板Ｗの表面に形成された配線などに無電解めっき処理等を施す。
無電解めっき処理等が終わると、第２の基板搬送機構１４は、基板Ｗを無電解めっきユニット１１から加熱ユニット１２のホットプレートへ搬送する。加熱ユニット１２は、基板Ｗにポストベーク処理を実行して、無電解めっきによるめっき（キャップメタル）に含有される有機物を除去するとともに、配線等とめっきとの密着性を高めさせる。ポストベーク処理が終わると、第２の基板搬送機構１４は、基板Ｗを加熱ユニット１２から冷却ユニット１３へ搬送する。冷却ユニット１３は、基板Ｗを再度冷却処理する。
冷却処理が終わると、第２の基板搬送機構１４は、基板Ｗを受け渡しユニット１０へ搬送する。その後、第１の基板搬送機構９は、搬送アーム９Ａを用いて受け渡しユニット１０に載置された基板ＷをフープＦの所定の場所へ戻す。
以後、このような流れを複数の基板に対して行って連続処理をする。なお、初期状態としてダミーウェハを先行して処理させ、各ユニットのプロセス状態の安定状態を促す処理をしてもよい。これによりプロセス処理の再現性を高めることができる。
続いて、図２ないし図４を参照して、この実施形態の半導体製造装置における無電解めっきユニット１１について詳細に説明する。図２に示すように、無電解めっきユニット１１（以下「めっきユニット１１」と称することがある。）は、アウターチャンバ１１０、インナーチャンバ１２０、スピンチャック１３０、第１・第２の流体供給部１４０・１５０、ガス供給部１６０、バックプレート１６５を備えている。
アウターチャンバ１１０は、ハウジング１００の中に配設され、めっき処理を実行する処理容器である。アウターチャンバ１１０は、基板Ｗの収納位置を囲むような筒状に形成され、ハウジング１００の底面に固定されている。アウターチャンバ１１０の側面には、基板Ｗを搬出入する窓１１５が設けられ、シャッター機構１１６により開閉可能とされている（図２では閉じられている）。また、アウターチャンバ１１０について、窓１１５が形成された側と対向する側面には、第１・第２の流体供給部１４０・１５０の動作のためのシャッター機構１１９が開閉可能に形成されている（図２では閉じられている）。アウターチャンバ１１０の上面には、ガス供給部１６０（ガス供給管１６０ａ）が設けられている。アウターチャンバ１１０の下部には、ガスや処理液等を逃がすドレン抜き１１８が備えられている。
インナーチャンバ１２０は、基板Ｗから飛散する処理液を受けるとともに、ガス供給部１６０から供給されるガスを整流して気流を形成する容器である。インナーチャンバ１２０は、アウターチャンバ１１０より小さい略同形状（筒状の形状）を有しており、アウターチャンバ１１０の中に配設されている。インナーチャンバ１２０は、アウターチャンバ１１０と基板Ｗの収納位置の間に位置し、排気、排液用のドレン抜き１２４を備えている。
インナーチャンバ１２０の側壁１６０ｂには、ガス導入口１６０ｃが形成されている。ガス供給管１６０ａは、インナーチャンバ１２０の上面に対向するアウターチャンバ１１０の上部に設けられているから、ガス供給管１６０ａから供給されるガスは、インナーチャンバ１２０の上面から側壁１６０ｂを経てガス導入口１６０ｃに導かれる。すなわち、ガス供給管１６０ａからインナーチャンバ１２０の上面を経て、ガス供給管１６０ａと対向しない壁面１６０ｂに形成したガス導入口１６０ｃに至るガスの流路は、ガスのコンダクタンスとして作用し、インナーチャンバ１２０の内部と外部との間にガスの圧力勾配を形成する。
インナーチャンバ１２０の側壁１６０ｂ内には、整流板１６０ｄが配設されている。整流板１６０ｄは、ガス導入口１６０ｃよりも基板Ｗに近い側の側壁１６０ｂに、基板Ｗと平行に配設される。整流板１６０ｄは、所定の厚さを有しており、その厚さ方向に複数の整流孔１６０ｅが形成されている。整流板１６０ｄに形成された整流孔１６０ｅは、ガス導入口１６０ｃから導入されたガスを整流して基板Ｗに向けて送る作用をする。なお、整流板１６０ｄは、ガス導入口１６０ｃと協働して、基板Ｗが保持される領域とインナーチャンバ外部との間にガスの圧力勾配を形成する機能をも有している。
なお、ガスシリンダなどの図示しない昇降機構を用いてアウターチャンバ１１０の内側でインナーチャンバ１２０を昇降可能としてもよい。この場合、端部１２２が基板Ｗの収納位置よりもやや高い位置（処理位置）と、当該処理位置よりも下方の位置（退避位置）との間で昇降する。ここで処理位置とは、基板Ｗに無電解めっきを施す時の位置であり、退避位置とは、基板Ｗの搬出入時や基板Ｗの洗浄等を行う時の位置である。
スピンチャック１３０は、基板Ｗを実質的に水平に保持する基板固定機構である。スピンチャック１３０は、回転筒体１３１、回転筒体１３１の上端部から水平に広がる環状の回転プレート１３２、回転プレート１３２の外周端に周方向に等間隔を空けて設けられた基板Ｗの外周部を支持する支持ピン１３４ａ、同じく基板Ｗの外周面を押圧する複数の押圧ピン１３４ｂを有している。図３に示すように、支持ピン１３４ａと押圧ピン１３４ｂは、互いに周方向にずらされ、例えば３つずつ配置されている。支持ピン１３４ａは、基板Ｗを保持して所定の収容位置に固定する固定具であり、押圧ピン１３４ｂは、基板Ｗを下方に押圧する押圧機構である。回転筒体１３１の側方には、モータ１３５が設けられており、モータ１３５の駆動軸と回転筒体１３１との間には無端状ベルト１３６が掛け回されている。すなわち、モータ１３５によって回転筒体１３１が回転するように構成される。支持ピン１３４ａおよび押圧ピン１３４ｂは水平方向（基板Ｗの面方向）に回転し、これらにより保持される基板Ｗも水平方向に回転する。
ガス供給部１６０は、アウターチャンバ１１０の中に窒素ガスなどの不活性ガス（以下単に「ガス」と呼ぶことがある）を基板Ｗに向けて供給する。前述したガス導入口１６０ｃ、整流孔１６０ｅを有する整流板１６０ｄを経て導入された窒素ガスやクリーンエアは、アウターチャンバ１１０の下端に設けられたドレン抜き１１８または１２４を介して回収される。
バックプレート１６５は、スピンチャック１３０が保持した基板Ｗの下面に対向し、スピンチャック１３０による基板Ｗの保持位置と回転プレート１３２との間に配設されている。バックプレート１６５は、ヒータを内蔵しており、回転筒体１３１の軸心を貫通するシャフト１７０と連結されている。バックプレート１６５の中には、その表面の複数個所で開口する流路１６６が形成されており、この流路１６６とシャフト１７０の軸心を貫通する流体供給路１７１とが連通している。流体供給路１７１には熱交換器１７５が配置されている。熱交換器１７５は、純水や乾燥ガス等の処理流体を所定の温度に調整する。すなわち、バックプレート１６５は、温度調整された処理流体を基板Ｗの下面に向けて供給する作用をする。シャフト１７０の下端部には連結部材１８０を介して、エアシリンダ等の昇降機構１８５が連結されている。すなわち、バックプレート１６５は、昇降機構１８５およびシャフト１７０により、スピンチャック１３０で保持された基板Ｗと回転プレート１３２との間を昇降するように構成されている。
図３に示すように、第１・第２の流体供給部１４０・１５０は、スピンチャック１３０により保持された基板Ｗの上面に処理液を供給する。第１・第２の流体供給部１４０・１５０は、処理液などの流体を貯留する流体供給装置２００と、供給用ノズルを駆動するノズル駆動装置２０５とを備えている。第１・第２の流体供給部１４０・１５０は、ハウジング１００の中でアウターチャンバ１１０を挟むようにしてそれぞれ配置されている。
第１の流体供給部１４０は、流体供給装置２００と接続された第１の配管１４１と、第１の配管１４１を支持する第１のアーム１４２と、第１のアーム１４２の基部に備えられステッピングモータなどを用いて当該基部を軸に第１のアーム１４２を旋回させる第１の旋回駆動機構１４３とを備えている。第１の流体供給部１４０は、無電解めっき処理液などの処理流体を供給する機能を有する。第１の配管１４１は、三種の流体を個別に供給する配管１４１ａ・１４１ｂ・１４１ｃを含み、それぞれ第１のアーム１４２の先端部においてノズル１４４ａ・１４４ｂ・１４４ｃと接続されている。このうち、前述の前洗浄工程では処理液および純水がノズル１４４ａから供給され、後洗浄工程では処理液および純水がノズル１４４ｂから供給され、めっき処理工程ではめっき液がノズル１４４ｃから供給される。
同様に、第２の流体供給部１５０は、流体供給装置２００と接続された第２の配管１５１と、第２の配管１５１を支持する第２のアーム１５２と、第２のアーム１５２の基部に備えられ第２のアーム１５２を旋回させる第２の旋回駆動機構１５３とを備えている。第２の配管１５１は、第２のアーム１５２の先端部においてノズル１５４と接続されている。第２の流体供給部１５０は、基板Ｗの外周部（周縁部）の処理を行う処理流体を供給する機能を有する。第１および第２のアーム１４２および１５２は、アウターチャンバ１１０に設けられたシャッター機構１１９を介して、スピンチャック１３０に保持された基板Ｗの上方を旋回する。
ここで、図４を参照して流体供給装置２００について詳細に説明する。流体供給装置２００は、第１・第２の流体供給部１４０・１５０に処理流体を供給する。図４に示すように、流体供給装置２００は、第１のタンク２１０、第２のタンク２２０、第３のタンク２３０、および、第４のタンク２４０を有している。
第１のタンク２１０は、基板Ｗの無電解めっき処理の前処理に使用される前洗浄処理液Ｌ１を貯留する。また、第２のタンク２２０は、基板Ｗの無電解めっき処理の後処理に使用される後洗浄処理液Ｌ２を貯留する。第１および第２のタンク２１０および２２０は、それぞれ処理液Ｌ１・Ｌ２を所定の温度に調整する温度調節機構（図示せず）を備えており、第１の配管１４１ａと接続された配管２１１および第２の配管１４１ｂと接続された配管２２１が接続されている。配管２１１および２２１には、それぞれポンプ２１２および２２２と、バルブ２１３および２２３とが備えられており、所定温度に調節された処理液Ｌ１・Ｌ２が、それぞれ第１の配管１４１ａ・第２の配管１４１ｂに供給されるように構成されている。すなわち、ポンプ２１２および２２２とバルブ２１３および２２３とをそれぞれ動作させることで、処理液Ｌ１およびＬ２が第１の配管１４１ａおよび第２の配管１４１ｂを通じてノズル１４４ａおよびノズル１４４ｂに送り出される。
第３のタンク２３０は、基板Ｗを処理するめっき液Ｌ３を貯留する。第３のタンク２３０は、第１の配管１４１ｃと接続された配管２３１が接続されている。配管２３１には、ポンプ２３２、バルブ２３３、および、めっき液Ｌ３を加熱する加熱器（例えば、熱交換器）２３４が設けられている。すなわち、めっき液Ｌ３は、加熱器２３４により温度調節され、ポンプ２３２およびバルブ２３３の協働した動作により第１の配管１４１ｃを通じてノズル１４４ｃに送り出される。
第４のタンク２４０は、基板Ｗの外周部の処理に用いる外周部処理液Ｌ４を貯留する。第４のタンク２４０は、第２の配管１５１と接続された配管２４１が接続されている。配管２４１には、ポンプ２４２およびバルブ２４３が設けられている。すなわち、外周部処理液Ｌ４は、ポンプ２４２およびバルブ２４３の協働した動作により第２の配管１５１を通じてノズル１５４に送り出される。
なお、第４のタンク２４０には、例えばフッ酸を供給する配管、過酸化水素水を供給する配管、および、純水Ｌ０を供給する配管も接続されている。すなわち、第４のタンク２４０は、これらの液を予め設定された所定の比率で混合し調整する作用をもすることになる。
なお、第１の配管１４１ａおよび第２の配管１４１ｂには、それぞれ純水Ｌ０を供給する配管２６５ａおよび２６５ｂが接続され、配管２６５ａにはバルブ２６０ａが設けられ、配管２６５ｂにはバルブ２６０ｂが設けられている。すなわち、ノズル１４４ａおよび１４４ｂは、純粋Ｌ０をも供給することができる。
ここで、図５を参照して、整流板１６０ｄについて詳細に説明する。図５は、図２に示すめっきユニット１１の上面側からみた整流板１６０ｄの構成を示す断面図である。図５に示すように、インナーチャンバ１２０内には、インナーチャンバ１２０の水平方向の断面形状にあわせた整流板１６０ｄが形成されている。整流板１６０ｄには、貫通した整流孔１６０ｅが複数形成されている。整流孔１６０ｅは、整流板１６０ｄの下方に保持される基板Ｗにむけてガス流を形成する作用をする。整流孔１６０ｅの大きさや向きは、基板Ｗ上のめっき処理が均一に行われるように設定される。
インナーチャンバ１２０の側壁１６０ｂには、複数のガス導入口１６０ｃが形成されている。ガス導入口１６０ｃは、例えば等間隔で四方向に形成され、ガス供給部１６０から供給されるガスを均等に導入する。すなわち、ガス導入口１６０ｃは、整流板１６０ｄの平面方向に偏りが生じないような位置に形成される。
続いて、図６を参照してガス供給部１６０について詳細に説明する。図６は、図２に示すめっきユニット１１のうち、ガス供給部１６０に関係する構成のみを示した図である。図６に示すように、この実施形態に係るめっきユニット１１は、Ｎ２などのガスを生成し併せて当該ガスの温度を調整するガス供給装置２７０と、ガス供給装置２７０が生成したガスのアウターチャンバ１１０内への供給量を制御するバルブ２７１と、アウターチャンバ１１０とインナーチャンバ１２０との間を流れるガスの排出およびその量を調整するバルブ２７２・ポンプ２７３と、インナーチャンバ１２０内を流れるガスの排出およびその量を調整するバルブ２７４・ポンプ２７５を備えている。
ガス供給装置２７０は、所定の温度のガスを生成する。ガス供給装置２７０が生成するガスは、基板Ｗに熱量を与える熱媒体として作用すると共に、基板Ｗの表面近傍から酸素などの酸化ガスを排除する作用をする。したがって、ガス供給装置２７０が生成するガスは酸化抑制ガスであることが望ましく、例えばＮ２などの不活性ガスなどを用いることができる。ガス供給装置２７０が生成するガスの温度は、基板Ｗのめっき処理温度程度とすることが望ましく、例えば５０℃〜８０℃程度である。以下の説明において、ガス供給装置２７０はＮ２を生成するものとして説明する。ガス供給装置２７０には、供給管１６０ａの一端が接続されており、生成したガスを供給管１６０ａに送り出す。
供給管１６０ａは、バルブ２７１を備えている。バルブ２７１は、プロセスコントローラ５１からの指示に基づき、ガス供給装置２７０が生成したガスの供給および供給量を制御する。ガスの供給量は、後述する排気用のバルブ２７２・２７４やポンプ２７３・２７５によるガス排気量やアウターチャンバ１１０内のガス圧などにより決定される。供給管１６０ａの他端は、アウターチャンバ１１０の上面と接続されており、供給管１６０ａを通じて供給されるガスは、アウターチャンバ１１０内に導入される。
バルブ２７２およびポンプ２７３は、ドレン抜き１１８に配設されている。バルブ２７２およびポンプ２７３は、プロセスコントローラ５１からの指示に基づき、アウターチャンバ１１０内のガスを排気する。前述のとおり、アウターチャンバ１１０からの排気量は、バルブ２７２およびポンプ２７３によるガス排気量およびガス圧によって決定され、プロセスコントローラ５１により制御される。なお、この実施形態ではバルブ２７２とガスを排気するポンプ２７３とが協働してアウターチャンバ１１０内を所定の雰囲気に維持しているが、バルブ２７２およびポンプ２７３のうちいずれか一方のみを配置することとしてもよい。
バルブ２７４およびポンプ２７５は、ドレン抜き１２４に配設されている。バルブ２７４およびポンプ２７５は、プロセスコントローラ５１からの指示に基づき、インナーチャンバ１２０内のガスを排気する。前述のとおり、インナーチャンバ１２０からの排気量は、バルブ２７４およびポンプ２７５によるガス排気量およびガス圧によって決定され、プロセスコントローラ５１により制御される。なお、この実施形態ではバルブ２７４とガスを排気するポンプ２７５とが協働してインナーチャンバ１２０内を所定の雰囲気に維持しているが、バルブ２７４およびポンプ２７５のうちいずれか一方のみを配置することとしてもよい。
図６に示すように、ガス供給装置２７０が生成したガスは、バルブ２７１、バルブ２７２・ポンプ２７３、およびバルブ２７４・ポンプ２７５の作用により、供給管１６０ａからインナーチャンバ１２０の上面および側壁１６０ｂを経て、その一部がガス導入口１６０ｃに流入する。ガス供給管１６０ａからガス導入口１６０ｃまでの流路は前述の通りコンダクタンスを構成している。ガス導入口１６０ｃから流入したガスは、整流板１６０ｄに形成された整流孔１６０ｅに流れ込み、整流されて基板Ｗに均等に吹き付けられる。基板Ｗに吹き付けられたガスは、基板Ｗの表面を円周方向に向けて流れ、ドレン抜き１２４からバルブ２７４・ポンプ２７５を経て排気される。一方、ガス導入口１６０ｃに取り込まれなかったガスは、そのままアウターチャンバ１１０とインナーチャンバ１２０との間を流れ、ドレン抜き１１８からバルブ２７２・ポンプ２７３を経て排気される。整流板１６０ｄの整流孔１６０ｅを通過したガスは、基板Ｗの表面を円周方向に向けて流れる気流となる。このガスの気流は、基板Ｗ表面近傍から酸化剤となりうる酸素などの活性ガスを排除すると共に、基板Ｗに熱量を与えて基板Ｗ表面でのめっき処理温度の維持を補助する作用をする。
次に、図１ないし図８を参照して、この実施形態に係る無電解めっきユニット１１の動作を説明する。図７は、この実施形態に係る無電解めっきユニット１１の動作、特に、めっき処理動作について説明するフローチャート、図８は、この実施形態に係る無電解めっきユニット１１の全体プロセスを示す図である。図７に示すように、この実施形態のめっきユニット１１は、前洗浄工程（図中「Ａ」）、めっき処理工程（同「Ｂ」）、後洗浄工程（同「Ｃ」）、裏面・端面洗浄工程（同「Ｄ」）、および乾燥工程（同「Ｅ」）の５つの工程を実現する。また、図７に示すように、この実施形態のめっきユニット１１は、基板裏面に加温された純水を供給する裏面純水供給ａ、基板端面を洗浄する端面洗浄ｂ、基板裏面を洗浄する裏面洗浄ｃ、めっき処理に続いて基板を洗浄する後洗浄ｄ、めっき処理ｅ、めっき処理に先立って基板を洗浄する前洗浄ｆ、および基板の親水度を調整する純水供給ｇの７つの処理液供給プロセスを実行する。
第１の基板搬送機構９は、搬出入部１のフープＦから基板Ｗを一枚ずつ搬出し、処理部２の受け渡しユニット１０に基板Ｗを搬入する。基板Ｗが搬入されると、第２の基板搬送機構１４は、基板Ｗを加熱ユニット１２および冷却ユニット１３に搬送し、基板Ｗは所定の熱処理が行われる。熱処理が終了すると、第２の基板搬送機構１４は、無電解めっきユニット１１内へ基板Ｗを搬入する。
ます、プロセスコントローラ５１は、前洗浄工程Ａを実行する。前洗浄工程Ａは、親水化処理、前洗浄処理、純水処理を含んでいる。
プロセスコントローラ５１は、モータ１３５を駆動してスピンチャック１３０に保持された基板Ｗを回転させる。スピンチャック１３０が回転すると、プロセスコントローラ５１は、ガス供給装置２７０に所定温度の不活性ガス（例えばＮ２ガス）の生成を指示するとともに、ノズル駆動装置２０５に第１の流体供給部１４０の駆動を指示する。ガス供給装置２７０が所定温度のガスを生成すると、プロセスコントローラ５１は、バルブ２７１およびバルブ２７２・ポンプ２７３を動作させてアウターチャンバ１１０内に所定の気圧のガス雰囲気を形成する。次いで、プロセスコントローラ５１は、バルブ２７４・ポンプ２７５を動作させ、導入口１６０ｃからインナーチャンバ１２０内の整流板１６０ｄへ、整流板１６０ｄから基板Ｗの表面へ、さらには基板表面から基板Ｗの周縁部（端部）へ向けたガスの流れを形成して、それぞれの間に圧力勾配を形成する。
ノズル駆動装置２０５は、第１の旋回駆動機構１４３を動作させて第１のアーム１４２を基板Ｗの上の所定位置（例えばノズル１４４ａが基板Ｗの中心部となる位置）に移動させる。併せて、ノズル駆動装置２０５は、第２の旋回駆動機構１５３を動作させて第２のアーム１５２を基板Ｗの上の周縁部に移動させる。それぞれ所定位置に達すると、プロセスコントローラ５１は、流体供給装置２００に親水化処理を指示する（Ｓ３０１）。流体供給装置２００は、バルブ２６０ａを開いて所定量の純水Ｌ０をノズル１４４ａに送る（図８中供給プロセスｇ）。このとき、ノズル１４４ａは、例えば基板Ｗの上方０．１〜２０ｍｍ程度の位置としておく。同様に、流体供給装置２００は、バルブ２４３を開いて処理液Ｌ４をノズル１５４に送る。この処理での処理液Ｌ４は、純水Ｌ０との関係で異なる親水化効果が得られるものを用いる。この親水化処理は、続く前洗浄液が基板Ｗ表面ではじかれることを防ぐとともに、めっき液が基板Ｗ表面から落ちにくくする作用をする。
続いて、プロセスコントローラ５１は、流体供給装置２００に前洗浄処理（図８中供給プロセスｆ）および裏面温純水供給（同ａ）を指示する。流体供給装置２００は、バルブ２６０ａを閉じて純水Ｌ０の供給を止めるとともにバルブ２４３を閉じて処理液Ｌ４の供給を止め、ポンプ２１２およびバルブ２１３を駆動させて前洗浄処理液Ｌ１をノズル１４４ａに供給する（Ｓ３０３）。ここで、ノズル１４４ａは基板Ｗの略中央部に移動した状態であるから、ノズル１４４ａは、基板Ｗの略中央部に前洗浄処理液Ｌ１を供給することになる。前洗浄処理液は有機酸などを用いるから、ガルバニックコロージョンを発生させることなく、銅配線上から酸化銅を除去し、めっき処理の際の核形成密度を上昇させることができる。
次いで、流体供給装置２００は、流体供給路１７１に純水を供給する。熱交換器１７５は、流体供給路１７１に送られる純水を温度調節し、バックプレート１６５に設けられた流路１６６を介して温度調節された純水を基板Ｗの下面に供給する。これにより、基板Ｗの温度がめっき処理に適した温度に維持される。なお、流体供給路１７１への純水の供給は、前述のステップ３０３（Ｓ３０３）と同時に開始しても同様の効果を得ることができる。
前洗浄処理が終了すると、プロセスコントローラ５１は、流体供給装置２００に純水処理（図８中供給プロセスｇ）を指示する（Ｓ３０５）。流体供給装置２００は、ポンプ２１２およびバルブ２１３を動作させて前洗浄処理液Ｌ１の供給を止めるとともに、バルブ２６０を開いて所定量の純水Ｌ０をノズル１４４ａに送る。ノズル１４４ａからの純水Ｌ０の供給により、前洗浄処理液を純水に置換することになる。これは、酸性である前洗浄処理液Ｌ１とアルカリ性のめっき処理液とが混合してプロセス不良が発生することを防ぐものである。
前洗浄工程Ａに続いて、プロセスコントローラ５１は、めっき処理工程Ｂを実行する。めっき処理工程Ｂは、めっき液置換処理、めっき液盛り付け処理、めっき液処理、純水処理を含んでいる。
プロセスコントローラ５１は、アウターチャンバ１１０内に供給しているガスの生成指示後、アウターチャンバ１１０内（またはアウターチャンバ１１０内およびインナーチャンバ１２０内）のガスの圧力を監視している。所定の圧力に達した場合、プロセスコントローラ５１は、流体供給装置２００およびノズル駆動装置２０５にめっき液置換処理を指示する（図８中供給プロセスｅ）。流体供給装置２００は、バルブ２６０ａを閉じて純水Ｌ０の供給を止めるとともに、ポンプ２３２とバルブ２３３を動作させてめっき液Ｌ３をノズル１４４ｃに供給する。一方、ノズル駆動装置２０５は、第１の旋回駆動機構１４３を動作させて、ノズル１４４ｃが基板Ｗの中央部〜周縁部〜中央部と移動（スキャン）するように第１のアーム１４２を旋回させる（Ｓ３１２）。めっき液置換処理では、めっき液供給ノズルが中央部〜周縁部〜中央部を移動し、基板Ｗが比較的高い回転数で回転する。この動作により、めっき液Ｌ３が基板Ｗ上を拡散して、基板Ｗの表面上の純水を迅速にめっき液に置換することができる。
めっき液置換処理が終わると、プロセスコントローラ５１は、スピンチャック１３０に保持された基板Ｗの回転速度を減速させ、流体供給装置２００およびノズル駆動装置２０５にめっき液盛り付け処理を指示する。流体供給装置２００は、継続してめっき液Ｌ３を供給し、ノズル駆動装置２０５は、第１の旋回駆動機構１４３を動作させて、ノズル１４４ｃが基板Ｗの中央部から周縁部に向けて徐々に移動させる（Ｓ３１４）。めっき液置換処理された基板Ｗの表面は、十分な量のめっき液Ｌ３が盛り付けられる。さらに、ノズル１４４ｃが基板Ｗの周縁部近傍に近づいた段階で、プロセスコントローラ５１は、基板Ｗの回転速度をさらに減速させる。
続いて、プロセスコントローラ５１は、流体供給装置２００およびノズル駆動装置２０５にめっき処理を指示する。ノズル駆動装置２０５は、第１の旋回駆動機構１４３を動作させて、ノズル１４４ｃが基板Ｗの中央部と周縁部の略中間位置に位置するように第１のアーム１４２を旋回させる。
次いで、流体供給装置２００は、ポンプ２３２とバルブ２３３を動作させてめっき液Ｌ３をノズル１４４ｃに断続的・間欠的に供給する（Ｓ３１７）。すなわち図７に示すように、ノズルが所定位置に配置されてめっき液が断続的・間欠的に供給される。基板Ｗは回転しているから、めっきＬ３を断続的（間欠的）に供給しても基板Ｗの全域にまんべんなくめっき液Ｌ３を行き渡らせることができる。なお、上記ステップ３１１・３１４・３１７の処理は、繰り返して行ってもよい。めっき液Ｌ３を供給して所定時間経過後、流体供給装置２００は、めっき液Ｌ３の供給を停止し、プロセスコントローラ５１は、基板Ｗの裏面への温純水の供給を停止する。併せて、プロセスコントローラ５１は、バルブ２７１およびバルブ２７２・ポンプ２７３・バルブ２７４・ポンプ２７５の動作を停止させて、ガスの流れを止める。このとき、プロセスコントローラ５１は、ガス供給装置２７０の動作をも停止させてもよい。
ガス供給装置２７０によるアウターチャンバ内の加圧を解除した後、プロセスコントローラ５１は、流体供給装置２００およびノズル駆動装置２０５に純水処理を指示する（図８中供給プロセスｇ）。プロセスコントローラ５１は、スピンチャック１３０に保持された基板Ｗの回転速度を増速させ、ノズル駆動装置２０５は、第１の旋回駆動機構１４３を動作させてノズル１４４ｃが基板Ｗの中央部に位置するように第１のアーム１４２を旋回させる。その後、流体供給装置２００は、バルブ２６０ａを開いて純水Ｌ０を供給する（Ｓ３２１）。これにより、基板Ｗ表面に残っためっき液を除去して後処理液とめっき液とが混ざることを防ぐことができる。
めっき処理工程Ｂに続いて、プロセスコントローラ５１は、後洗浄工程Ｃを実行する。後洗浄工程Ｃは、後薬液処理および純水処理を含んでいる。
プロセスコントローラ５１は、流体供給装置２００に後薬液処理を指示する（図８中供給プロセスｄ）。流体供給装置２００は、バルブ２６０ａを閉じて純水Ｌ０の供給を停止させるとともに、ポンプ２２２およびバルブ２２３を動作させて後洗浄処理液Ｌ２をノズル１４４ｂに供給する（Ｓ３３０）。後洗浄処理液Ｌ２は、基板Ｗの表面の残渣物や異常析出しためっき膜を除去する作用をする。
後薬液処理に続いて、プロセスコントローラ５１は、流体供給装置２００に純水処理を指示する（図８中供給プロセスｇ）。流体供給装置２００は、ポンプ２２２およびバルブ２２３を動作させて後洗浄処理液Ｌ２の供給を停止させるとともに、バルブ２６０ｂを開いて純水Ｌ０を供給する（Ｓ３３１）。
後洗浄工程Ｃに続いて、プロセスコントローラ５１は、裏面・端面洗浄工程Ｄを実行する。裏面・端面洗浄工程Ｄは、液除去処理、裏面洗浄処理、端面洗浄処理を含んでいる。
プロセスコントローラ５１は、流体供給装置２００に液除去処理を指示する。流体供給装置２００は、バルブ２６０ｂを閉じて純水Ｌ０の供給を停止し、プロセスコントローラ５１は、スピンチャック１３０に保持された基板Ｗの回転速度を増速する。この処理は、基板Ｗの表面を乾燥させて基板Ｗの表面の液除去を目的としている。
液除去処理が終わると、プロセスコントローラ５１は、流体供給装置２００に裏面洗浄処理を指示する。まず、プロセスコントローラ５１は、まずスピンチャック１３０に保持された基板Ｗの回転速度を減速させる。続いて、流体供給装置２００は、流体供給路１７１に純水を供給する（図８中供給プロセスａ）。熱交換器１７５は、流体供給路１７１に送られる純水を温度調節し、バックプレート１６５に設けられた流路を介して温度調節された純水を基板Ｗの裏面に供給する（Ｓ３４２）。純水は、基板Ｗの裏面側を親水化する作用をする。次いで、流体供給装置２００は、流体供給路１７１への純水供給を停止させ、代わりに裏面洗浄液を流体供給路１７１へ供給する（Ｓ３４３）。裏面洗浄液は、めっき処理における基板Ｗの裏面側の残渣物を洗浄除去する作用をする（図８中供給プロセスｃ）。
その後、プロセスコントローラ５１は、流体供給装置２００およびノズル駆動装置２０５に端面洗浄処理を指示する。流体供給装置２００は、基板Ｗの裏面へ裏面洗浄液の供給を停止し、替わりに熱交換器１７５により温度調節された純水を流体供給路１７１へ供給する（Ｓ３４４）（図８中供給プロセスａ）。
続いて、ノズル駆動装置２０５は、第２の旋回駆動機構１５３を動作させてノズル１５４が基板Ｗの端部に位置するように第２のアーム１５２を旋回させ、プロセスコントローラ５１は、基板Ｗの回転数を１５０〜３００ｒｐｍ程度に増速させる。同様に、ノズル駆動装置２０５は、第１の旋回駆動機構１４３を動作させてノズル１４４ｂが基板Ｗの中央部に位置するように第１のアーム１４２を旋回させる。流体供給装置２００は、ノズル２６０ｂを開いて純水Ｌ０をノズル１４４ｂに供給するとともに、ポンプ２４２およびノズル２４３を動作させて外周部処理液Ｌ４をノズル１５４に供給する（図８中供給プロセスａ・ｇ）。すなわち、この状態では、基板Ｗの中央部に純粋Ｌ０、同じく端部に外周部処理液Ｌ４が供給され、基板Ｗの裏面に温度調節された純水が供給されていることになる（Ｓ３４６）。
裏面・端面洗浄工程Ｄに続いて、プロセスコントローラ５１は、乾燥工程Ｅを実行する。乾燥工程Ｅは、乾燥処理を含んでいる。
プロセスコントローラ５１は、流体供給装置２００およびノズル駆動装置２０５に乾燥処理を指示する。流体供給装置２００は、全ての処理液供給を停止させ、ノズル駆動装置２０５は、第１のアーム１４２および第２のアーム１５２を基板Ｗの上方から退避させる。また、プロセスコントローラ５１は、基板Ｗの回転速度を８００〜１０００ｒｐｍ程度まで増速して基板Ｗを乾燥させる（Ｓ３５１）。乾燥処理が終わると、プロセスコントローラ５１は、基板Ｗの回転を停止させる。
めっき処理工程が終了すると、第２の基板搬送機構１４の搬送アーム１４Ａは、窓１１５を介して基板Ｗをスピンチャック１３０から取り出す。
ここで、図９を参照して、ガス供給装置２７０によるガス供給およびインナーチャンバ１２０内のガス雰囲気形成の作用について説明する。図９は、基板上を流れるめっき液が酸素を取り込む様子を示す模式図である。
前述のとおり、基板Ｗのめっき処理においては、基板Ｗを回転させた状態で基板Ｗ上にめっき処理液を塗布する。そして、めっき処理液Ｌ３がノズル１４４ｃから基板Ｗの処理面に到達するまでの間は、めっき処理液Ｌ３はアウターチャンバ１１０内の雰囲気にさらされる。このとき、アウターチャンバ１１０内の雰囲気が通常の大気であると、めっき処理液Ｌ３は基板Ｗの処理面に到達するまでに空気中の酸素を取り込んでしまうおそれがある。
また、めっき処理液Ｌ３が基板Ｗの表面に到達すると、めっき処理液Ｌ３は、基板Ｗの回転によって円周方向に流れて基板Ｗ全面に行き渡る。このとき、基板Ｗの表面の材質が、例えば層間絶縁膜などの場合、膜自体の撥水性がＣｕパターン等と比較して高いため、めっき処理液Ｌ３が基板Ｗの表面を流れていく過程において空間中のガスを取り込みやすくなることが知られている。このことは、層間絶縁膜上に形成したＣｕパターンの粗密が、めっき処理液Ｌ３が取り込む酸素の量（めっき処理液Ｌ３の溶存酸素の量）に影響を与えることを意味している（図９）。これらのようにして発生しためっき処理液中の溶存酸素は、めっきの成長を悪化させてしまう。
この実施形態のめっきユニット１１では、不活性ガスを基板Ｗ表面に吹き付けてアウターチャンバ１１０内を不活性ガス雰囲気に調整するので、めっき処理液Ｌ３が基板Ｗの処理面に到達するまでの間に酸素を取り込んでしまう現象を抑えることができる。同様に、基板Ｗの表面を円周方向に流れるめっき処理液Ｌ３が、当該表面の撥水性（特に層間絶縁膜が形成された基板被処理面上のＣｕパターンの粗密）に起因して雰囲気中の酸素を取り込んでしまう現象をも抑えることができる。結果として、めっき処理液Ｌ３の容存酸素の量を抑えて、均質なめっき処理を実現することができる。
均質なめっき処理を妨げる他の要因として、基板Ｗおよびめっき処理液Ｌ３の温度低下が挙げられる。めっき処理によるめっき成長レートは、めっき処理液や基板Ｗの温度変化の影響を受けやすい。この実施形態においても、めっき処理液Ｌ３は加熱器２３４により温度調節されているが、ノズル１４４ｃから吐出されためっき処理液Ｌ３は、基板Ｗに到達するまでに温度が低下してしまう。例えば、めっき処理を５０〜８０℃程度とした場合、アウターチャンバ１１０内を通常の室温大気の雰囲気（２５℃前後）とすると、めっき処理液Ｌ３がノズル１４４ｃから離れた直後から温度低下がスタートしてしまう。この実施形態のめっき処理では、基板Ｗを回転させてめっき処理液Ｌ３を基板Ｗの全面に行き渡らせているから、特に基板Ｗのエッジ領域において温度低下が顕著となる。この現象を抑制するため、基板Ｗ自体を加温する等の方法が採られるが、基板Ｗの処理面側を直接加温することは一般に困難であるし、めっき処理液Ｌ３そのものの温度低下を防ぐことにはならない。
そこでこの実施形態のめっきユニット１１では、基板Ｗの処理面に対向させた吹出し部１６０ｂから温度調節された不活性ガスを基板Ｗに対して吹き付けている。ガス供給装置２７０が生成する不活性ガスの温度を所定のめっき処理温度（あるいはそれよりも若干高め）としておけば、基板Ｗの処理面側の温度低下を防ぐと共に基板Ｗに塗布されるめっき処理液Ｌ３の温度低下自体をも防ぐことが可能となる。
すなわち、この実施形態のめっきユニット１１では、めっき処理中（あるいは基板Ｗがアウターチャンバ１１０に搬入されてからめっき処理が終了するまでの間）にアウターチャンバ１１０内を陽圧かつめっき処理温度に調整された不活性ガス雰囲気とするので、めっき処理液Ｌ３に酸素等が溶け込むのを防ぐと共にめっき処理液Ｌ３および基板Ｗの温度低下を抑えることができる。その結果、均質なめっき処理を実現することができる。なお、この実施形態ではガスの供給によりめっき処理液の溶存酸素抑制と温度調節を合わせて実現しているが、どちらか一方でも一定の効果を得ることが可能である。例えば、ガス供給装置２７０が不活性ガスに代えて所定温度に調節した大気を供給するものとした場合、めっき処理液Ｌ３の溶存酸素抑制効果は薄れるものの、めっき処理液Ｌ３および基板Ｗの温度低下防止効果は期待できる。
ここで、表１を参照して、アウターチャンバ１１０内の雰囲気を大気とした場合と不活性ガス（Ｎ２ガス）とした場合の実験例について説明する。表１は、大気雰囲気と窒素ガス雰囲気それぞれについて、めっき率の変化を実測した例を示す表である。
通常の大気雰囲気（酸素濃度約２０％）とＮ２ガス雰囲気（酸素濃度２％未満）の２つの雰囲気において、２つのＣｕ配線パターンにめっき処理を施し、それぞれのめっき率を計測した。ここでめっき率とは、全パターンに占めるめっき処理が成功したパターンの割合である。Ｃｕ配線パターンの幅を１００ｎｍとし、Ｃｕ配線パターンの間隔を１００ｎｍ間隔と３００ｎｍ間隔の２つについて、それぞれウェハ中央およびウエハエッジにおけるめっき処理の様子について調べた。
Figure 0004660579
前述の通り、一般に基板の層間絶縁膜などはＣｕ表面よりも撥水性が高い。したがって、パターン間隔が相対的に広いほど、めっき率が低くなる傾向がみられる。これは、図９に示すように、めっき処理液が基板Ｗ上を流れていく過程において、撥水性の高い基板表面の区間が長いほど、めっき処理液の基板表面との界面近傍で雰囲気中の酸素をより多く取り込んでしまうためと考えられる。したがって、パターン間隔が広い方がめっきの成膜条件としては悪いことになる。表１に示すように、大気雰囲気中では、３００ｎｍ間隔のパターンではほとんどめっきが成長せず、１００ｎｍ間隔のパターンでも基板エッジ部において全体の５０％程度しか良好なめっきの成長が得られなかった。一方、Ｎ２雰囲気中では、パターン間隔によらず９割以上の割合で良好なめっき膜を得ることができた。すなわち、Ｎ２雰囲気中では、パターン間隔が広く条件の厳しい場合でも良好なめっき膜を得ることができた。
図１ないし図４に示す実施形態の無電解めっきユニットによれば、めっき処理工程（およびその前段行程）においてアウターチャンバ内を温度調整されたガス雰囲気としたので、めっき処理液および基板Ｗの温度低下を防ぐことができる。また、この実施形態の無電解めっきユニットによれば、アウターチャンバ内を不活性ガス雰囲気としたので、めっき処理液Ｌ３に大気中の酸素（あるいは酸化剤として作用する気体）が溶け込むことを防ぐことができる。結果として、均質なめっき処理を実現することができる。
次に、この実施形態に係るめっきユニットの変形例について説明する。図１０は、図２および図６に示すめっきユニット１１の変形例を示す図である。図１０に示す変形例は、図６に示す実施形態のめっきユニットのうち、インナーチャンバ１２０および整流板１６０ｄの形状のみを変更したものであるから、共通する要素については同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
この変形例では、インナーチャンバが、図６に示すインナーチャンバ１２０のように閉空間を形成してガスの流路を形成せず、基板Ｗから飛散する処理液を受ける作用のみを奏する。すなわち、ガス供給管１６０ａは、整流孔１６０ｇを複数備えたシャワーヘッド１６０ｆと直接接続されている。シャワーヘッド１６０ｆは、保持された基板Ｗと対向する位置に配設される。図９に示す変形例では、シャワーヘッド１６０ｆが、ガスの流れにコンダクタンスを与えるとともに、基板Ｗへのガスの流れを整流する作用をする。この変形例では、簡単な構成で基板Ｗに向けて所定のガスの流れを形成することができる。
なお、本発明は上記実施形態およびその変形例のみに限定されるものではない。本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明は、半導体製造業に適用することができる。
本発明に係る一つの実施形態の半導体製造装置の構成を示す平面図である。 この実施形態の半導体製造装置における無電解めっきユニットを示す断面図である。 この実施形態の半導体製造装置における無電解めっきユニットを示す平面図である。 この実施形態の半導体装置における流体供給装置の構成を示す図である。 図２に示す無電解めっきユニットのうち、整流板の構成を示す断面図である。 図２に示すめっきユニット１１のうち、ガス供給部に関係する構成のみを示した図である。 この実施形態に係る無電解めっきユニットの動作を示すフローチャートである。 この実施形態に係る無電解めっきユニットの全体プロセスを示す図である。 基板上を流れるめっき液が酸素を取り込む様子を示す模式図である。 図６に示すめっきユニット１１の変形例を示す図である。
符号の説明
１…搬出部、２…処理部、３…搬送部、５…制御装置、１１…無電解めっきユニット、５１…プロセスコントローラ、１１０…アウターチャンバ、１２０…インナーチャンバ、１３０…スピンチャック、１３２…回転プレート、１３４ａ…支持ピン、１３４ｂ…押圧ピン、１４０…第１の流体供給部、１４２…第１のアーム、１４３…第１の旋回駆動機構、１４４ａ・１４４ｂ・１４４ｃ…ノズル、１５０…第２の流体供給部、１５２…第２のアーム、１５３…第２の旋回駆動機構、１５４…ノズル、１６０…ガス供給部、１６５…バックプレート、１６６…流路、１７０…シャフト、１７１…流体供給路、１７５…熱交換器、２００…流体供給装置、２０５…ノズル駆動装置。

Claims (4)

  1. 二つ以上の撥水性が異なる領域を有する基板の被処理面にキャップメタルを形成する方法であって、
    前記基板をインナーチャンバ内に配設された回転可能な保持機構に水平保持する保持ステップと、
    前記インナーチャンバを覆うアウターチャンバの上面に配設されたガス供給孔を介して、前記インナーチャンバと前記アウターチャンバ間に所定のめっき処理温度以上の不活性ガスを供給するガス供給ステップと、
    前記インナーチャンバとアウターチャンバ間に圧力勾配を形成する圧力勾配形成ステップと、
    前記ガス供給ステップによりインナーチャンバ内の前記不活性ガスの圧力が所定の値となった後に、前記基板の前記被処理面の所定位置に前記めっき処理温度のめっき液を供給して、前記領域の少なくともひとつにキャップメタルを形成するめっき液供給ステップと
    を有するキャップメタル形成方法。
  2. 前記めっき液供給ステップによりキャップメタルが形成される領域が銅パターンであることを特徴とする請求項１記載のキャップメタル形成方法。
  3. 前記圧力勾配形成ステップは、前記インナーチャンバ側壁に形成されたガス導入口を介して前記不活性ガスを導入し、前記インナーチャンバ内部にあって前記基板の被処理面の上部に配設された整流板を通して、前記基板の被処理面に前記不活性ガスを均等に吹き付けることを特徴とする請求項１または２記載のキャップメタル形成方法。
  4. 前記圧力勾配形成ステップは、さらに、アウターチャンバもしくはインナーチャンバに独立に接続されたガス排気ポンプおよびバルブを操作してガス排出量を調整することによって、基板に吹き付けられた前記不活性ガスの円周方向に向けた流れを形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のキャップメタル形成方法。
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