JP3919474B2 - めっき方法及びめっき装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき方法及びめっき装置に係り、特に半導体基板の表面に形成した配線用の微細窪みにめっきにより銅を埋込んで銅配線を形成するのに使用されるめっき方法及びめっき装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、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、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜し、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図３９は、この種の銅配線基板Ｗの製造例を工程順に示すもので、図３９（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からなる酸化膜２を堆積し、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を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリア層５、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７を形成する。
【０００４】
そして、図３９（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基材１のコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填するとともに、酸化膜２上に銅膜６を堆積する。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、酸化膜２上の銅膜６を除去して、コンタクトホール３および配線用の溝４に充填させた銅膜６の表面と酸化膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図３９（ｃ）に示すように銅膜６からなる配線が形成される。
【０００５】
ここに、シード層７は、一般にスパッタリングやＣＶＤによって形成され、また、銅膜６を形成する電解銅めっきにあっては、めっき液として、その組成に硫酸銅と硫酸を含む硫酸銅めっき液が一般に使用されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
微細配線化が進み、配線溝或いはプラグの形状が高アスペクト比となるに従って、スパッタリング等で形成されるシード層が溝底部まで均一に届かなくなり、図４０（ａ）に示すように、溝底部の側壁におけるシード層７の膜厚ｔ_１が基板表面付近における膜厚ｔ_２に比べ１／１０またはそれ以下になる可能性がある。このような状態で硫酸銅めっき液を使用した電解銅めっきで銅の埋込みを行うと、シード層７の極端に薄い部分には電流が流れ難くなるために、図４０（ｂ）に示すように、銅膜６の内部にめっき未析出部（ボイド）８ができる。これを防止するため、シード層７の膜厚を厚くして溝底部に均一な膜を付けようとすると、溝の入口部分に銅が厚くついてしまうために、結果的に入口が先に閉じてボイドができる。
【０００７】
一方、硫酸銅等のベースに錯化剤及びｐＨ調整剤を添付して、ｐＨを中性付近に維持するようにした銅めっき液が開発されているが、これらの銅めっき液は、安定性が乏しく実用的でないばかりでなく、このｐＨ調整剤には、一般にナトリウムやカリウム等のアルカリ金属が含まれており、このようにアルカリ金属が混入しためっき液を半導体分野に使用すると、エレクトロマイグレーションを引き起こして半導体を劣化させてしまう。なお、シアン化銅系の銅めっき液もあるが、シアンは人体に有害であるので、作業面や環境面からその使用を避けることが求められている。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、アルカリ金属やシアンを含むことなく、シード層の薄肉部を補強したり、高アスペクト比の微細窪みの内部に銅を確実に埋込む銅めっきを施すことができるようにした銅めっき液を使用しためっき方法及びめっき装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、シード層で覆われた微細窪みを有する基板にめっきを施して該微細窪みに金属を充填するめっき方法において、前記基板を、濃度が１〜１０ｇ／Ｌの２価の銅イオンと錯化剤とを有し、アルカリ金属及びシアンを含まない物質からなり、下記の第２のめっき液より分極が大きい第１のめっき液中に浸漬させて、前記シード層を補強する第１段めっき処理を行い、しかる後、前記基板を、第２のめっき液中に浸漬させて、前記微細窪みの内部に銅を埋込む第２段めっき処理を行うことを特徴とするめっき方法である。このように、銅めっき液中に錯化剤を有することで、めっき浴としての分極を大きくして均一電着性を向上させることができ、これによって、シード層の薄い部分の補強や高アスペクト比のトレンチやホール等の微細窪みの奥までの銅の均一な埋込みが可能となる。しかも析出するめっきは緻密であり、マイクロボイドの危険も回避できる。更に、アルカリ金属及びシアンを含んでいないので、アルカリ金属の存在に伴うエレクトロマイグレーションによって半導体を劣化させてしまうことを防止するとともに、シアンの使用を避けるとの要請に応えることができる。
【００１０】
ここで、２価の銅イオンの濃度は、低いと電流効率が悪くなって銅の析出効率が落ち、高いと電着性が悪くなるため、０．１〜１００ｇ／Ｌ程度が好ましく、１〜１０ｇ／Ｌ程度がより好ましい。また、錯化剤の濃度は、低いと銅の錯体化が完全にされず沈殿物が発生し易くなり、高いとヤケめっき状態となり外観が悪くなるばかりでなく、排水処理困難となるため、１〜５００ｇ／Ｌ程度が好ましく、２０〜２００ｇ／Ｌ程度がより好ましい。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記錯化剤が、エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ'，Ｎ''，Ｎ'''エチレンジニトロテトラプロパン−２オール、ピロリン酸、イミノ二酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジアミノブタン、ヒドロキシエチルエチレンジアミン、エチレンジアミンテトラプロピオン酸、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸、ジエチレントリアミンテトラメチレンホスホン酸、ジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸またはそれらの誘導体であることを特徴とする請求項１記載のめっき方法である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記第１のめっき液は、ｐＨ調整剤として、コリンまたは水酸化テトラメチルアンモニウムを更に有することを特徴とする請求項１または２記載のめっき方法である。このように、必要に応じてｐＨ調整剤を添加して、めっき液をｐＨ７〜１４、好ましくはｐＨ８〜１１，より好ましくはｐＨ８〜９程度にすることにより、ｐＨが低すぎて錯体が有効に結びつかずに不完全となったり、逆に高すぎて錯体が別の形となって沈殿物ができることを防止することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記第１のめっき液中における錯化剤の濃度は、２０〜２００ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１記載のめっき方法である。
【００１４】
本発明のめっき方法によれば、例えシード層に薄肉部があっても、この薄肉部を第１段めっき処理で補強して完全なものとし、第２段めっき処理で、この完全となったシード層を給電層として微細窪みの内部に銅等の金属を埋込みながら表面を平坦としためっき膜を形成することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、シード層で覆われた微細窪みを有する基板を、濃度が１〜１０ｇ／Ｌの２価の銅イオンと錯化剤とを有し、アルカリ金属及びシアンを含まない物質からなり、下記の第２のめっき液より分極が大きい第１のめっき液中に浸漬させて、前記シード層を補強する第１段めっき処理を行う第１のめっき処理部と、前記第１のめっき処理部のめっき槽に第１のめっき液を供給する第１のめっき液供給手段と、前記第１段めっき処理によってシード層を補強した基板を、第２のめっき液中に浸漬させて、前記微細窪みの内部に銅を埋込む第２段めっき処理を行う第２のめっき処理部と、前記第２のめっき処理部のめっき槽に第２のめっき液を供給する第２のめっき液供給手段と、前記基板を第１のめっき処理部から第２のめっき処理部に搬送する搬送手段とを有することを特徴とするめっき装置である。
請求項６に記載の発明は、前記第１のめっき液中における錯化剤の濃度は、２０〜２００ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項５記載のめっき装置である。
【００１６】
【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めっき装置の平面配置図を示す。このめっき装置は、ロード・アンロード部１０、各一対の洗浄・乾燥処理部１２、第１基板ステージ１４、ベベルエッチ・薬液洗浄部１６及び第２基板ステージ１８、基板を１８０゜反転させる機能を有する水洗部２０及び４基のめっき処理部２２を有している。更に、ロード・アンロード部１０、洗浄・乾燥処理部１２及び第１基板ステージ１４の間で基板の受渡しを行う第１搬送装置２４と、第１基板ステージ１４、ベベルエッチ・薬液洗浄部１６及び第２基板ステージ１８の間で基板の受渡しを行う第２搬送装置２６と、第２基板ステージ１８、水洗部２０及びめっき処理部２２の間で基板の受渡しを行う第３搬送装置２８が備えられている。
【００１７】
めっき装置の内部は、仕切り壁７１１によってめっき空間７１２と清浄空間７１３に仕切られ、これらの各めっき空間７１２と清浄空間７１３は、それぞれ独自に給排気できるようになっている。そして、仕切り壁７１１には、開閉自在なシャッタ（図示せず）が設けられている。また、清浄空間７１３の圧力は、大気圧より低く、かつめっき空間７１２の圧力より高くしてあり、これにより、清浄空間７１３内の空気がめっき装置の外部に流出することがなく、かつめっき空間７１２内の空気が清浄空間７１３内に流入することがないようになっている。
【００１８】
図２は、めっき装置内の気流の流れを示す。清浄空間７１３においては、配管７３０より新鮮な外部空気が取込まれ、この外部空気は、ファンにより高性能フィルタ７３１を通して清浄空間７１３内に押込まれ、天井７３２ａよりダウンフローのクリーンエアとして洗浄・乾燥処理部１２及びベベルエッチ・薬液洗浄部１６の周囲に供給される。供給されたクリーンエアの大部分は、床７３２ｂから循環配管７３３を通して天井７３２ａ側に戻され、再び高性能フィルタ７３１を通してファンにより清浄空間７１３内に押込まれて清浄空間７１３内を循環する。一部の気流は、洗浄・乾燥処理部１２及びベベルエッチ・薬液処理部１６内から配管７３４により外部に排気される。これにより、清浄空間７１３内は、大気圧より低い圧力に設定される。
【００１９】
水洗部２０及びめっき処理部２２が存在するめっき空間７１２は、清浄空間ではない（汚染ゾーン）とはいいながらも、基板表面にパーティクルが付着することは許されない。このため、配管７３５から取込まれ高性能フィルタ７３６を通して天井７３７ａ側からファンによりめっき空間７１２内に押込まれたダウンフローのクリーンエアを流すことにより、基板にパーティクルが付着することを防止している。しかしながら、ダウンフローを形成するクリーンエアの全流量を外部からの給排気に依存すると、膨大な給排気量が必要となる。このため、めっき空間７１２内を清浄空間７１３より低い圧力に保つ程度に配管７３８より外部排気を行い、ダウンフローの大部分の気流を床７３７ｂから延びる循環配管７３９を通した循環気流でまかなうようにしている。
【００２０】
これにより、循環配管７３９から天井７３７ａ側に戻ったエアは、再びファンにより押込まれ高性能フィルタ７３６を通ってめっき空間７１２内にクリーンエアとして供給されて循環する。ここで、水洗部２０、めっき処理部２２、搬送装置２８及びめっき液調整タンク７４０からの薬液ミストや気体を含むエアは、前記配管７３８を通して外部に排出されて、めっき空間７１２内は、清浄空間７１３より低い圧力に設定される。
【００２１】
前記めっき処理部２２は、図３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３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。
【００２２】
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。
【００２３】
このめっき液供給路は、図４に示すめっき液供給管５５を介してめっき液調整タンク４０に接続され、このめっき液供給管５５の途中に、二次側の圧力を一定に制御する制御弁５６が介装されている。
【００２４】
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。
【００２５】
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をオーバー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をオーバー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が設けられている。第２めっき液排出口５９と第３めっき液排出口１２０を流れるめっき液は、めっき槽の下端部で一緒になって排出される。第３めっき液排出口１２０を設ける代わりに、図９に示すように、堰部材５８の下部に所定間隔毎に所定幅の開口２２２を設け、この開口２２２を通過させためっき液を第２めっき液排出口５９に排出するようにしてもよい。
【００２６】
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か、または、開口２２２を通過させて第２めっき液排出口５９から外部に排出し、同時に、図９（ａ）に示すように、堰部材５８をオーバーフローさせ、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か、または第３めっき液排出口１２０を設ける代わりに、図９（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。
【００２７】
更に、図９（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。
【００２８】
図４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。
【００２９】
このリザーバ２２６に入っためっき液は、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、サンプル液を取り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、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がめっき処理部２２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からめっき処理部２２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。
【００３０】
図３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。
【００３１】
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９６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８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。
【００３２】
これによって、図６に示すように、めっき液４５の液面を下げた状態で、図７及び図８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から引き抜いた後、押圧リング２４０を下降させることで、基板Ｗの周縁部をシール材２４４と押圧リング２４０の下面で狭持して基板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。
【００３３】
図３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。
【００３４】
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２６６が取付けられている。
【００３５】
これによって、図６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をオーバー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ー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。
【００３６】
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１０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。
【００３７】
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。
【００３８】
図１１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。
【００３９】
次に、このめっき処理部２２によるめっき処理について説明する。
先ず、めっき処理部２２に基板を受渡す時には、図１に示す第３搬送装置２８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９６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から引き抜く。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。
【００４０】
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。
【００４１】
通電を終了した後、図９（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Ｗ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。
【００４２】
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、第３搬送装置２８の吸着ハンドを、その吸着面を下に向けて、ハウジング７０の開口９６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９６の上部の位置にまで移動させて、ハウジング７０の開口９６から吸着ハンドとそれに保持した基板を取り出す。
【００４３】
このめっき処理部２２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。
【００４４】
図１２は洗浄・乾燥処理部１２を示す概略図であり、洗浄・乾燥処理部１２では、半導体基板Ｗの表面及び裏面をＰＶＡスポンジロール９−２，９−２でスクラブ洗浄する。ノズル９−４から噴出する洗浄水としては、純水が主であるが、界面活性剤やキレート剤若しくは両者を混合した後にｐＨ調整を行い、酸化銅のゼーター電位にあわせたものを使用してもよい。また、ノズル９−４には超音波振動素子９−３を設け、噴出する洗浄水に超音波振動を加えてもよい。なお、符号９−１は半導体基板Ｗを水平面内で回転させるための回転用コロである。
【００４５】
ベベルエッチ・薬液洗浄部１６は、エッジ（ベベル）Ｃｕエッチングと裏面洗浄が同時に行え、また基板表面の回路形成部の銅の自然酸化膜の成長を抑えることが可能である。図１３に、ベベルエッチ・薬液洗浄部１６の概略を示す。図１３に示すように、ベベルエッチ・薬液洗浄部１６は、有底円筒状の防水カバー４２０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４２１により水平に保持して高速回転させる基板保持部４２２と、この基板保持部４２２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４２４と、基板Ｗの周縁部の上方に配置されたエッジノズル４２６とを備えている。センタノズル４２４及びエッジノズル４２６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４２８が上向きで配置されている。前記エッジノズル４２６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。
【００４６】
このエッジノズル４２６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。
【００４７】
次に、このベベルエッチ・薬液洗浄部１６による処理方法について説明する。まず、基板をスピンチャック４２１を介して基板保持部４２２で水平に保持した状態で、半導体基板Ｗを基板保持部４２２と一体に水平回転させる。この状態で、センタノズル４２４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４２６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。
【００４８】
これにより、半導体基板Ｗの周縁部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４２４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。
【００４９】
すなわち、表面からＨＦを流すことで、めっきの時に形成された表面の酸化銅を除去することができ、またエッチング中にも酸化膜の形成が起きない。半導体基板の表面に銅の酸化膜が存在するとＣＭＰのときに酸化銅の部分のみ先に研磨されてしまうため、ＣＭＰ後の表面の平坦性に悪影響を与えてしまうが、このように銅の酸化膜を除去することで、このような弊害を回避できる。
【００５０】
なお、センタノズル４２４からの酸溶液の供給を停止した後、エッジノズル４２６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。
【００５１】
つまり、例えば、Ｓｉのような活性面が露出する基板の場合には、Ｈ_２Ｏ_２を後に止めて表面を酸化し不活性化することで、その後のＣＭＰでスクラッチの原因となる大きなパーティクルの吸着を防ぐことができる。このように、Ｈ_２Ｏ_２で銅を酸化し、その酸化した銅をＨＦで除去する工程を繰り返すことにより、混合液を使用して銅の酸化と除去を同時に行う場合に比較して、銅の除去率を向上させることができる。
【００５２】
一方、バックノズル４２８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。
【００５３】
これにより、酸化剤供給を先に停止すれば疎水面が得られ、エッチング剤溶液を先に停止すれば飽水面（親水面）が得られて、その後のプロセスの要求に応じた裏面に調整することもできる。このように酸溶液すなわちエッチング液を基板に供給して、基板Ｗの表面に残留する金属イオンを除去した後、更に純水を供給して、純水置換を行ってエッチング液を除去し、その後、スピン乾燥を行う。このようにして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、エッジのエッチングカット幅を任意（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。
【００５４】
図１４乃至図１７は、前記洗浄・乾燥処理部１２及びベベルエッチ・薬液洗浄部１６に使用して最適な基板回転装置４４０を示す。この基板回転装置４４０は、基板Ｗを水平に保持して回転させるためのものであり、水平に設定されて、回転駆動軸４４２によって回転される円板状の回転部材４４４と、基板Ｗを回転部材４４４上に保持するための複数の保持部材４４６とを有している。この保持部材４４６は、回転駆動軸４４２を中心とする円に沿って所定間隔（図示の例では、６０°）を空けて回転部材４４４の外周縁部分に設けられて、基板Ｗの周縁Ｗ′に係合することにより、基板Ｗを水平に保持する。図１４において、参照番号４４７は、回転駆動軸４４２とモータＭとを駆動連結するためのベルト駆動装置であり、Ｈは当該回転保持装置４４０を収納するハウジングで、ノズルＮによって基板Ｗ上に供給される洗浄液等が周囲に飛散するのを防いで集め、排出管Ｄから排出するようになっている。
【００５５】
図１６に保持部材４４６の詳細を示す。すなわち、保持部材４４６は、ほぼ円柱状で、その上部先端近くに、環状溝のように形成された係合周面４４８を有している。この係合周面４４８が基板Ｗの周縁Ｗ′と摩擦係合するようにされている。保持部材４４６は、回転部材４４４の外周縁部分に半径方向に延びるように形成されたスロット４５０を垂直に貫通し、その下端は、回転部材４４４の下方に延出して、回転部材４４４と一体に回転されるように構成された保持板４５２に回転自在に支承されている。これによって、保持部材４４６は、その軸心を中心に回動可能に保持されている。すなわち、保持板４５２は、垂直上方に延びる小径軸４５４を有しており、一方、保持部材４４６にはその下端から上方に向けて延びる孔４５６が形成されており、該孔４５６が小径軸４５４に遊嵌して、保持部材４４６が、小径軸４５４を中心に回動するようになっている。
【００５６】
また、保持部材４４６の下端には、ウェイト４５８が固定されて水平方向に延びており、回転部材４４４が回転されて保持部材４４６が回転部材４４４の回転軸線（すなわち、回転駆動軸４４２）を中心に回転（公転）されると、ウェイト４５８に遠心力が働き、それにより保持部材４４６が、その軸心の周りで回動（自転）するようになされている。図１７に実線で示すウェイト４５８の位置は、ホームポジションであり、図示しない弾性手段によってこの位置に押圧されており、所定の遠心力が加わると、ウェイト４５８は、一点鎖線で示す位置に向けて矢印Ａの方向に動き、これに伴って、基板Ｗが矢印Ｂの方向に回動される。
【００５７】
保持板４５２は、図示しないリンク機構等によって、上記スロット４５０に沿って、回転部材４４４の半径方向Ｃに向けて水平に移動可能になるように支持されており、保持板４５２が基板Ｗの周縁Ｗ′に係合する係合保持位置（図１６の位置）と、この係合保持位置よりも半径方向外側に位置し、基板Ｗの周縁Ｗ′から離れる離脱位置との間を移動可能としている。また、保持板４５２は、ばね４６０で回転部材４４４の半径方向内側に向けて付勢されており、係合保持位置にある保持部材４４６の係合周面４４８が、ばね４６０を介して弾性的に基板Ｗの周縁Ｗ′に係合するようにされている。
【００５８】
この回転保持装置４４０によって、基板Ｗを保持して回転させるには、先ず、保持部材４４６をばね４６０の付勢力に抗して回転部材４４４の半径方向外側の離脱位置まで移動させる。この状態で基板Ｗを回転部材４４４の上方位置に水平に設定し、保持部材４４６を係合位置まで戻して、その係合周面４４８を基板Ｗの周縁Ｗ′に係合させ、基板Ｗを弾性的に保持する。
【００５９】
回転部材４４４が回転駆動され、保持部材４４６が公転運動を行うと、ウェイト４５８には遠心力が働く。回転部材４４４の回転速度が低速の場合には、ウェイト４５８に作用する遠心力は小さく、保持部材４４６を上記ホームポジションに押圧しているばね圧によって、ウェイト４５８は揺動されない状態に保持されるが、回転部材４４４の回転速度が所定以上になると、ウェイト４５８に作用する遠心力が同ばねの圧に抗して、ウェイト４５８が揺動し、これによって、保持部材４４６はその軸心を中心として回動（自転）する。上述の通り、保持部材４４６は、基板Ｗの周縁Ｗ′と摩擦係合しているため、保持部材４４６が回動することにより、基板Ｗが図１７の矢印Ｂ方向に回動され、従って、基板Ｗの周縁Ｗ′の保持部材４４６との係合位置は変わる。
【００６０】
図示の例においては、保持部材４４６に該保持部材４４６の軸心と偏心した位置に重心を持つウェイト４５８を取付け、これにより、回転部材４４４の回転に伴って、保持部材４４６がその軸心を中心に回動（自転）するようにした例を示しているが、保持部材４４６の回動（自転）は、必ずしも、これに限られるものではなく、例えば、保持部材４４６に何らかのリンク機構を接続しておき、このリンク機構を作動させることにより、保持部材４４６を回動（自転）させるようにしてもよい。
【００６１】
この回転保持装置４４０は、上述の如き構成及び作用を有するものであり、例えば、基板Ｗを洗浄処理するときに、この回転保持装置４４０によって基板Ｗを保持して回転するようにすれば、この洗浄処理中に、基板Ｗと保持部材４４６との係合位置を変えることができるので、基板Ｗの洗浄処理に用いられる洗浄液等を基板Ｗの周縁の全ての部分に行き渡らせることができ、従って、適正な処理が可能となる。
【００６２】
この回転保持装置４４０は、全ての洗浄装置に適用できるが、ベベルエッチ・薬液洗浄部１６に最適である。つまり、ベベルエッチ・薬液洗浄部１６に適用すると、基板Ｗを確実に保持するとともに、基板のエッジ（周縁Ｗ′）と保持部材４４６との係合位置を変えることで、基板Ｗのエッジやベベル部を残すことなくエッチングできる。
【００６３】
図１８は、搬送装置２６と該搬送装置２６のハンドに設けた乾燥状態膜厚測定機４１３の構成例を示す図である。図１８（ａ）は搬送装置２６の外観を示す図であり、図１８（ｂ）および図１８（ｃ）はそれぞれロボットハンドの平面図および断面図である。図示するように、搬送装置２６は上下に二つのハンド３−１，３−１を有し、該ハンド３−１，３−１はそれぞれアーム３−２，３−２の先端に取付けられ、旋回移動できるようになっている。そしてハンド３−１，３−１で半導体基板Ｗを掬い上げ（半導体基板Ｗを凹部に落とし込む）、所定の場所に移送することができるようになっている。
【００６４】
ハンド３−１の半導体基板Ｗの落とし込み面には、乾燥状態膜厚測定機４１３を構成する渦電流センサ４１３ａが複数個（図では４個）設けられ、載置された半導体基板Ｗの膜厚を測定できるようになっている。
【００６５】
このように、搬送装置２６に乾燥状態膜厚測定機４１３を取付けることで、ロボットハンド３−１，３−１上で膜厚を測定できる。そして、この膜厚測定結果を半導体基板Ｗの加工記録として残したり、この結果を基に、次の工程に持っていけるか否かの判定を行うことができる。なお、搬送装置２８もこの搬送装置２６と同様な構成であり、この搬送装置２８側に乾燥状態膜厚測定機４１３を取付けるようにしてもよい。
【００６６】
次に、図１９を参照して本発明のめっき方法について説明する。この例は、図１に示す４基のめっき処理部２２の内の１基を第１段めっき処理用の第１のめっき処理部２２ａとして、他の３基を第２段めっき処理用の第２のめっき処理部２２ｂとして使用することで、図４０（ａ）に示すシード層７の薄肉部を第１のめっき処理部２２ａによる第１段めっき処理で補強して薄肉部のない完全なものとし、このように補強した状態で、第２のめっき処理部２２ｂによる第２段めっき処理、つまり銅の埋込みを行うようにしたものである。
【００６７】
ここで、第１のめっき処理部２２ａにあっては、そのめっき液４５（図３参照）として、２価の銅イオン、錯化剤及びｐＨ調整剤とを有し、アルカリ金属及びシアン金属を含まないめっき液、例えばピロリン酸銅、ピロリン酸及びコリンからなる均一導電性に優れためっき液（第１のめっき液）を使用している。この第１のめっき液は、コリン等のｐＨ調整剤を添加して、ｐＨ７〜１４、好ましくはｐＨ８〜１１、更に好ましくはｐＨ８〜９程度にすることで、ｐＨが低すぎて錯体が有効に結びつかずに不完全となったり、逆に高すぎて錯体が別の形となって沈殿物ができることを防止しているが、ｐＨ調整剤は、必ずしも必要ではない。この２価の銅イオンは、例えばピロリン酸銅の他、硫酸銅、酢酸銅、塩化銅、ＥＤＴＡ−Ｃｕ、炭酸銅、硝酸銅、スルファミン酸銅などの銅塩を溶解することによって得られる。
第２のめっき処理部２２ｂにあっては、そのめっき液４５（図３参照）として、その組成に硫酸銅と硫酸を含むレベリング性に優れた硫酸銅めっき液（第２のめっき液）を使用している。
【００６８】
先ず、表面にシード層７（図３９（ａ）参照）を形成した基板Ｗをロード・アンロード部１０から第１搬送装置２４で一枚ずつ取り出し、第１基板ステージ１４及び第２基板ステージ１８を経由して第１のめっき処理部２２ａに搬入する（ステップ１）。
【００６９】
次に、この第１のめっき処理部２２ａで第１のめっき液による第１段めっき処理を行って、シード層７の薄肉部を補強しこれを完全なものとする（ステップ２）。つまり、この第１のめっき処理部２２ａに使用される第１のめっき液は、例えばピロリン酸銅をベースとして、これにピロリン酸等の錯化剤が添加されているため、通常の硫酸銅めっき液（第２のめっき液）よりも分極が高い。ここで、分極が高いとは、電流密度の変化に対する電圧の変化の比が大きいこと、つまり電位の振れに対して電流密度の変動が少ないことを意味する。例えば、図２０に示す陰分極曲線を有するＡ浴とＢ浴とを比較したとき、Ｂ浴におけるｂ／（Ｄ_２−Ｄ_１）の方がＡ浴におけるａ／（Ｄ_２−Ｄ_１）より大きいため、Ｂ浴の方がＡ浴より分極が高い。これによって、例えシード層７の膜厚に差があり、通電時に電位差が生じても、電流密度の変動を少なくすることができる。このため、析出電位を上昇させ、電着性の均一性を向上させて、通常の硫酸銅めっき液では析出が困難だったシード層の薄い部分にもめっきが析出する。
ここで、錯体自体あるいはｐＨ調整剤にアルカリ金属が含まれていないので、アルカリ金属が膜中に取り込まれて半導体特性を劣化させることはない。
【００７０】
電源としては、直流、パルス、ＰＲパルス等を使用するができるが、パルス、ＰＲパルス等を使用することが好ましい。これにより、銅イオンの拡散を改善して均一電着性をより向上させ、直流よりも大きな電流を流して析出銅膜を緻密なものにし、更にめっき時間の短縮も可能となる。
【００７１】
ここで、直流電源の場合、電流密度は、０.０１Ａ／ｄｍ^２〜３０Ａ／ｄｍ^２程度が適用可能であり、０.１Ａ／ｄｍ^２〜３Ａ／ｄｍ^２程度が好ましい。パルス電源の場合は、０.０１Ａ／ｄｍ^２〜２００Ａ／ｄｍ^２程度が適用可能である。これにより、生産性の低下を防止するとともに、ヤケめっきの発生を防止することができる。また、銅めっき液の温度は、低すぎると析出効率が悪くなって物性が悪くなり、高すぎるとめっき液の安定性（均一性）が悪化して管理が困難となるため、１０℃〜８０℃程度が適用可能であり、２５℃程度が好ましい。
【００７２】
そして、第１段めっき処理終了後、必要に応じて、基板Ｗを水洗部２０に搬送して水洗し（ステップ３）、しかる後、水洗後の基板Ｗを第２のめっき処理部２２ｂの一つに搬送する。
【００７３】
次に、この第２のめっき処理部２２ｂで、基板Ｗの表面に、硫酸銅の濃度が高く、硫酸濃度が低い、例えば硫酸銅１００〜３００ｇ／Ｌ、硫酸１０〜１００ｇ／Ｌ程度の組成を有し、レベリング性を向上させる添加剤を含有したレベリング性に優れた硫酸銅めっき液（第２のめっき液）を使用した第２段めっき処理を施して、銅の埋込みを行う（ステップ４）。この時、第１段めっき処理を施すことで、シード層７（図３９（ａ）及び図４０（ａ）参照）が補強されて薄肉部のない完全なものとなっているため、シード層７に均一に電流が流れて、ボイドのない銅の埋込みが可能となる。
【００７４】
このレベリング性を向上させる効果のある添加剤は、例えば有機窒素系化合物であり、具体的には、フェナチジン系化合物、フタロシアニン系化合物、ポリエチレンイミン、ポリベンジルエチレンイミンなどのポリアルキレンイミンおよびその誘導体、Ｎ−染料置換体化合物などのチオ尿素誘導体、フェノサフラニン、サフラニンアゾナフトール、ジエチルサフラニンアゾフェノール、ジメチルサフラニンジメチルアニリンなどのサフラニン化合物、ポリエピクロルヒドリンおよびその誘導体、チオフラビン等のフェニルチアゾニウム化合物、アクリルアミド、プロピルアミド、ポリアクリル酸アミドなどのアミド類等の含窒素化合物を挙げることができる。
【００７５】
ここで、レベリング性とは、表面平坦度に対する性質を意味し、レベリング性に優れためっき液を使用してめっきを行うと、微細窪みの入口での膜成長が遅くなり、これによって、ボイドの発生を防止しつつ、微細窪み内に銅を均一に隙間なく充填し、しかも表面をより平坦にすることができる。
【００７６】
なお、第１のめっき液の分極範囲（銅の析出電位）は、例えば電極としてＡｇ−ＡｇＣｌ電極を使用した場合は、−０．２Ｖ以下、より好ましくは−１．５〜−０．２Ｖ程度であり、第２のめっき液の分極範囲（銅の析出範囲）は、例えば電極としてＡｇ−ＡｇＣｌ電極を使用した場合は、約０．１〜−０．１Ｖ程度である。
【００７７】
コンタクトホールの内部、特にコンタクトホール下部の側壁は、シード層の厚さが薄いために、導電性が一般に悪く（析出電位が高いため抵抗が高く）、小さい分極のめっき液を使用すると銅めっきが析出しずらいが、第１のめっき液として分極が高く、高い電圧でないと銅が析出しないものを使用することで、厚みが異なり、析出電位の異なるシード層表面（シード層が全面に付着せずバリア層が露出している場合はバリア層表面）に均一に銅めっきを施すことができる。
【００７８】
第２段めっき処理終了後、必要に応じて、基板Ｗを水洗部２０に搬送して水洗し（ステップ５）、しかる後、水洗後の基板Ｗをベベルエッチ・薬液洗浄部１６に搬送する。そして、このベベルエッチ・薬液洗浄部１６で、銅めっき処理後の基板Ｗを薬液で洗浄するとともに、基板Ｗのベベル部に薄く形成された銅薄膜等をエッチング除去する（ステップ６）。次に、この基板を、洗浄・乾燥処理部１２に搬送し、ここで基板Ｗの洗浄・乾燥処理を行い（ステップ７）、しかる後、この基板を第１搬送装置２４でロード・アンロード部１０のカセットに戻す（ステップ８）。
【００７９】
ステップ７とステップ８の間に、基板Ｗの熱処理工程を入れることもできる。例えば、２００〜５００℃、好ましくは４００℃程度の熱処理により、銅膜の電気特性を向上させることができる。例えば、図１に示す洗浄・乾燥処理部１２の機能をベベルエッチ・薬液洗浄部１６に持たせることにより、洗浄・乾燥処理部１２の代わりに、アニール処理部（熱処理部）を設けることもできる。
【００８０】
次に、図２１を参照して、他のめっき方法について説明する。この例は、図１に示す４基のめっき処理部２２を全て銅埋込み用に使用して、前述のようなシード層の薄肉部の補強を行うことなく、めっき処理部２２による銅の埋込みを行うようにしたものである。
【００８１】
ここで、このめっき処理部２２にあっては、その銅めっき液４５（図３参照）として、２価の銅イオン、錯化剤及びｐＨ調整剤とを有し、更に銅の埋込み性を向上させるため、例えばチアゾール系の添加剤を添加しためっき液を使用している。その他の条件は、第１の実施の形態の第１のめっき処理部２２ａに使用された銅めっき液（第１のめっき液）とほぼ同様である。
【００８２】
先ず、表面にシード層７（図３９（ａ）参照）を形成した基板Ｗをロード・アンロード部１０から第１搬送装置２４で一枚ずつ取り出し、第１基板ステージ１４及び第２基板ステージ１８を経由して一つのめっき処理部２２に搬入する（ステップ１）。
【００８３】
次に、このめっき処理部２２でめっき処理を行って、銅の埋込みを行う（ステップ２）。つまり、この銅めっき液は、第１の実施の形態の第１のめっき処理部２２ａに使用された第１のめっき液と同様に分極が高く、これによって、析出電位を上昇させ、電着性の均一性を向上させて、通常の硫酸銅めっき液では析出が困難だったシード層の薄い部分にもめっきを析出させ、更にこのめっきを成長させてボイドのない銅の埋込みが可能となる。なお、この時のめっき条件等は、第１の実施の形態の第１段めっき処理とほぼ同様である。
【００８４】
次に、めっき処理終了後、必要に応じて、基板Ｗを水洗部２０に搬送して水洗し（ステップ３）、しかる後、水洗後の基板Ｗをベベルエッチ・薬液洗浄部１６に搬送する。そして、このベベルエッチ・薬液洗浄部１６で銅めっき処理後の基板Ｗを薬液で洗浄するとともに、基板Ｗのベベル部に薄く形成された銅薄膜等をエッチング除去して（ステップ４）、基板を洗浄・乾燥処理部１２に搬送する。そして、この洗浄・乾燥処理部１２で基板Ｗの洗浄・乾燥処理を行い（ステップ５）、しかる後、この基板を第１搬送装置２４でロード・アンロード部１０のカセットに戻す（ステップ６）。
図２１に示す洗浄・乾燥処理（ステップ５）とアンロード（ステップ６）との間にアニール処理工程を入れることができる。
【００８５】
次に、本発明の実施例について説明する。先ず、表１に示す錯体浴組成１〜４からなる銅めっき液と、表２に示す硫酸銅浴組成１，２からなる銅めっき液を作成した。この錯体浴１〜３と硫酸銅浴１の電流・電圧曲線を図２２に示す。これにより、錯体浴１〜３の方が硫酸銅浴１よりも分極が高いことが判る。
【００８６】
【表１】

【００８７】
【表２】

【００８８】
（実施例１）
錯体浴組成１の銅めっき液を第１の実施の形態の第１のめっき処理部２２ａの銅めっき液に使用し、電流密度０.５Ａ／ｄｍ^２ 、めっき時間２５秒の第１段めっき処理（シード層補強）を行い、しかる後、硫酸銅浴組成１の銅めっき液を第２のめっき処理部２２ｂの銅めっき液に使用し、電流密度２.５Ａ／ｄｍ^２ 、めっき時間２分の第２段めっき処理（銅の埋込み）を行った。
【００９０】
（実施例２）
錯体浴組成３の銅めっき液を第１の実施の形態の第１のめっき処理部２２ａの銅めっき液に使用し、電流密度０.５Ａ／ｄｍ^２、めっき時間２５秒の第１段めっき処理（シード層補強）を行い、しかる後、硫酸銅浴組成１の銅めっき液を第２のめっき処理部２２ｂの銅めっき液に使用し、電流密度２.５Ａ／ｄｍ^２、めっき時間２分の第２段めっき処理（銅の埋込み）を行った。
【００９２】
（比較例１）
硫酸銅浴組成１の銅めっき液を使用し、電流密度２.５Ａ／ｄｍ^２ 、めっき時間２分のめっき処理（銅の埋込み）を行った。
【００９３】
（比較例２）
硫酸銅浴組成２の銅めっき液を使用し、電流密度２.５Ａ／ｄｍ^２ 、めっき時間２分のめっき処理（銅の埋込み）を行った。
【００９４】
これらの実施例１，２及び比較例１，２によって微細窪みに埋込んだ銅の欠陥の有無をＳＥＭ観察した。ここで、電析不良有りとは、図２３（ａ）に示すように、溝の底部に銅が析出しない空洞部Ｖ_１を有する状態を指し、シームボイド有りとは、図２３（ｂ）に示すように、銅の内部に細長いボイドＶ_２を有する状態を指し、粒状のボイド有りとは、図２３（ｃ）に示すように、銅の内部に粒状のボイドＶ_３を有する状態を指す。
【００９５】
【表３】

これにより、実施例１及び２にあっては、電析不良やボイドのない銅の埋込みを行えることが判る。
【００９６】
次に、表４に示す錯体浴組成１〜４からなる銅めっき液と、表５に示す硫酸銅浴組成１，２からなる銅めっき液を作成し、前記実施例１，２及び比較例１，２と同様にめっき処理を施したところ、前記とほぼ同様な結果が得られた。
【００９７】
【表４】

【００９８】
【表５】

【００９９】
以上説明したように、本発明によれば、銅めっき液中に錯化剤を有することで、めっき浴としての分極を大きくして、シード層の薄い部分の補強や高アスペクト比のトレンチやホール等の微細窪みの奥までの銅の均一な埋込みが可能となり、しかも析出するめっきは緻密であり、マイクロボイドの危険も回避できる。更に、アルカリ金属及びシアンを含んでいないので、アルカリ金属の存在に伴うエレクトロマイグレーションによって半導体を劣化させてしまうことを防止するとともに、シアンの使用を避けるとの要請に応えることができる。
【０１００】
図２４は、本発明に係るめっき装置の他の実施の形態の平面配置構成を示す図である。このめっき装置は、第１搬送装置６００及び第２搬送装置６０２を囲むように、ロード・アンロード部６０４、２基のアニール処理部６０６及び洗浄処理部６０８が配置され、更に、洗浄処理部６０８、４基のめっき処理部６１０に囲まれた位置に第３搬送装置６１２が配置された構成である。更に、各めっき処理部６１０にめっき液を供給する薬液供給システム６１４が備えられている。
【０１０１】
このめっき装置で、図２１に示すように、シード層の補強と銅の埋込みの２段のめっき処理を行うときには、４基のめっき処理部６１０の少なくとも１基を、前述と同様な組成の第１のめっき液を使用した第１段めっき処理用のめっき処理部として、他をめっき処理部６１０を、前述と同様な組成の第２のめっき液を使用した第２段めっき処理用のめっき処理部として使用する。
【０１０２】
図２５は、例えば半導体基板Ｗの表面にめっきを施して銅膜からなる配線を形成し、更にこの配線の表面を無電解めっきによる保護層で選択的に覆って保護するようにした工程の一例を示す。
【０１０３】
半導体基板Ｗには、図２５（ａ）に示すように、半導体素子が形成された基板１００の導電層１０１ａの上にＳｉＯ_２からなる絶縁膜１０２が堆積され、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール１０３と配線用の溝１０４が形成され、その上にＴａＮ等からなるバリア層１０５、更にその上にシード層１０７が形成される。なおシード層１０７は、スパッタなどによって予め形成しておき、このシード層１０７の上にこれを補強するために補強シード層を形成してもよい。そして図２５（ｂ）に示すように、半導体基板Ｗ表面に銅めっきを施すことで、半導体基板Ｗのコンタクトホール１０３及び溝１０４内に銅を充填させると共に、絶縁膜２上に銅膜１０６を堆積させる。その後化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により絶縁膜１０２上の銅膜１０６を除去して、図２５（ｃ）に示すように、コンタクトホール１０３および配線用の溝１０４に充填した銅膜１０６の表面と絶縁膜１０２の表面とを略同一平面にし、露出する金属表面の上に配線保護膜１０８を形成する。
【０１０４】
図２６は、無電解めっき装置の概略構成図である。図２６に示すように、この無電解めっき装置は、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３１１と、保持手段３１１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３３１と、堰部材３３１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３４１を備えている。無電解めっき装置は、さらに保持手段３１１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３５１と、排出された洗浄液等（めっき廃液）を回収する回収容器３６１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（図示せず）と、前記保持手段３１１を回転駆動するモータ（回転駆動手段）Ｍとを備えている。
【０１０５】
保持手段３１１の上方には、ランプヒータ３１７が設置され、このランプヒータ３１７とシャワーヘッド３４１とは一体化されている。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３１７を同心円状に設置し、ランプヒータ３１７の間の隙間からシャワーヘッド３４１の多数のノズル３４３をリング状に開口させている。なおランプヒータ３１７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。
【０１０６】
保持手段３１１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３１３を設けている。この基板載置部３１３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。この保持手段３１１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。堰部材３３１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３３３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。
【０１０７】
シャワーヘッド３４１は、多数のノズル３４３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３５１は、ノズル３５３から洗浄液を噴出する構造である。めっき液回収ノズル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３３１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。
【０１０８】
次にこの無電解めっき装置の動作を説明する。まず図示の状態よりも保持手段３１１を下降して堰部材３３１との間に所定寸法の隙間を設け、基板載置部３１３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インチウエハを用いる。
【０１０９】
次に、保持手段３１１を上昇して図示のようにその上面を堰部材３３１の下面に当接し、同時に半導体基板Ｗの外周を堰部材３３１のシール部３３３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。
【０１１０】
次に、ランプヒータ３１７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３４１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３３１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、１ｍｍでも良い。こ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、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、ランプヒータ３１７による半導体基板Ｗの保温は容易に行え、ランプヒータ３１７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も用いれば、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。
【０１１１】
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１ｍｉｎ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。
【０１１２】
上記めっき処理が完了した後、めっき液回収ノズル３６５の先端を半導体基板Ｗの表面周縁部の堰部材３３１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３３１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３１１を下降させて半導体基板Ｗを堰部材３３１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３５１のノズル３５３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３５３から噴射される洗浄液を堰部材３３１にも当てることで堰部材３３１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３６１に回収され、廃棄される。
【０１１３】
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３６１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３１１から取り出す。
【０１１４】
図２７は 研磨処理部を一体に組み込んで、めっき直後に基板表面の研磨が行えるようにした、本発明の他の実施の形態のめっき装置を示す全体配置図である。このめっき装置は、ロード・アンロードを行う基板カセット５３１，５３１と、めっき処理部５１２と、基板を洗浄する洗浄処理部５３５，５３５と、２台の搬送装置５１４ａ，５１４ｂと、反転機５３９，５３９と、研磨処理部５４１，５４１と、スピン乾燥機５３４とを備えている。
【０１１５】
そして基板Ｗの流れは、例えば以下の通りである。まず搬送装置５１４ａが何れかのロード用の基板カセット５３１から処理前の基板Ｗを取り出し、めっき処理部５１２でめっき処理を施した後、搬送装置５１４ａが基板Ｗを何れかの反転機５３９に受け渡しその被処理面を下向きにした後、もう一方の搬送装置５１４ｂに受け渡される。搬送装置５１４ｂは基板Ｗを何れかの研磨処理部５４１に受け渡し、所定の研磨がなされる。研磨後の基板Ｗは搬送装置５１４ｂによって取り出され、何れかの洗浄処理部５３５で洗浄された後、他方の研磨処理部５４１に受け渡されて再度研磨された後、搬送装置５１４ｂにより他方の洗浄処理部５３５に搬送されて洗浄が行われる。洗浄後の基板Ｗは、搬送装置５１４ｂにより他方の反転機５３９に搬送されて被処理面が上向きに反転された後、搬送装置５１４ａによりスピン乾燥機５３４に搬送されてスピン乾燥され、その後再び搬送装置５１４ａによりアンロード用の基板カセット５３１に収納される。
【０１１６】
図２８は、この種の研磨処理部５４１の一例を示す。図２８に示すように、トップリング１０−２は半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル１０−１の研磨面１０−１ａに半導体基板Ｗの銅膜６（図３９（ｂ）参照）形成面を当接押圧して研磨を行う。この研磨では、基本的に銅膜６が研磨される。研磨テーブル１０−１の研磨面１０−１ａはＩＣ１０００のような発泡ポリウレタン、又は砥粒を固定若しくは含浸させたもので構成されている。該研磨面１０−１ａと半導体基板Ｗの相対運動で銅膜６が研磨される。
【０１１７】
上記銅膜６の研磨を行うための砥粒、若しくはスラリーノズル１０−６から噴出されるスラリーには、シリカ、アルミナ、セリア等が用いられ、酸化剤としては、過酸化水素等の主に酸性の材料でＣｕを酸化させる材料を用いる。研磨テーブル１０−１内には温度を所定の値に保つため、所定の温度に調温された液体を通すための調温流体配管５４２が接続されている。スラリーの温度も所定の値に保つため、スラリーノズル１０−６には温度調整器１０−７が設けられている。また図示は省略するが、ドレッシング時の水等は、調温されている。このように、研磨テーブル１０−１の温度、スラリーの温度、ドレッシング時の水等の温度を所定の値に保つことにより、化学反応速度を一定に保っている。特に研磨テーブル１０−１には、熱伝導性のよいアルミナやＳｉＣ等のセラミックが用いられる。
【０１１８】
研磨の終点の検知には、研磨テーブル１０−１に設けた渦電流式の膜厚測定機１０−８若しくは光学式の膜厚測定機１０−９を使用し、銅膜６の膜厚測定、若しくはバリア膜５（図３９（ａ）参照）の表面検知を行って、銅膜６の膜厚が０又はバリア膜５の表面を検知したら研磨（一次研磨）の終点とする。
【０１１９】
図２９は、上記研磨テーブル１０−１の研磨面１０−１ａを洗浄する洗浄機構の構成を示す図である。図示するように研磨テーブル１０−１の上方には、純水と窒素ガスを混合して噴射する混合噴射ノズル１０−１１ａ〜１０−１１ｄが複数個（図では４個）配置されている。各混合噴射ノズル１０−１１ａ〜１０−１１ｄには、窒素ガス供給源２１４からレギュレータ２１６で圧力調整された窒素ガスがエアオペレータバルブ２１８を通して供給されると共に、純水供給源２１５からレギュレータ２１７で圧力を調整された純水がエアオペレータバルブ２１９を通して供給される。
【０１２０】
混合された気体と液体は、噴射ノズルによってそれぞれ液体及び／又は気体の圧力、温度、ノズル形状などのパラメータを変更することによって、供給する液体はノズル噴射によりそれぞれ、▲１▼液体微粒子化、▲２▼液体が凝固した微粒子固体化、▲３▼液体が蒸発して気体化（これら▲１▼、▲２▼、▲３▼をここでは霧状化又はアトマイズと呼ぶ）され、液体由来成分と気体成分の混合体が研磨テーブル１０−１の研磨面に向けて所定の方向性を有して噴射される。
【０１２１】
研磨面１０−１ａとドレッサー１０−１０の相対運動により、研磨面１０−１ａを再生（ドレッシング）するとき、混合噴射ノズル１０−１１ａ〜１１−１１ｄから純水と窒素ガスの混合流体を研磨面１０−１ａに噴射して洗浄する。窒素ガスの圧力と純水の圧力は独立して設定できるようになっている。この例では純水ライン、窒素ラインともにマニュアル駆動のレギュレータを用いているが、外部信号に基づいて設定圧力を変更できるレギュレータをそれぞれ用いても良い。上記洗浄機構を用いて研磨面１０−１ａを洗浄した結果、５〜２０秒の洗浄を行なうことにより、上記研磨工程で研磨面上に残ったスラリーを除去することができた。
【０１２２】
図３０は搬送装置５１４ａ（５１４ｂ）を示す斜視図である。また図３１は前記搬送装置５１４ａ（５１４ｂ）に取付けられるロボットハンド５４０を示す図であり、図３１（ａ）は平面図、図３１（ｂ）は側断面図である。
【０１２３】
搬送装置５１４ａ（５１４ｂ）は、ロボット本体５４３の上部に取付けた二本のアーム５４２，５４２の先端にそれぞれロボットハンド５４０，５４０を取付けて構成されている。両ロボットハンド５４０，５４０は上下に所定の隙間を介して重なるように配置されている。そしてアーム５４２が伸縮することによりロボットハンド５４０上に載置した基板Ｗの前後方向への搬送を可能にしている。またロボット本体５４３が回転及び／又は移動することで任意の方向への基板Ｗの搬送が可能となる。
【０１２４】
そして図３１に示すようにロボットハンド５４０には、直接４つの膜厚センサＳが埋め込まれて取付けられている。膜厚センサＳとしては、膜厚を測定できるものであれば何でも良いが、好ましくは渦電流センサを用いる。なお渦電流センサは渦電流を発生させ、基板Ｗを導通して帰ってきた電流の周波数や損失を検出することにより膜厚を測定するものであり、非接触で用いられる。更に膜厚センサＳとしては、光学的センサも好適である。光学的センサは、試料に光を照射し、反射する光の情報から膜厚を直接的に測定することができるものであり、金属膜だけでなく酸化膜などの絶縁膜の膜厚測定も可能である。膜厚センサＳの設置位置は図示のものに限定されず、測定したい箇所に任意の個数を取付ける。またロボットハンド５４０には乾いた基板Ｗを扱うドライハンドと、濡れた基板Ｗを扱うウエットハンドがあり、どちらにも前記膜厚センサＳを取付けることが可能である。しかしながらこの搬送装置５１４ａ（５１４ｂ）を、めっき処理部５１２に用いた場合は、シード層のみ付いた状態で最初に基板Ｗの膜厚を測定する必要があるため、基板カセット５３１，５３１に基板Ｗが置かれているドライの状態で最初に基板Ｗの厚さを測定する必要がある。したがってドライハンドに膜厚センサＳを取付けるのが望ましい。
【０１２５】
膜厚センサＳで検出された信号は演算装置に送られ、処理前の基板Ｗの膜厚と処理後の基板Ｗの膜厚との差分を取る等の演算が行われ、膜厚を所定のディスプレイ等に出力する。演算方法は膜厚を適切に測定できればいかなる方法でも良い。
【０１２６】
この例によれば、ロボットハンド５４０が基板Ｗを搬送している最中に膜厚を測定できるため、基板処理工程中にわざわざ別途膜厚測定工程を設ける必要がなく、スループットを低下させることがないという効果が得られる。またロボットハンド５４０に膜厚センサＳを取付けるため、省スペース化が実現できる。
【０１２７】
図３２は、搬送装置５１４ａ（５１４ｂ）の他の例を示す図であり、図３２（ａ）は概略平面図、図３２（ｂ）は概略側面図である。図３２に示すように、この例では、ロボット本体５４３のロボットハンド５４０の下部に５つの膜厚センサＳを取付けている。即ちロボットハンド５４０の下部に基板Ｗと略同サイズの円盤状の取付け板５４５を設置し、この取付け板５４５の上に５つの膜厚センサＳを取付ける。取付け板５４５はロボット本体５４３に固定されているが、他の部材に固定しても良い。
【０１２８】
各膜厚センサＳは、図示するようにロボットハンド５４０と重ならない位置に取付けることにより、基板Ｗ全体の広い領域での膜厚の測定が可能となる。またこの例によっても省スペース化を実現でき、極めて短時間で測定が可能となる。そして取付け板５４５の上で基板Ｗを停止させることで基板Ｗの固定点における膜厚の測定が可能になり、一方、停止させないで取付け板５４５上をロボットハンド５４０上の基板Ｗが通過するようにすればスキャンしながらの測定も可能になる。また膜厚センサＳはロボット本体５４３と一体であるため、安定した検出が行える。また、取付け板５４５をロボット本体５４３でなく他の部材に固定した場合は、ロボットハンドの高さを任意に変えることで、基板Ｗとセンサ間の距離を調整することも可能となる。
【０１２９】
検出後の信号が演算装置に送られて膜厚が測定される点は、図３１に示す例と同様である。但し、スキャンしながらの測定の場合は、測定点が時間の経過と共に変化するため、移動平均法により演算して膜厚を算出するのが好適である。
【０１３０】
図３３は、膜厚測定の他の例を示す図であり、図３３（ａ）は概略平面図、図３３（ｂ）は概略側面図である。図３３に示す例では、図２７に示すめっき処理部５１２の基板Ｗの出入口部５５０の上部に３つの膜厚センサＳを設置している。即ち、出入口部５５０の上部に長方形状の取付け板５５１を設置し、この取付け板５５１の下面に３つの膜厚センサＳを直列に取付ける。取付け板５５１はめっき処理部５１２に固定しても良いし、搬送装置５１４ａ（５１４ｂ）のロボット本体５４３に固定しても良いし、それ以外の部材に固定しても良い。
【０１３１】
このように構成すれば、めっき処理部５１２に基板Ｗを入れる際と出す際の何れにおいても膜厚センサＳが基板Ｗを走査することとなるため、スキャン測定に適している。またこの例のように膜厚センサＳを何列か設置することにより、基板Ｗ上の任意の点をスキャン測定することができる。また、ロボットハンドの高さを任意に変えることで、基板Ｗとセンサ間の距離を調整することが可能である。
この膜厚センサＳで検出された信号は、演算装置により演算されるが、スキャン測定の場合は、移動平均法による演算処理が好適である。
【０１３２】
また、図２７に示す研磨処理部５４１の基板Ｗを出し入れする出入口付近に前記膜厚センサＳを設置しても良い。なお研磨処理部５４１に基板Ｗを搬入するときは基板Ｗの被処理面は下向きであるため、研磨処理部５４１の基板Ｗを搬入する場所の下側に膜厚センサＳを設置することが好ましい（もちろん上側に膜厚センサＳを設置しても膜厚測定は可能であるが、下側の方がより精度がよくなる）。研磨が終了した後は、基板Ｗの被処理面がウエットな状態であるが、ウエットな状態でも測定可能な膜厚センサを用いれば前記めっき処理部５１２の場合と同様な方法で膜厚が測定できる。
【０１３３】
図３４は、反転機５３９付近の概略正面図、図３５は反転アーム５５３，５５３部分の平面図である。図３４及び図３５に示すように、反転アーム５５３，５５３は、基板Ｗの外周をその左右両側から挟み込んで保持し、これを１８０°回動することで反転させる機能を有する。そしてこの反転アーム５５３，５５３の直下に円形の取付け台５５５を設置し、取付け台５５５上に複数の膜厚センサＳを設置する。取付台５５５は駆動機構５５７によって上下動自在に構成されている。
【０１３４】
そして基板Ｗの反転時には、取付け台５５５は基板Ｗの下方の実線の位置に待機しており、反転の前又は後に取付け台５５５を点線で示す位置まで上昇して膜厚センサＳを反転アーム５５３，５５３に把持した基板Ｗに接近させ、その膜厚を測定する。
【０１３５】
この例によれば、搬送ロボット５１４のアーム５４２などの制約がないため、取付け台５５５上の任意の位置に膜厚センサＳを設置できる。また、取付け台５５５は上下動自在な構成となっているので、測定時に基板Ｗとセンサ間の距離を調整することも可能である。また、検出目的に応じた複数の種類のセンサを取付けて、各々のセンサの測定毎に基板Ｗと各センサ間の距離を変更することも可能である。但し取付け台５５５が上下動するため、測定時間をやや要することになる。
【０１３６】
図３６は、本発明の更に他の実施の形態のめっき装置の全体配置図を示す。このめっき装置は、ロード・アンロード部９１５、各一対のアニール処理部９８６、ベベルエッチ・薬液洗浄部９８４及び基板ステージ９７８、基板を１８０゜反転させる機能を有する水洗部９８２、図１９に示す第１段めっき処理（シード層補強）を行う１基の第１のめっき処理部９８０及び図１９に示す第２段めっき処理（銅の埋込み）を行う３基の第２のめっき処理部９７２を有している。更に、ロード・アンロード部９１５、アニール処理部９８６、ベベルエッチ・薬液洗浄部９８４及び基板ステージ９７８の間で基板の受渡しを行う走行自在な第１搬送装置９１７と、基板ステージ９７８、水洗部９８２、第１のめっき処理部９８０及び第２のめっき処理部９７２の間で基板の受渡しを行う走行自在な第２搬送装置９２４が備えられている。
【０１３７】
この例では、先ず、表面にシード層７（図３９（ａ）参照）を形成した基板Ｗをロード・アンロード部９１５から第１搬送装置９１７で一枚ずつ取り出し、基板ステージ９７８を経由して第１のめっき処理部９８０に搬入する。
【０１３８】
次に、この第１のめっき処理部９８０で、基板の表面に第１のめっき液を使用した第１段めっき処理を施して、シード層７の薄肉部を補強しこれを完全なものとする。この第１のめっき液は、前述のように、例えばピロリン酸銅をベースとして、これにピロリン酸等の錯化剤を添加することで、通常の硫酸銅めっき液よりも分極を高めたものである。
そして、第１段めっき処理終了後、必要に応じて、基板Ｗを水洗部９８２に搬送して水洗し、しかる後、水洗後の基板Ｗを第２のめっき処理部９７２の一つに搬送する。
【０１３９】
次に、この第２のめっき処理部９７２で、基板Ｗの表面に第２のめっき液を使用した第２段めっき処理を施して、銅の埋込みを行う。この時、第１段めっき処理を施すことで、シード層７（図３９（ａ）及び図４０（ａ）参照）が補強されて薄肉部のない完全なものとなっているため、シード層７に均一に電流が流れて、ボイドのない銅の埋込みが可能となる。この第２のめっき液は、前述のように、例えば硫酸の濃度が低いレベリング性の優れた組成を有するものである。
【０１４０】
第２段めっき処理終了後、必要に応じて、基板Ｗを水洗部９８２に搬送して水洗し、しかる後、水洗後の基板Ｗをベベルエッチ・薬液洗浄部９８４に搬送する。そして、このベベルエッチ・薬液洗浄部９８４で、銅めっき処理後の基板Ｗを薬液で洗浄するとともに、基板Ｗのベベル部に薄く形成された銅薄膜等をエッチング除去し、更に純水でリンスした後、高速回転させてスピンドライする。しかる後、このスピンドライ後の基板をアニールユニット９８６に搬送してアニールし、アニール終了後に、第１搬送装置９１７でロード・アンロード部９１５のカセットに戻す。
【０１４１】
図３７は、本発明の更に他の実施の形態のめっき装置の全体配置図である。このめっき装置は、ロード・アンロード部８００と処理部８０２と備え、半導ウエハのスループット等を考慮して、この処理部８０２の中央部に１台の搬送装置８０４を、搬送装置８０４の周囲に複数のめっき処理部８０６と洗浄・乾燥処理部（スピン−リンス−ドライユニット）８０８をそれぞれ配置したものである。この例では、１台の搬送装置８０４の周りに３台のめっき処理部８０６と３台の洗浄・乾燥処理部８０８を配置している。なお、洗浄・乾燥処理部８０６の代わりに、ベベルエッチ・薬液洗浄部を配置してもよい。めっき処理部８０８は、いわゆるフェィスアップ型でもよいし、いわゆるフェースダウン型でもよい。
【０１４２】
図３８は、本発明の更に他の実施の形態のめっき装置の全体配置図である。このめっき装置は、ロードステーション８２０内に位置して、半導体ウエハ等の基板Ｗを収納した基板カセット８２２を搭載する２台のカセットテーブルアニール処理部８３０を有している。また、メインフレーム８３２内に位置して、１対の洗浄乾燥部８３４、前述の第１段めっき処理を行う１対の第１のめっき処理部８３６及び前述の第２段めっき処理を行う２対の第２のめっき処理部８３８とを有している。
【０１４３】
そして、ロードステーション８２０内に位置して、基板カセット８２２、アニール処理部８３０及び洗浄・乾燥部８３４との間で基板の受渡しを行う第１搬送装置８４０が、メインフレーム８３２内に位置して、洗浄乾燥部８３４、第１のめっき処理部８３６及び第２のめっき処理部８３８との間で基板の受渡しを行う第２の搬送装置８４２がそれぞれ配置されている。
【０１４４】
図４１は、本発明の更に他の実施の形態のめっき装置の全体配置図である。このめっき装置は、ロード・アンロード部９００、アニール処理部９０３、２基のベベルエッチ・薬液洗浄部９０２、基板ステージ９０６及び３基のめっき処理部９０１とを有している。更に、ロード・アンロード部９００と基板ステージ９０６との間で基板の受渡しを行う走行自在な第１搬送装置９０４と、基板ステージ９０６、アニール処理部９０３、ベベルエッチ・薬液洗浄部９０２及びめっき処理部９０１との間で基板の受渡しを行う走行自在な第２搬送装置９０５が備えられている。
【０１４５】
図４２は、本発明の更に他の実施の形態のめっき装置の全体配置図である。このめっき装置は、ロード・アンロード部１０００、ベベルエッチ・薬液洗浄部１０５０、洗浄・乾燥処理部（スピン−リンス−ドライユニット）１０４０、図１９に示す第１段めっき処理（シード層補強）を行う１基の第１のめっき処理部１０１０、図１９に示す第２段めっき処理（銅の埋込み）を行う２基の第２のめっき処理部１０２０及び第１のめっき処理と第２のめっき処理との間で基板を洗浄する洗浄部１０３０を有している。更に、ロード・アンロード部１０００、ベベルエッチ・薬液洗浄部１０５０及び洗浄・乾燥処理部１０４０との間で基板の受渡しを行う第１搬送装置１０６０と、ベベルエッチ・薬液洗浄部１０５０、洗浄・乾燥処理部１０４０、第１のめっき処理部１０１０、第２のめっき処理部１０２０及び洗浄部１０３０との間で基板の受渡しを行う走行自在な第２搬送装置１０７０が備えられている。
【０１４６】
なお、図４１に示すめっき処理部９０１、図４２に示すめっき処理部１０１０，１０２０を、適宜、前記第１のめっき液を用いて第１段めっき処理を行う第１のめっき処理部、第２のめっき液を用いて第２段めっき処理を行う第２のめっき処理部として使用してもよいことは勿論である。
【０１４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、銅めっき液中に錯化剤を有することで、めっき浴としての分極を大きくして、シード層の薄い部分の補強や高アスペクト比のトレンチやホール等の微細窪みの奥までの銅の均一な埋込みが可能となり、しかも析出するめっきは緻密であり、マイクロボイドの危険も回避できる。更に、アルカリ金属及びシアンを含んでいないので、アルカリ金属の存在に伴うエレクトロマイグレーションによって半導体を劣化させてしまうことを防止するとともに、シアンの使用を避けるとの要請に応えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のめっき装置の平面配置図である。
【図２】図１に示すめっき装置内の気体の流れを示す説明図である。
【図３】図１に使用されているめっき処理部のめっき処理時における全体を示す断面図である。
【図４】めっき処理部の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５】めっき処理部の非めっき時（基板受渡し時）における全体を示す断面図である。
【図６】めっき処理部のメンテナンス時における全体を示す断面図である。
【図７】めっき処理部の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８】図７の一部拡大図である。
【図９】めっき処理部の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１０】めっき処理部の芯出し機構の拡大断面図である。
【図１１】めっき処理部の給電接点（プローブ）を示す断面図である。
【図１２】洗浄・乾燥処理部の概略構成例を示す図である。
【図１３】ベベルエッチ・薬液洗浄部の概略構成例を示す図である。
【図１４】洗浄・乾燥処理部及びベベルエッチ・薬液洗浄部に使用される回転保持装置を示す側面図である。
【図１５】図１４の平面図である。
【図１６】図１４に示す回転保持装置における円板状部材を支持するための保持部材の詳細を示す部分断面図である。
【図１７】図１６のＡ−Ａ線に沿って見た図である。
【図１８】搬送装置を示す図で、（ａ）は外観を示す図、（ｂ）はロボットハンドの平面図、（ｃ）はロボットハンドの断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態のめっき方法における処理の流れを示す図である。
【図２０】２つの異なる分極の銅めっき液における電圧と電流密度の関係を示すグラフである。
【図２１】 他のめっき方法における処理の流れを示す図である。
【図２２】実施例における錯体浴１〜３及び硫酸銅浴１の電流・電圧曲線を示すグラフである。
【図２３】ＳＥＭ観察における電析不良、シームボイド及び粒状のボイドを模式的に示す図である。
【図２４】本発明のめっき装置の他の例を示す平面配置図である。
【図２５】めっき工程の他の例を示す模式図である。
【図２６】無電解めっき処理部の概略構成図である。
【図２７】研磨処理部を組込んだめっき装置の平面配置図である。
【図２８】研磨処理部の概略構成例を示す図である。
【図２９】研磨テーブル洗浄機の概略構成を示す図である。
【図３０】搬送装置を示す斜視図である。
【図３１】搬送装置に取付けられるロボットハンドを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【図３２】搬送装置の他の例を示す図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図である。
【図３３】膜厚測定の更に他の例を示す図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図である。
【図３４】反転機付近の概略正面図である。
【図３５】反転アーム部分の平面図である。
【図３６】本発明のめっき装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図３７】本発明のめっき装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図３８】本発明のめっき装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図３９】銅めっき処置によって銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【図４０】従来例におけるシード層の状態と、それに伴って生じするボイドを模式的に示す図である。
【図４１】本発明のめっき装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図４２】本発明のめっき装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【符号の説明】
５ バリア層
６ 銅膜
７ シード層
１０ ロード・アンロード部
１２ 洗浄・乾燥処理部
１４ 第１基板ステージ
１６ ベベルエッチ・薬液洗浄部
１８ 第２基板ステージ
２０ 水洗部
２２ めっき処理部
２２ａ 第１のめっき処理部
２２ｂ 第２のめっき処理部
２４，２６，２８ 搬送装置
４５ めっき液
４６ めっき処理槽
４７ ヘッド部
４８ アノード
４９ めっき室
５０ めっき槽
５３ めっき液噴出ノズル
５５ めっき液供給管
５７，５９，１２０ めっき液排出口
５８ 堰部材
６２ 鉛直整流リング
６３ 水平整流リング
７０ ハウジング
７２ 基板保持部
７５ 空気抜き穴
７６ カソード電極用接点
７７ 給電接点
２４０ 押圧リング
２４２ 押圧ロッド
２４４ シール材
２７０ 芯出し機構
２７２ ブラケット
２７４ ブロック
２７６ 枢軸

Claims (6)

1. シード層で覆われた微細窪みを有する基板にめっきを施して該微細窪みに金属を充填するめっき方法において、
   前記基板を、濃度が１〜１０ｇ／Ｌの２価の銅イオンと錯化剤とを有し、アルカリ金属及びシアンを含まない物質からなり、下記の第２のめっき液より分極が大きい第１のめっき液中に浸漬させて、前記シード層を補強する第１段めっき処理を行い、しかる後、
   前記基板を、第２のめっき液中に浸漬させて、前記微細窪みの内部に銅を埋込む第２段めっき処理を行うことを特徴とするめっき方法。
2. 前記錯化剤が、エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ'，Ｎ''，Ｎ'''エチレンジニトロテトラプロパン−２オール、ピロリン酸、イミノ二酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジアミノブタン、ヒドロキシエチルエチレンジアミン、エチレンジアミンテトラプロピオン酸、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸、ジエチレントリアミンテトラメチレンホスホン酸、ジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸またはそれらの誘導体であることを特徴とする請求項１記載のめっき方法。
3. 前記第１のめっき液は、ｐＨ調整剤として、コリンまたは水酸化テトラメチルアンモニウムを更に有することを特徴とする請求項１または２記載のめっき方法。
4. 前記第１のめっき液中における錯化剤の濃度は、２０〜２００ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１記載のめっき方法。
5. シード層で覆われた微細窪みを有する基板を、濃度が１〜１０ｇ／Ｌの２価の銅イオンと錯化剤とを有し、アルカリ金属及びシアンを含まない物質からなり、下記の第２のめっき液より分極が大きい第１のめっき液中に浸漬させて、前記シード層を補強する第１段めっき処理を行う第１のめっき処理部と、
   前記第１のめっき処理部のめっき槽に第１のめっき液を供給する第１のめっき液供給手段と、
   前記第１段めっき処理によってシード層を補強した基板を、第２のめっき液中に浸漬させて、前記微細窪みの内部に銅を埋込む第２段めっき処理を行う第２のめっき処理部と、
   前記第２のめっき処理部のめっき槽に第２のめっき液を供給する第２のめっき液供給手段と、
   前記基板を第１のめっき処理部から第２のめっき処理部に搬送する搬送手段とを有することを特徴とするめっき装置。
6. 前記第１のめっき液中における錯化剤の濃度は、２０〜２００ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項５記載のめっき装置。

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