(57)【要約】【課題】半導体ウエハ等の基板面内、基板間での再現性があり、高い歩留りで半導体装置等を製造できるようにする。【解決手段】基板の表面に形成した埋込み配線の底面及び側面、または露出表面に保護膜を選択的に形成するに際し、前記基板にめっき前処理を施し、前処理後の基板の表面に無電解めっきを施して配線の底面及び側面、または露出表面に保護膜を選択的に形成し、必要に応じて前記保護膜の選択性を向上させるための後処理を施し、しかる後、基板を乾燥状態とすることを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成した埋込み配線の底面及び側面、または露出表面に保護膜を選択的に形成するに際し、
前記基板にめっき前処理を施し、
前記前処理後の基板の表面に無電解めっきを施して前記配線の底面及び側面、または露出表面に前記保護膜を選択的に形成し、
前記処理後の基板を乾燥状態とすることを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記めっき前処理を施す基板が乾燥状態で投入されることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記無電解めっき後の基板に、前記保護膜の選択性を向上させるための後処理を施し、しかる後、基板を乾燥状態にすることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記めっき前処理は、前記基板表面を清浄化する工程と、該清浄化後の基板上の被めっき下地表面に触媒を付与して該被めっき下地表面を活性化する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記配線の露出表面に前記保護膜を選択的に形成するに際して、前記基板表面を清浄化する工程に先だって、化学機械的研磨、電気化学的研磨または複合電気化学的研磨のいずれかにより配線の露出表面の平坦化を行うことを特徴とする請求項４記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記基板表面の清浄化処理を、減圧または常圧雰囲気下で基板にプラズマ処理を施して行うことを特徴とする請求項４または５記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記被めっき下地表面の活性化処理を光照射、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法により行うことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項８】
前記基板表面の清浄化処理を、ｐＨが２以下の無機酸、ｐＨが５以下のキレート能力を有する酸、ｐＨが５以下の酸にキレート剤を添加した液、配線の防食剤を除去できるアルカリ溶液、またはアミノ酸のアルカリ溶液からなる薬液に前記基板表面を接触させることにより行い、しかる後に、前記清浄化後の基板表面をリンス液でリンス処理することを特徴とする請求項４記載の基板処理方法。
【請求項９】
前記リンス液が、純水、水素ガス溶解水、または電解カソード水のいずれかであることを特徴とする請求項８記載の基板処理方法。
【請求項１０】
前記被めっき下地表面への触媒の付与を、パラジウムを含む薬液に被めっき下地表面を接触させることにより行い、しかる後に、前記触媒付与後の基板表面をリンス液でリンス処理することを特徴とする請求項４乃至９のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項１１】
前記リンス液が、純水、水素ガス溶解水、電解カソード水、または無電解めっきに使用するめっき液を構成する成分の水溶液であることを特徴とする請求項１０記載の基板処理方法。
【請求項１２】
前記被めっき下地表面への触媒の付与に際して、触媒付与後の該被めっき下地表面のパラジウム触媒濃度を１ｃｍ２あたり０．４〜８μｇとすることを特徴とする請求項４乃至１１のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項１３】
前記前処理に使用する薬液の液量を計測するとともに、前処理液中の組成を分析し、前処理液中の不足する成分を補給することを特徴とする請求項４乃至１２のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項１４】
前記無電解めっきによる前記保護膜の成膜速度を毎分１０〜２００Åとすることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項１５】
前記無電解めっきによる前記保護膜の成膜を、ｐＨが７〜１０であって、アルカリ金属を含み、かつアンモニアを含まないめっき液に前記基板を接触させて行うことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項１６】
前記めっき液中に、少なくとも１．５ｇ／ｌ以上の濃度のタングステンが含まれていることを特徴とする請求項１５記載の基板処理方法。
【請求項１７】
前記保護膜がコバルト、タングステン、リンの３元素を含む合金膜であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項１８】
前記合金膜の平均組成が、コバルト７５〜９０ａｔｍ％、タングステン１〜１０ａｔｍ％、リン５〜２５ａｔｍ％の範囲にあることを特徴とする請求項１７記載の基板処理方法。
【請求項１９】
前記めっき液の液量を計測するとともに、めっき液の組成を分析し、めっき液中の不足する成分を補給することを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項２０】
前記めっき液中の溶存酸素濃度を測定して、溶存酸素濃度を一定に制御することを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項２１】
前記無電解めっき処理後、基板をめっき液から引き上げ、ｐＨが６〜７．５の中性液からなる停止液を基板表面に接触させてめっき反応を停止させることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項２２】
前記停止液が、純水、水素ガス溶解水、または電解カソード水であることを特徴とする請求項２１記載の基板処理方法。
【請求項２３】
前記基板の後処理が、筒状の洗浄部材を軸まわりに回転させながら該洗浄部材の表面を前記基板の被処理面に擦り付けることを含むことを特徴とする請求項３乃至２２のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項２４】
前記基板の後処理が、化学機械的研磨、電気化学的研磨または複合電気化学的研磨のいずれかにより、被処理面を平坦化することを含むことを特徴とする請求項３乃至２３のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項２５】
前記基板の後処理に、界面活性剤、有機アルカリ及びキレート剤のいずれか一種または二種以上を含む薬液を使用することを特徴とする請求項３乃至２４のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項２６】
前記基板の後処理の後に、純水、水素ガス溶解水、または電解カソード水でリンスし、しかる後、基板を乾燥することを特徴とする請求項３乃至２５のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項２７】
前記基板を乾燥状態にする乾燥処理を行う際に、乾燥空気または乾燥不活性ガスを用いて基板の周囲における雰囲気の湿度を制御することを特徴とする請求項１乃至２６のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項２８】
前記乾燥後の基板に、前記保護膜を改質する熱処理を施すことを特徴とする請求項１乃至２７のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項２９】
前記熱処理の温度が１２０〜４５０℃であることを特徴とする請求項２８記載の基板処理方法。
【請求項３０】
被めっき下地表面に形成された前記保護膜の膜厚を測定することを特徴とする請求項１乃至２９のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項３１】
基板の表面に形成した埋込み配線の底面及び側面、または露出表面に保護膜を選択的に形成する基板処理装置であって、
前記基板表面にめっき前処理を施す前処理ユニットと、
前記前処理後の基板の表面に無電解めっきを施して前記配線の底面及び側面、または露出表面に前記保護膜を選択的に形成する無電解めっきユニットと、
前記無電解めっき処理後の基板を乾燥状態にする乾燥ユニットを有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項３２】
無電解めっきユニットと乾燥ユニットの間に、基板表面に形成した前記保護膜の選択性を向上させるための後処理を施す後処理ユニットを有することを特徴とする請求項３１記載の基板処理装置。
【請求項３３】
前記前処理ユニットは、基板表面を薬液で処理し、該薬液を基板表面から除去する第１前処理ユニットと、基板表面に触媒を付与し、該触媒付与に使用した薬液を基板表面から除去する第２前処理ユニットとを有することを特徴とする請求項３１または３２記載の基板処理装置。
【請求項３４】
前記前処理ユニットは、薬液を基板に対してスプレーで噴射するように構成されていることを特徴とする請求項３１乃至３３のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項３５】
前記前処理ユニットが保有する前処理液の液量を計測するとともに、前処理液中の組成を分析し、前処理液中の不足する成分を補給する前処理液管理ユニットを有することを特徴とする請求項３１乃至３４のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項３６】
前記無電解めっきユニットは、めっき槽、めっき液循環系及びめっき液貯槽とを備え、該めっき液循環系は、めっき待機時及びめっき処理時に個別に設定可能な流量でめっき液を前記めっき槽と前記めっき液貯槽の間を循環可能であり、かつめっき待機時のめっき液の循環流量が２〜２０Ｌ／ｍｉｎで、めっき処理時のめっき液の循環流量が０〜１０Ｌ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項３１乃至３５のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項３７】
前記無電解めっきユニットが保有するめっき液の液量を計測するとともに、めっき液中の組成を分析し、めっき液中の不足する成分を補給するめっき液管理ユニットを有することを特徴とする請求項３１乃至３６のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項３８】
前記めっき液管理ユニットは、前記無電解めっきユニットが保有するめっき液の溶存酸素を測定する溶存酸素濃度計を有し、該溶存酸素濃度計の指示によりめっき液の溶存酸素濃度を一定に管理することを特徴とする請求項３７記載の基板処理装置。
【請求項３９】
前記後処理ユニットは、ロールスクラブ洗浄方式、ペンシル洗浄方式またはエッチング液によるエッチングバック方式のうちの少なくとも一種類を使用していることを特徴とする請求項３１乃至３８のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項４０】
前記後処理ユニットは、化学機械的研磨ユニット、電気化学的研磨ユニットまたは複合電気化学的研磨ユニットのうちの少なくとも一種類を使用していることを特徴とする請求項３１乃至３９のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項４１】
前記乾燥ユニットは、スピンドライヤからなることを特徴とする請求項３１乃至４０のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項４２】
前記乾燥ユニットは、該乾燥ユニットに乾燥空気を供給するドライエアユニットないし乾燥不活性ガスを供給するドライ不活性ガスユニットを有することを特徴とする請求項３１乃至４１のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項４３】
前記乾燥ユニットで乾燥後の基板に、前記保護膜を改質する熱処理を施す熱処理ユニットを有することを特徴とする請求項３１乃至４２のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項４４】
被めっき下地表面に形成された保護膜の膜厚を測定する膜厚測定ユニットを有することを特徴とする請求項３１乃至４３のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項４５】
前記各ユニットに水素ガス溶解水または電解カソード水を供給するための、超純水に水素ガスを溶解する装置または超純水を電解する装置を有することを特徴とする請求項３１乃至４４のいずれかに記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理方法及び基板処理装置に係り、特に半導体ウエハ等の基板の表面に設けた配線用の微細な凹部に、銅や銀等の導電体を埋込んで構成する埋込み配線の底面及び側面、または露出表面に、配線材料の層間絶縁膜中への熱的拡散を防止する機能あるいは配線と層間絶縁膜の密着性を向上させる機能を有する導電膜や、配線を覆う磁性膜等の保護膜を無電解めっきで形成するのに使用される基板処理方法及び基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の配線形成プロセスとして、配線溝及びコンタクトホールに金属（導電体）を埋込むようにしたプロセス（いわゆる、ダマシンプロセス）が使用されつつある。これは、層間絶縁膜に予め形成した配線溝やコンタクトホールに、アルミニウム、近年では銅や銀等の金属を埋込んだ後、余分な金属を化学機械的研磨（ＣＭＰ）によって除去し平坦化するプロセス技術である。
【０００３】
従来この種の配線、例えば配線材料として銅を使用した銅配線にあっては、信頼性向上のため、層間絶縁膜への配線（銅）の熱的拡散を防止しかつエレクトロマイグレーション耐性を向上させるためのバリア膜を配線の底面及び側面に形成したり、その後絶縁膜（酸化膜）を積層して多層配線構造の半導体装置を作る場合の酸化性雰囲気における配線（銅）の酸化を防止したりするため酸化防止膜を形成するなどの方法が採用されている。従来、この種のバリア膜としては、タンタル、チタンまたはタングステンなどの金属あるいはその窒化物が一般に採用されており、また酸化防止膜としては、シリコンの窒化物などが一般に採用されていた。
【０００４】
これに変わるものとして、最近になってコバルト合金やニッケル合金等からなる配線保護膜で埋込み配線の底面及び側面、または露出表面を選択的に覆って、配線の熱拡散、エレクトロマイグレーション及び酸化を防止することが検討されている。また、不揮発磁気メモリにおいては、微細化に伴う書込み電流の増加を抑制するため、記録用配線の周囲をコバルト合金やニッケル合金等の磁性膜で覆うことが考えられている。このコバルト合金やニッケル合金等は、例えば無電解めっきによって得られる。
【０００５】
ここで、例えば、図１に示すように、半導体ウエハ等の基板Ｗの表面に堆積したＳｉＯ２等からなる絶縁膜２の内部に配線用の微細な凹部４を形成し、表面にＴａＮ等からなるバリア層６を形成した後、例えば、銅めっきを施して、基板Ｗの表面に銅膜を成膜して凹部４の内部に埋込み、しかる後、基板Ｗの表面にＣＭＰ（化学機械的研磨）を施して平坦化することで、絶縁膜２の内部に銅膜からなる配線８を形成し、この配線（銅膜）８の表面に、例えば無電解めっきによって得られる、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金膜からなる配線保護膜（蓋材）９を選択的に形成して配線８を保護する場合を考える。
【０００６】
一般的な無電解めっきによって、このようなＣｏ−Ｗ−Ｐ合金膜からなる配線保護膜（蓋材）９を配線８の表面に選択的に形成する工程を説明すると、先ず、ＣＭＰ処理を施した半導体ウエハ等の基板Ｗを、例えば常温の希硫酸中に１分程度浸漬させて、絶縁膜２の表面に残った銅等のＣＭＰ残さ等を除去する。そして、基板Ｗの表面を純水等の洗浄液で洗浄した後、例えば常温のＰｄＣｌ２／ＨＣｌ混合溶液中に基板Ｗを１分間程度浸漬させ、これにより、配線８の表面に触媒としてのＰｄを付着させて配線８の露出表面を活性化させる。次に、基板Ｗの表面を純水等で洗浄（リンス）した後、例えば液温が８０℃のＣｏ−Ｗ−Ｐめっき液中に基板Ｗを１２０秒程度浸漬させて、活性化させた配線８の表面に選択的な無電解めっきを施し、しかる後、基板Ｗの表面を純水等の洗浄液で洗浄する。これによって、配線８の露出表面に、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金膜からなる配線保護膜９を選択的に形成して配線８を保護する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、無電解めっきによってＣｏ−Ｗ−Ｐ合金膜からなる配線保護膜を形成する際には、前述のように、各種薬液による前処理、めっき処理ならびに後処理や、その間のリンスなどの処理が施され、これらの処理において、基板表面は様々な条件の液に触れることになる。また、基板表面自体も、酸化膜やバリア膜、配線材料さらには触媒など様々な材料が共存しており、前工程での処理条件も含めると実に多様な表面状態が想定される。
【０００８】
このように液側の多様性と基板側の多様性が存在する中で、基板の表面に形成された配線の底面及び側面、または露出表面に保護膜（めっき膜）を選択的に、かつ膜厚の面内均一性を高めた状態で形成し、しかも配線の信頼性向上という所期の要件を満たさなければならない。
【０００９】
このためには、それぞれの処理を最適化するだけでなく、前後工程との最適化を図り、しかもその条件の維持が確実にできるようにプロセスならびに装置を組み立てることが要求される。しかしながら従来は、単に信頼性向上のためめっき膜をつけること、あるいはそのためのめっき液の条件などは検討されていたが、工業的に配線の信頼性向上という所期の要件を実現するための一連の操作に関する提案はなされていないのが現状であった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、半導体ウエハ等の基板面内、基板間での再現性があり、高い歩留りで半導体装置等を製造できるようにした基板処理方法及び基板処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板の表面に形成した埋込み配線の底面及び側面、または露出表面に保護膜を選択的に形成するに際し、前記基板にめっき前処理を施し、前記前処理後の基板の表面に無電解めっきを施して前記配線の底面及び側面、または露出表面に前記保護膜を選択的に形成し、前記処理後の基板を乾燥状態とすることを特徴とする基板処理方法である。
【００１２】
これにより、基板の表面に形成した埋込み配線の底面及び側面、または露出表面に、無電解めっきによって保護膜を形成する一連の処理を連続して行うことができ、しかも乾燥状態まで基板を仕上げるので、そのまま次工程に搬送することが可能となるばかりでなく、次工程にかかるまでの間での保護膜（めっき膜）の劣化を抑えることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、めっき前処理を施す基板が乾燥状態で投入されることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法である。
請求項３に記載の発明は、前記無電解めっき後の基板に、前記保護膜の選択性を向上させるための後処理を施し、しかる後、基板を乾燥状態にすることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法である。これにより、保護膜（めっき膜）の選択性を向上させて歩留りを高めることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記めっき前処理は、前記基板表面を清浄化する工程と、該清浄化後の基板上の被めっき下地表面に触媒を付与して該被めっき下地表面を活性化する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理方法である。
一般に無電解めっきは、下地の状態によって結果が大きく左右される。基板表面は、前工程の条件によって、配線膜上に酸化膜が形成されていたり、層間絶縁膜上に金属成分が残留していたり、あるいは防食剤が強く吸着していたりと実に様々である。このため、めっき前処理として、適正な清浄化処理と活性化処理を行うことで、基板表面全体を清浄化し、かつ被めっき下地表面を初期化し活性化させて、再現性のあるめっきを行うことができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記配線の露出表面に前記保護膜を選択的に形成するに際して、前記基板表面を清浄化する工程に先だって、酸化剤による配線金属の酸化と砥粒による機械的除去によって平坦化を行う化学機械的研磨、アノード酸化と特殊な電解液により平坦化を行う電気化学的研磨、またはアノード酸化と砥粒により平坦化を行う複合電気化学的研磨のいずれかにより配線の露出表面の平坦化を行うことを特徴とする請求項４記載の基板処理方法である。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、前記基板表面の清浄化処理を、減圧または常圧雰囲気下で基板にプラズマ処理を施して行うことを特徴とする請求項４または５記載の基板処理方法である。
プラズマ処理は物理的に表面を処理するものであるので、基板表面に存在する膜の種類に依らず清浄化することが可能である。
請求項７に記載の発明は、前記被めっき下地表面の活性化処理を光照射、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法により行うことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の基板処理方法である。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、前記基板表面の清浄化処理を、ｐＨが２以下の無機酸、ｐＨが５以下のキレート能力を有する酸、ｐＨが５以下の酸にキレート剤を添加した液、配線の防食剤を除去できるアルカリ溶液、またはアミノ酸のアルカリ溶液からなる薬液に前記基板表面を接触させることにより行い、しかる後に、前記清浄化後の基板表面をリンス液でリンス処理することを特徴とする請求項４記載の基板処理方法である。
【００１８】
ｐＨが２以下の無機酸としては、ふっ酸、硫酸または塩酸等が挙げられる。ｐＨが５以下のキレート能力を有する酸としては、蟻酸、酢酸、蓚酸、酒石酸、クエン酸、マレイン酸またはサリチル酸等が挙げられる。ｐＨが５以下の酸に添加するキレート剤としては、ハロゲン化物、カルボン酸、ジカルボン酸、オキシカルボン酸、並びにその水溶性塩等が挙げられる。これらを使用した清浄化処理を施すことによって、絶縁膜上に残った銅等からなるＣＭＰ残さやめっき下地表面の酸化物を除去し、めっきの選択性や下地との密着性を向上させることができる。また、ＣＭＰ工程に一般に使用される防食剤は、通常めっき膜の析出の阻害因子となるが、配線に付着した防食剤を除去する能力を有するアルカリ溶液、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を使用することで、このような防食剤を有効に除去することができる。なお、前記酸類と同一の効果を、グリシン、システイン、メチオニン等のアミノ酸のアルカリ溶液でも実現することが可能である。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、前記リンス液が、純水、水素ガス溶解水、または電解カソード水のいずれかであることを特徴とする請求項８記載の基板処理方法である。
清浄化後に基板表面をリンス液でリンス処理することで、清浄化に使用した薬品が基板表面に残留していて、次の活性化工程の障害となることを防止することができる。このリンス液としては、一般には超純水を用いるが、被めっき下地表面の材料構成によっては、超純水を使ったとしても、配線材料が局部電池作用などにより腐食することがある。そのような場合には、リンス液として、超純水に水素ガスを溶解した水素ガス溶解水、あるいは超純水を隔膜式電気分解して得られる電解カソード水のような、不純物を含まずしかも還元力の高い水を使うことが望ましい。また清浄化に用いる薬品が配線材料等に対して何がしかの腐食性を有することがあるので、清浄化処理とリンス処理の間の時間はなるべく短くすることが望ましい。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、前記被めっき下地表面への触媒の付与を、パラジウムを含む薬液に被めっき下地表面を接触させることにより行い、しかる後に、前記触媒付与後の基板表面をリンス液でリンス処理することを特徴とする請求項４乃至９のいずれかに記載の基板処理方法である。
【００２１】
被めっき下地表面へ触媒を付与することによって、無電解めっきの選択性を高めることができる。触媒金属としては、様々な物質があるが、反応速度その他の制御のし易さなどの点からパラジウムを使うことが好ましい。触媒付与の方法としては、基板全体を触媒液に浸漬する場合と、スプレーなどによって触媒液を基板表面に向けて噴射する場合があり、めっき膜の組成や必要膜厚などによって、そのいずれかを選択することができる。一般に薄膜形成に際しては、スプレー法による方が再現性などの点で優れている。なお、清浄化処理の場合と同様に、触媒液が基板表面に残留していると、配線材料等の腐食やめっき工程へ悪影響の可能性があるので、触媒付与処理とリンス処理の間の時間はなるべく短くすることが望ましい。
【００２２】
請求項１１に記載の発明は、前記リンス液が、純水、水素ガス溶解水、電解カソード水、または無電解めっきに使用するめっき液を構成する成分の水溶液であることを特徴とする請求項１０記載の基板処理方法である。
リンス液としては、清浄化処理の場合と同様に、純水、水素ガス溶解水、電解カソード水のいずれかを用いることも可能であるが、次のめっき工程に先だって基板を馴染ませておくため、例えば還元剤等のような無電解めっき液を構成する成分の水溶液を用いることも可能である。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、前記被めっき下地表面への触媒の付与に際して、触媒付与後の該被めっき下地表面のパラジウム触媒濃度を１ｃｍ２あたり０．４〜８μｇとすることを特徴とする請求項４乃至１１のいずれかに記載の基板処理方法である。
基板全体に均一かつ連続な無電解めっき膜を形成するためには、被めっき下地表面への触媒付与量がある程度以上なければならないが、触媒としてパラジウムを使う場合には、少なくとも下地表面１ｃｍ２あたり０．４μｇ以上パラジウムが付与されていれば、この要求に応えられることが発明者らにより実験的に確認されている。また、パラジウムを一定以上付与すると下地の腐食が生じ、配線全体としての抵抗値が上昇する事が知られており、めっきをつける上で下地表面１ｃｍ２あたり８μｇ以上パラジウムを付与するとこういった傾向が顕著になることも、発明者らにより実験的に確認されている。
【００２４】
請求項１３に記載の発明は、前記前処理に使用する薬液の液量を計測するとともに、前処理液中の組成を分析し、前処理液中の不足する成分を補給することを特徴とする請求項４乃至１２のいずれかに記載の基板処理方法である。
パラジウム溶液等は比較的高価であるので、これらの前処理液を循環使用することが考えられるが、その場合には処理に伴って有効成分が減少するので、各成分の濃度を管理することが好ましい。
【００２５】
請求項１４に記載の発明は、前記無電解めっきによる前記保護膜の成膜速度を毎分１０〜２００Åとすることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の基板処理方法である。
めっき速度は生産性に直結するため、あまり遅くすることが出来ないが、一方であまり早過ぎると均一性及び再現性を確保できなくなる。配線を保護する保護膜は、一般に数１０〜数１００Å程度の膜厚が要求されることが多いが、その場合には、成膜速度を毎分１０〜２００Åとすることが望ましい。なお、めっき速度は、ｐＨなどめっき液の組成条件と反応温度などの反応条件の両者で制御することができる。
【００２６】
請求項１５に記載の発明は、前記無電解めっきによる前記保護膜の成膜を、ｐＨが７〜１０であって、アルカリ金属を含み、かつアンモニアを含まないめっき液に前記基板を接触させて行うことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の基板処理方法である。
【００２７】
一般に、無電解めっきでは反応を制御するためにめっき液を加温するが、加温しためっき液中にアンモニウムイオンが含まれると、アンモニアは揮発し易いため、めっき液組成を安定に維持することが困難となる。このためめっき速度やめっき膜組成などの再現性を長期にわたって維持することが困難となる。めっき液の構成成分として、アンモニウム塩ではなくアルカリ金属塩を使用し、めっき液中にアンモニウムイオンが含まれなくすることで、このような弊害を防止することができる。
【００２８】
請求項１６に記載の発明は、前記めっき液中に、少なくとも１．５ｇ／ｌ以上の濃度のタングステンが含まれていることを特徴とする請求項１５記載の基板処理方法である。
ニッケル合金ないしコバルト合金の中で、前述の保護作用を実現するものとしては、合金膜中に一定程度のタングステンを含むことが望まれる。このためには無電解めっき液中に一定程度以上のタングステンが含まれていなければならないが、その量を少なくとも１．５ｇ／ｌ以上とすることで、合金中のタングステン量を有効的に制御することができる。
【００２９】
請求項１７に記載の発明は、前記保護膜がコバルト、タングステン、リンの３元素を含む合金膜であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の基板処理方法である。
ニッケル合金ないしコバルト合金の中で、コバルト、タングステン、リンの３元素を含む合金膜は、成膜レートが比較的遅いので薄膜形成に有利であり、まためっき液が比較的安定で膜組成の制御が容易であるばかりでなく、その再現性を容易に確保することができる。
【００３０】
請求項１８に記載の発明は、前記合金膜の平均組成が、コバルト７５〜９０ａｔｍ％、タングステン１〜１０ａｔｍ％、リン５〜２５ａｔｍ％の範囲にあることを特徴とする請求項１７記載の基板処理方法である。
コバルト、タングステン、リンの３元素を含む合金膜の組成においては、タングステンとリンの含有率にトレードオフ関係があり、またタングステン量が増えるとめっき速度が極端に低下する。従って、保護作用を実現する最低限のタングステン組成として１ａｔｍ％以上、めっき速度の観点から最大限の組成として１０ａｔｍ％以下となり、これに応じてリン組成が５〜２５ａｔｍ％、コバルト組成が７５〜９０ａｔｍ％となる。
【００３１】
請求項１９に記載の発明は、前記めっき液の液量を計測するとともに、めっき液の組成を分析し、めっき液中の不足する成分を補給することを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれかに記載の基板処理方法である。
成膜によってめっき液中の各成分は消費され、それとは別に還元剤は時間とともに分解する。また、めっき液は加温して用いるので、水分等の蒸発に伴う組成変化も起こる。さらには、処理に伴う若干の液の系外への持ち出しも起こる。このため、ｐＨやめっき液中の各成分の組成を分析し、ある範囲に維持することで、膜組成の再現性を維持することができる。
【００３２】
請求項２０に記載の発明は、前記めっき液中の溶存酸素濃度を測定して、溶存酸素濃度を一定に制御することを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれかに記載の基板処理方法である。
詳細な機構は判っていないが、発明者らの実験結果によると、めっき液中の溶存酸素がある一定範囲に入っていないとめっき反応の再現性が悪くなる。このため、めっき液中の溶存酸素濃度を測定し、管理することで、めっき反応の安定性を維持することができる。
【００３３】
請求項２１に記載の発明は、前記無電解めっき処理後、基板をめっき液から引き上げ、ｐＨが６〜７．５の中性液からなる停止液を基板表面に接触させてめっき反応を停止させることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれかに記載の基板処理方法である。
これにより、基板をめっき液から引き上げた直後にめっき反応を迅速に停止させて、めっき膜にめっきむらが発生することを防止することができる。この処理時間は、例えば１〜５秒であることが好ましい。
【００３４】
請求項２２に記載の発明は、停止液が、純水、水素ガス溶解水、または電解カソード水であることを特徴とする請求項２１記載の基板処理方法である。
前述と同様に、表面の材料構成によっては配線材料が局部電池作用などにより腐食することがあり、このような場合に、還元性を持たせた超純水でめっきを停止させることで、このような弊害を回避することができる。
【００３５】
請求項２３に記載の発明は、前記基板の後処理が、筒状の洗浄部材を軸まわりに回転させながら該洗浄部材の表面を前記基板の被処理面に擦り付けることを含むことを特徴とする請求項３乃至２２のいずれかに記載の基板処理方法である。
これにより、層間絶縁膜上の金属微粒子などのめっき残留物を確実に除去し、無電解めっきの選択性を一層向上させることができる。
【００３６】
請求項２４に記載の発明は、前記基板の後処理が、化学機械的研磨、電気化学的研磨または複合電気化学的研磨のいずれかにより、被処理面を平坦化することを含むことを特徴とする請求項３乃至２３のいずれかに記載の基板処理方法である。
これにより、層間絶縁膜上の金属微粒子などのめっき残留物を確実に除去し、無電解めっきの選択性を一層向上させることができる。また、被めっき処理面の平坦化もできるため、次工程での処理が容易になる。
【００３７】
請求項２５に記載の発明は、前記基板の後処理に、界面活性剤、有機アルカリ及びキレート剤のいずれか一種または二種以上を含む薬液を使用することを特徴とする請求項３乃至２４のいずれかに記載の基板処理方法である。
これらの薬液を用いることで、無電解めっきの選択性を一層効率良く向上させることができる。なお、界面活性剤としては非イオン性のものが、有機アルカリとしては第４級アンモニウムないしアミン類が、またキレート剤としてはエチレンジアミン類やクエン酸等の有機酸が好ましい。
【００３８】
請求項２６に記載の発明は、前記基板の後処理の後に、純水、水素ガス溶解水、または電解カソード水でリンスし、しかる後、基板を乾燥することを特徴とする請求項３乃至２５のいずれかに記載の基板処理方法である。
前述と同様に、表面の材料構成によっては配線材料が局部電池作用などにより腐食することがあるが、このような場合に、還元性を持たせた超純水でリンスすることで、このような弊害を回避することができる。
【００３９】
請求項２７に記載の発明は、前記基板を乾燥状態にする乾燥処理を行う際に、乾燥空気または乾燥不活性ガスを用いて基板の周囲における雰囲気の湿度を制御することを特徴とする請求項１乃至２６のいずれかに記載の基板処理方法である。
通常の雰囲気下で乾燥を行うと、基板上の水分が雰囲気中に飛散して湿度が高まり、乾燥処理をしたとはいえ基板表面には多量の水分が吸着しており、このままでは、吸着水分によって配線部分が酸化されるなど新たな問題を引き起こす可能性がある。またスピンドライヤでのミストバックによる、ウォータ・マーク発生などの問題も想定される。このため、乾燥時の雰囲気湿度を乾燥空気または乾燥窒素を用いて制御することで、このような弊害を回避することができる。
【００４０】
請求項２８に記載の発明は、前記乾燥後の基板に、前記保護膜を改質する熱処理を施すことを特徴とする請求項１乃至２７のいずれかに記載の基板処理方法である。
これにより、配線の露出表面に形成した保護膜（めっき膜）のバリア性及び配線との密着性等を向上させることができる。また、次工程の前に熱処理を加えることで、配線の露出表面に形成した保護膜（めっき膜）の熱変形等を最小に抑えることができる。
【００４１】
請求項２９に記載の発明は、前記熱処理の温度が１２０〜４５０℃であることを特徴とする請求項１乃至２８記載の基板処理方法である。
保護膜の改質に必要な温度としては、処理時間の現実性も含めて考えると、少なくとも１２０℃以上であり、かつデバイスを構成する材料の耐熱性を考慮すると４５０℃を超えないことが望ましい。
【００４２】
請求項３０に記載の発明は、被めっき下地表面に形成された前記保護膜の膜厚を測定することを特徴とする請求項１乃至２９のいずれかに記載の基板処理方法である。
これにより、配線の露出表面に形成した保護膜の膜厚を測定し、この膜厚の変動に応じて、例えば次の基板に対するめっき処理の処理時間を調整することで、配線の露出表面に形成される保護膜の膜厚を一定に制御することができる。
【００４３】
請求項３１に記載の発明は、基板の表面に形成した埋込み配線の底面及び側面、または露出表面に保護膜を選択的に形成する基板処理装置であって、前記基板表面にめっき前処理を施す前処理ユニットと、前記前処理後の基板の表面に無電解めっきを施して前記配線の底面及び側面、または露出表面に前記保護膜を選択的に形成する無電解めっきユニットと、前記無電解めっき処理後の基板を乾燥状態にする乾燥ユニットを有することを特徴とする基板処理装置である。
これにより、基板の表面に形成した埋込み配線の底面及び側面、または露出表面に、無電解めっきによって保護膜を形成する一連の処理を１つの装置内で連続して行うことができ、しかも乾燥状態まで基板を仕上げるのでそのまま次工程に搬送することが可能となる。
【００４４】
請求項３２に記載の発明は、無電解めっきユニットと乾燥ユニットの間に、基板表面に形成した前記保護膜の選択性を向上させるための後処理を施す後処理ユニットを有することを特徴とする請求項３１記載の基板処理装置である。
これにより、それぞれの処理工程を別々の装置（処理部）で行う場合に比較して全体がコンパクトになり、広い設置スペースを必要とせず、装置のイニシャルコスト、ランニングコストを低くでき、且つ短い処理時間で、選択性を高めた保護膜（めっき膜）を形成できる。
【００４５】
請求項３３に記載の発明は、前処理ユニットは、基板表面を薬液で処理し、該薬液を基板表面から除去する第１前処理ユニットと、基板表面に触媒を付与し、該触媒付与に使用した薬液を基板表面から除去する第２前処理ユニットとを有することを特徴とする請求項３１または３２記載の基板処理装置である。
処理装置に投入される基板の表面状態は前工程によって左右されるが、第１前処理ユニットでの適正な薬液処理による表面清浄化及び初期化と、第２前処理ユニットでの触媒付与による活性化処理を行うことにより、前工程の如何に依らないめっき処理が可能となる。
【００４６】
請求項３４に記載の発明は、前記前処理ユニットは、薬液を基板に対してスプレーで噴射するように構成されていることを特徴とする請求項３１乃至３３のいずれかに記載の基板処理装置である。
触媒付与の方法としては浸漬法とスプレー法が考えられるが、信頼性などの点から見てスプレー法のほうが優れている。
【００４７】
請求項３５に記載の発明は、前記前処理ユニットが保有する前処理液の液量を計測するとともに、前処理液中の組成を分析し、前処理液中の不足する成分を補給する前処理液管理ユニットを有することを特徴とする請求項３１乃至３４のいずれかに記載の基板処理装置である。
前処理液の組成の分析方法としては、電極法、滴定法、電気化学的測定等があり、これらの分析結果を信号処理して前処理液中の不足する成分を補給槽から定量ポンプなどを使って前処理液貯槽へ補給し、これによって、前処理液の液量と組成を管理することで、薄膜めっきを再現性良く実現できる。
【００４８】
請求項３６に記載の発明は、前記無電解めっきユニットは、めっき槽、めっき液循環系及びめっき液貯槽とを備え、該めっき液循環系は、めっき待機時及びめっき処理時に個別に設定可能な流量でめっき液を前記めっき槽と前記めっき液貯槽の間を循環可能であり、かつめっき待機時のめっき液の循環流量が２〜２０Ｌ／ｍｉｎで、めっき処理時のめっき液の循環流量が０〜１０Ｌ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項３１乃至３５のいずれかに記載の基板処理装置である。
これにより、めっき待機時にめっき液の大きな循環流量を確保して、セル内のめっき浴の液温を一定に維持し、めっき処理時には、めっき液の循環流量を小さくして、より均一な膜厚の保護膜（めっき膜）を成膜することができる。
【００４９】
請求項３７に記載の発明は、前記無電解めっきユニットが保有するめっき液の液量を計測するとともに、めっき液中の組成を分析し、めっき液中の不足する成分を補給するめっき液管理ユニットを有することを特徴とする請求項３１乃至３６のいずれかに記載の基板処理装置である。
めっき液の組成の分析方法としては、吸光光度法、滴定法、電気化学的測定、電気泳動法などがあり、これらの分析結果を信号処理してめっき液中の不足する成分を補給槽から定量ポンプなどを使ってめっき液貯槽へ補給し、これによって、めっき液の液量と組成を管理することで、薄膜めっきを再現性良く実現できる。
【００５０】
請求項３８に記載の発明は、前記めっき液管理ユニットは、前記無電解めっきユニットが保有するめっき液の溶存酸素を測定する溶存酸素濃度計を有し、該溶存酸素濃度計の指示によりめっき液の溶存酸素濃度を一定に管理することを特徴とする請求項３７記載の基板処理装置である。
めっき液中の溶存酸素濃度の測定法としては電気化学的方法等があり、脱気、窒素吹き込みその他の方法でめっき液中の溶存酸素濃度を一定に管理することで、めっき反応を再現性良く実現することができる。
【００５１】
請求項３９に記載の発明は、前記後処理ユニットは、ロールスクラブ洗浄方式、ペンシル洗浄方式またはエッチング液によるエッチングバック方式のうちの少なくとも一種類を使用していることを特徴とする請求項３１乃至３８のいずれかに記載の基板処理装置である。
これにより、めっき処理後の基板表面に物理的な力を加えたり、エッチング力のある薬液を接触させたりすることで、層間絶縁膜上の残留物を完全に取り除いて、半導体装置等の歩留りを向上させることができる。
【００５２】
請求項４０に記載の発明は、前記後処理ユニットは、化学機械的研磨ユニット、電気化学的研磨ユニットまたは複合電気化学的研磨ユニットのうちの少なくとも一種類を使用していることを特徴とする請求項３１乃至３９のいずれかに記載の基板処理装置である。
これにより、めっき処理後の基板表面に物理的な力を加えることで、層間絶縁膜上の残留物を完全に取り除いて、半導体装置等の歩留りを向上させることができる。また、めっき処理後の基板表面の平坦化ができ、以後の基板処理が容易になる。
【００５３】
請求項４１に記載の発明は、前記乾燥ユニットは、スピンドライヤからなることを特徴とする請求項３１乃至４０のいずれかに記載の基板処理装置である。
これにより後処理後の基板を迅速に乾燥できるので、装置としての生産性を高めることができる。
【００５４】
請求項４２に記載の発明は、前記乾燥ユニットは、該乾燥ユニットに乾燥空気を供給するドライエアユニットないし乾燥不活性ガスを供給するドライ不活性ガスユニットを有することを特徴とする請求項３１乃至４１のいずれかに記載の基板処理装置である。
これにより後処理後の基板の乾燥を徹底させ、吸着水分による配線部分の酸化やミストバックによるウォータ・マーク発生などの問題を回避できる。
【００５５】
請求項４３に記載の発明は、前記乾燥ユニットで乾燥後の基板に、前記保護膜を改質する熱処理を施す熱処理ユニットを有することを特徴とする請求項３１乃至４２のいずれかに記載の基板処理装置である。
これにより、基板の表面上の被めっき下地表面配線に形成した保護膜のバリア性及び配線との密着性等の向上までの一連の工程を１台の装置で効率良く実現することができる。
【００５６】
請求項４４に記載の発明は、被めっき下地表面に形成された保護膜の膜厚を測定する膜厚測定ユニットを有することを特徴とする請求項３１乃至４３のいずれかに記載の基板処理装置である。
膜厚測定ユニットとしては、光学式のもの、ＡＦＭ、ＥＤＸなどがあり、その信号を処理して、例えば次の基板に対するめっき処理の処理時間を調整することができ、これによって、基板の表面上の被めっき下地表面に形成される保護膜の膜厚を一定に制御することができる。
【００５７】
請求項４５に記載の発明は、前記各ユニットに水素ガス溶解水または電解カソード水を供給する、超純水に水素ガスを溶解する装置または超純水を電解する装置を有することを特徴とする請求項３１乃至４４のいずれかに記載の基板処理装置である。
【００５８】
【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２は、本発明の実施の形態の基板処理装置の平面配置図を示す。同図に示すように、この基板処理装置には、表面に形成した配線用の凹部４内に銅等からなる配線８を形成した基板Ｗ（図１参照、以下同じ）を収容した基板カセット１０を載置収容するロード・アンロードユニット１２が備えられている。そして、排気系統を備えた矩形状ハウジング１６の一方の長辺側に沿った位置に、基板Ｗのめっき前処理、すなわち基板Ｗの表面を清浄化する第１前処理ユニット１８、同じく清浄化後の配線８の露出表面に触媒を付与して活性化させる第２前処理ユニット２０、基板Ｗの表面（被処理面）に無電解めっき処理を行う無電解めっきユニット２２及び無電解めっき処理によって配線８の表面に形成された保護膜９（図１参照、以下同じ）の選択性を向上させるための基板Ｗの後処理を行う後処理ユニット２４が直列に配置されている。
【００５９】
また、ハウジング１６の他方の長辺側に沿った位置に、後処理後の基板Ｗを乾燥させる乾燥ユニット２６、乾燥後の基板Ｗに熱処理（アニール）を施す熱処理ユニット２８及び配線８の表面に形成された保護膜９の膜厚を測定する膜厚測定ユニット３０が直列に配置されている。更に、ハウジング１６の長辺と平行にレール３２に沿って走行自在で、これらの各ユニット及びロード・アンロードユニット１２に搭載された基板カセット１０との間で基板の受渡しを行う搬送ロボット３４が、直線状に配置された各ユニットに挟まれた位置に配置されている。
【００６０】
次に、この基板処理装置による一連の無電解めっき処理について、図３を参照して説明する。なお、この例では、図１に示すように、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金膜からなる配線保護膜（蓋材）９を選択的に形成して配線８を保護する場合について説明する。
【００６１】
先ず、表面に配線８を形成し乾燥させた基板Ｗを該基板Ｗの表面を上向き（フェースアップ）で収納してロード・アンロードユニット１２に搭載した基板カセット１０から、１枚の基板Ｗを搬送ロボット３４で取り出して第１前処理ユニット１８に搬送する。この第１前処理ユニット１８では、基板Ｗをフェースダウンで保持して、この表面に、めっき前処理としての清浄化処理（薬液洗浄）を行う。つまり、例えば液温が２５℃で、希釈Ｈ２ＳＯ４等の薬液を基板Ｗの表面に向けて噴射して、絶縁膜２（図１参照）の表面に残った銅等のＣＭＰ残さや配線膜上の酸化物等を除去し、しかる後、基板Ｗの表面に残った洗浄楽液を純水等のリンス液でリンス（洗浄）する。
【００６２】
ここで使われる薬液としては、ｐＨが２以下のふっ酸、硫酸、塩酸等の無機酸や、蟻酸、酢酸、蓚酸、酒石酸、クエン酸、マレイン酸、サリチル酸等のｐＨ５以下のキレート能力を有する酸、ｐＨ５以下の酸であってハロゲン化物、カルボン酸、ジカルボン酸、オキシカルボン酸ならびにその水溶性塩等のキレート剤が添加されているもの等があげられる。これらの薬液を使用した清浄化処理を施すことによって、絶縁膜上に残った銅等からなるＣＭＰ残さやめっき下地表面の酸化物を除去し、めっきの選択性や下地との密着性を向上させることができる。また、ＣＭＰ工程に一般に使用される防食剤は、通常めっき膜の析出の阻害因子となるが、配線に付着した防食剤を除去する能力を有するアルカリ薬液、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を使用することで、このような防食剤を有効に除去することができる。なお、前記酸類と同一の効果を、グリシン、システイン、メチオニン等のアミノ酸のアルカリ溶液でも実現することが可能である。
【００６３】
また、清浄化後に基板Ｗの表面をリンス液でリンス処理（洗浄）することで、清浄化に使用した薬品が基板Ｗの表面に残留していて、次の活性化工程の障害となることを防止することができる、このリンス液としては、一般には超純水を用いるが、被めっき下地表面の材料構成によっては、超純水を使ったとしても、配線材料が局部電池作用などにより腐食することがある。そのような場合には、リンス液として、超純水に水素ガスを溶解した水素ガス溶解水、あるいは超純水を隔膜式電気分解して得られる電解カソード水のような、不純物を含まずしかも還元力の高い水を使うことが望ましい。また清浄化処理に用いる薬品が配線材料等に対して何がしかの腐食性を有することがあるので、清浄化処理とリンス処理の間の時間はなるべく短いことが好ましい。
【００６４】
なお、この例では、薬液を使用して配線８の表面の清浄化処理（めっき前処理）を行うようにした例を示しているが、配線８の表面の清浄化処理を、減圧または常圧雰囲気下で基板にプラズマ処理を施して行うようにしてもよい。
【００６５】
次に、この清浄化処理及びリンス処理後の基板Ｗを搬送ロボット３４で第２前処理ユニット２０に搬送し、ここで基板Ｗをフェースダウンで保持して、この表面に触媒付与処理を行う。つまり、例えば、液温が２５℃で、ＰｄＣｌ２／ＨＣｌ等の混合溶液を基板Ｗの表面に向けて噴射し、これにより、配線８の表面に触媒としてのＰｄを付着させ、つまり配線８の表面に触媒核（シード）としてのＰｄ核を形成して、配線８の表面配線の露出表面を活性化させ、しかる後、基板Ｗの表面に残った触媒薬液を純水等のリンス液でリンス（洗浄）する。
【００６６】
この薬液（触媒薬液）としては、Ｐｄを含んだ無機または有機酸溶液を使用するが、触媒液中のＰｄ含有量が薄すぎると、被めっき下地表面の触媒密度が少なくなりめっきできなくなり、濃過ぎると配線８上にピッチングなどの欠陥を引き起こす。
【００６７】
基板全体に均一かつ連続な無電解めっき膜を形成するためには、被めっき下地表面への触媒付与量がある程度以上なければならないが、触媒としてパラジウムを使う場合には、少なくとも下地表面１ｃｍ２あたり０．４μｇ以上パラジウムが付与されていれば、この要求に応えられることが実験的に確認されている。また、Ｐｄを一定以上付与していくと、下地の浸食が進み、下地を合わせた抵抗値が上昇することが知られている。下地表面１ｃｍ２あたり８μｇ以上パラジウムを付与するとこういった傾向が顕著になることも、実験的に確認されている。
【００６８】
このように、基板Ｗの表面に触媒を付与することによって、無電解めっきの選択性を高めることができる。ここで、触媒金属としては、様々な物質があるが、反応速度その他の制御のし易さなどの点からＰｄを使うことが好ましい。触媒付与の方法としては、基板全体を触媒液に浸漬する場合と、スプレーなどによって触媒液を基板表面に向けて噴射する場合があり、めっき膜の組成や必要膜厚などによって、そのいずれかを選択することができる。一般に薄膜形成に際しては、スプレー法による方が再現性などの点で優れている。
【００６９】
なお、パラジウム溶液等は比較的高価であるので、これらの前処理液を循環使用することも考えられるが、その場合には、処理に伴って有効成分が減少するとともに基板に付着することによる前処理液の持ち出しがあるので、各成分の濃度と量を管理することが好ましい。
このため、前処理液の組成を分析し、不足分を添加するための前処理液管理ユニット（図示せず）を併置することが好ましい。具体的には、清浄化に使われる薬液は、酸乃至アルカリが主体であるので、例えばｐＨを測定し、所定の値との差から減少分を補給するとともに、薬液貯槽に設けた液面計により減少量を補給することができる。また、触媒液については、たとえば酸性のパラジウム溶液の場合には、ｐＨにより酸の量を、また滴定法ないし比濁法によりパラジウムの量を測定し、同様にして減少量を補給することができる。
【００７０】
また、選択性を向上させるために、層間絶縁膜２および配線８上の残留Ｐｄを除去する必要があり、一般的には、純水リンスが使用される。なお、清浄化処理の場合と同様に、触媒液が基板表面に残留していると、配線材料等の腐食やめっき工程へ悪影響の可能性があるので、触媒付与処理とリンス処理の間の時間はなるべく短くすることが望ましい。リンス液としては、清浄化処理の場合と同様に、純水、水素ガス溶解水、電解カソード水のいずれかを用いることも可能であるが、次のめっき工程に先だって基板を馴染ませておくため、無電解めっき液を構成する成分の水溶液を用いることも可能である。
【００７１】
なお、この例は、配線８の表面のＰｄ付着による活性化処理を薬液を使用して行うようにした例を示しているが、この活性化処理を光照射、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法により行うようにしてもよい。
【００７２】
そして、この触媒を付与しリンス処理した基板Ｗを搬送ロボット３４で無電解めっきユニット２２に搬送し、ここで基板Ｗをフェースダウンで保持して、この表面に無電解めっき処理を施す。つまり、例えば、液温が８０℃のＣｏ−Ｗ−Ｐめっき液中に基板Ｗを、例えば１２０秒程度浸漬させて、活性化させた配線８の表面に選択的な無電解めっき（無電解Ｃｏ−Ｗ−Ｐ蓋めっき）を施して、配線保護膜（蓋材）９を選択的に形成する。このめっき液の組成は、例えば以下の通りである。
【００７３】
・ＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ：１４ｇ／Ｌ
・Ｎａ３Ｃ６Ｈ５Ｏ７・２Ｈ２Ｏ：７０ｇ／Ｌ
・Ｈ３ＢＯ３：４０ｇ／Ｌ
・Ｎａ２ＷＯ４・２Ｈ２Ｏ：１２ｇ／Ｌ
・ＮａＨ２ＰＯ２・Ｈ２Ｏ：２１ｇ／Ｌ
・ｐＨ：９．５
【００７４】
ここで、めっき液として、ｐＨが７〜１０で、ナトリウム元素を含み、かつアンモニウムイオンを含まないものを使用することが好ましい。一般に、無電解めっきでは反応を制御するためにめっき液を加温するが、加温しためっき液中にアンモニウムイオンが含まれると、アンモニアは揮発し易いため、めっき液組成を安定に維持することが困難となる。このためめっき速度やめっき膜組成などの再現性を長期にわたって維持することが困難となる。めっき液の構成成分として、アンモニウム塩ではなく、例えばアルカリ金属塩を使用し、めっき液中にアンモニウムイオンが含まれなくすることで、このような弊害を防止することができる。
【００７５】
ここで、無電解めっきによる保護膜９の成膜速度を毎分１０〜２００Åとすることが好ましい。めっき速度は生産性に直結するため、あまり遅くすることが出来ないが、一方であまり早過ぎると均一性及び再現性を確保できなくなる。保護膜９は、一般に数１０〜数１００Å程度の膜厚が要求されることが多いが、その場合には、成膜速度を毎分１０〜２００Åとすることが望ましい。なお、めっき速度は、ｐＨなどめっき液の組成条件と反応温度などの反応条件の両者で制御することができる。
【００７６】
めっき液として、その組成に、少なくとも１．５ｇ／ｌ以上の濃度のＷが含まれているものを使用することが好ましい。Ｎｉ合金ないしＣｏ合金の中で、保護膜９としての機能を実現するものとしては、合金膜中に一定程度のＷを含むことが望まれる。このためには、めっき液中に一定程度以上のＷが含まれていなければならないが、その量を少なくとも１．５ｇ／ｌ以上とすることで、合金中のＷ量を有効的に制御することができる。
【００７７】
ここで、成膜によってめっき液中の各成分は消費され、めっき液中の還元剤は時間とともに分解する。また、めっき液は加温して用いるので、水分等の蒸発に伴う組成変化も起こる。このため、めっき液の液量を計測するとともに、めっき液のｐＨやめっき液中の各成分の組成を分析し、めっき液中の不足する成分を補給してある範囲に維持することが好ましく、これにより、膜組成の再現性を維持することができる。
【００７８】
また、詳細な機構は判っていないが、実験の結果によると、めっき液中の溶存酸素がある一定範囲に入っていないとめっき反応の再現性が悪くなる。このため、前記めっき液中の溶存酸素濃度を測定し、溶存酸素濃度を一定に制御することが好ましく、これにより、めっき反応の安定性を維持することができる。
【００７９】
以上のようなめっき液の管理に必要な分析機器ならびにめっき成分の補給機構を搭載しためっき液管理ユニット（図示せず）を併置することも出来る。
なお前処理液やめっき液を繰り返し利用すると、外部からの持ち込みやそれ自身の分解によってある特定成分が蓄積し、めっきの再現性や膜質の劣化につながることがある。このような特定成分を選択的に除去する機構を追加することにより、液寿命の延長と再現性の向上を図ることができる。
【００８０】
なお、この例のように、保護膜９をＣｏ，Ｗ及びＰの３元素を含む合金膜で構成することが好ましい。これは、Ｎｉ合金ないしＣｏ合金の中で、Ｃｏ、Ｗ及びＰの３元素を含む合金膜は、成膜レートが比較的遅いので薄膜形成に有利であるからであり、まためっき液が比較的安定で膜組成の制御が容易であるばかりでなく、その再現性を容易に確保することができる。
【００８１】
このように、保護膜９をＣｏ，Ｗ及びＰの３元素を含む合金膜で構成する場合には、保護膜（合金膜）９の平均組成が、Ｃｏ：７５〜９０ａｔｍ％、Ｗ：１〜１０ａｔｍ％、Ｐ：５〜２５ａｔｍ％の範囲にあることが好ましい。Ｃｏ、Ｗ及びＰの３元素を含む合金膜の組成においては、ＷとＰの含有率にトレードオフ関係があり、またＷ量が増えるとめっき速度が極端に低下する。従って、保護作用を実現する最低限のＷ組成として１ａｔｍ％以上、めっき速度の観点から最大限の組成として１０ａｔｍ％以下となり、これに応じてＰ組成が５〜２５ａｔｍ％、Ｃｏ組成が７５〜９０ａｔｍ％となる。
【００８２】
そして、基板Ｗをめっき液から引き上げた後、ｐＨが６〜７．５の中性液からなる停止液を基板Ｗの表面に接触させて、無電解めっき処理を停止させる。これにより、基板Ｗをめっき液から引き上げた直後にめっき反応を迅速に停止させて、めっき膜にめっきむらが発生することを防止することができる。この処理時間は、例えば１〜５秒であることが好ましい。この停止液としては、純水、水素ガス溶解水、または電解カソード水が挙げられる。前述と同様に、表面の材料構成によっては配線材料が局部電池作用などにより腐食することがあり、このような場合に、還元性を持たせた超純水でめっきを停止させることで、このような弊害を回避することができる。
しかる後、基板の表面に残っためっき液を純水等のリンス液でリンス（洗浄）する。これによって、配線８の表面に、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金膜からなる配線保護膜９を選択的に形成して配線８を保護する。
【００８３】
次に、この無電解めっき処理後の基板Ｗを搬送ロボット３４で後処理ユニット２４に搬送し、ここで、基板Ｗの表面に形成された保護膜（めっき膜）９の選択性を向上させて歩留りを高めるための基板後処理を施す。つまり、基板Ｗの表面に、例えばロールスクラブ洗浄やペンシル洗浄による物理的な力を加えつつ、界面活性剤、有機アルカリ及びキレート剤のいずれか一種または二種以上を含む薬液に基板Ｗの表面に供給し、これにより、層間絶縁膜２上の金属微粒子等のめっき残留物を完全に除去して、めっきの選択性を向上させる。これらの薬液を用いることで、無電解めっきの選択性を一層効率良く向上させることができる。なお、界面活性剤としては非イオン性のものが、有機アルカリとしては第４級アンモニウムないしアミン類が、またキレート剤としてはエチレンジアミン類やが好ましい。
【００８４】
そして、このように薬液を使用した場合には、基板Ｗの表面に残った薬液を純水等のリンス液でリンス（洗浄）する。このリンス液としては、純水、水素ガス溶解水、または電解カソード水が挙げられる。前述と同様に、表面の材料構成によっては配線材料が局部電池作用などにより腐食することがあるが、このような場合に、還元性を持たせた超純水でリンスすることで、このような弊害を回避することができる。
【００８５】
なお、前述の、例えばロールスクラブ洗浄やペンシル洗浄による物理的な力による洗浄の他に、錯化剤による洗浄、更にはエッチング液による均一エッチングバック等により、更にはこれらを任意に組み合わせて層間絶縁膜上の残留物を完全に取り除くようにしてもよい。
【００８６】
そして、この後処理後の基板Ｗを搬送ロボット３４で乾燥ユニット２６に搬送し、ここで必要に応じてリンス処理を行う、しかる後、基板Ｗを高速で回転させてスピン乾燥させる。
【００８７】
これにより、基板Ｗの表面に形成した埋込み配線８の露出表面に、無電解めっきによって保護膜９を形成する一連の処理を連続して行うことができ、しかも乾燥状態まで基板を仕上げるので、そのまま次工程に搬送することが可能となるばかりでなく、次工程にかかるまでの間での保護膜（めっき膜）９の劣化を抑えることができる。
【００８８】
この基板Ｗを乾燥状態にする乾燥処理（スピン乾燥）を行う際に、乾燥空気または乾燥不活性ガスを用いて基板の周囲の雰囲気の湿度を制御することが好ましい。通常の雰囲気下で乾燥を行うと、基板上の水分が雰囲気中に飛散して湿度が高まり、乾燥処理をしたとはいえ基板表面には多量の水分が吸着ししており、このままでは、吸着水分によって配線部分が酸化されるなど新たな問題を引き起こす可能性がある。またスピンドライヤでのミストバックによる、ウォータ・マーク発生などの問題も想定される。このため、乾燥時の雰囲気湿度を乾燥空気または乾燥窒素を用いて制御することで、このような弊害を回避することができる。
【００８９】
このスピン乾燥後の基板Ｗを搬送ロボット３４で熱処理ユニット２８に搬送し、ここで、後処理後の基板Ｗに保護膜９を改質する熱処理（アニール）を施す。保護膜９の改質に必要な温度としては、処理時間の現実性も含めて考えると、少なくとも１２０℃以上であり、かつデバイスを構成する材料の耐熱性を考慮すると４５０℃を超えないことが望ましい。このため、この熱処理（アニール）の温度は、例えば１２０〜４５０℃である。このように基板Ｗに熱処理を施すことで、配線の露出表面に形成した保護膜（めっき膜）のバリア性及び配線との密着性を向上させることができる。
【００９０】
次に、熱処理後の基板Ｗを搬送ロボット３４で、例えば光学式、ＡＦＭ、ＥＤＸ等の膜厚測定ユニット３０に搬送し、この膜厚測定ユニット３０で配線８の表面に形成された配線保護膜９の膜厚を測定し、この膜厚測定後の基板Ｗを搬送ロボット３４でロード・アンロードユニット１２に搭載された基板カセット１０に戻す。
【００９１】
そして、この配線８の露出表面に形成した保護膜９の膜厚をオフラインで測定した測定結果を無電解めっき処理の前にフィードバックし、これにより、この膜厚の変動に応じて、例えば次の基板に対するめっき処理の処理時間を調整する。このように、配線８の露出表面に形成した保護膜９の膜厚を測定し、この膜厚の変動に応じて、例えば次の基板に対するめっき処理の処理時間を調整することで、配線８の露出表面に形成される保護膜９の膜厚を一定に制御することができる。
【００９２】
なお、配線８の露出表面に保護膜９を選択的に形成するに際して、配線８の露出表面を清浄化する工程に先だって、化学機械的研磨、電気化学的研磨または複合電気化学的研磨のいずれかにより配線８の露出表面の平坦化を行うことが好ましく、これによって、保護膜９のより平坦化を図ることができる。
【００９３】
次に、図２に示す基板処理装置に備えられている各種ユニットの詳細を以下に説明する。
第１前処理ユニット１８及び第２前処理ユニット２０は、使用される処理液（薬液）が異なるのみで、同じ構成の、異なる液体の混合を防ぐ２液分離方式を採用したもので、フェースダウンで搬送された基板Ｗの処理面（表面）である下面の周縁部をシールし、裏面側を押圧して基板Ｗを固定するようにしている。
【００９４】
この処理ユニット１８，２０は、図４乃至図７に示すように、フレーム５０の上部に取付けた固定枠５２と、この固定枠５２に対して相対的に上下動する移動枠５４を備えており、この移動枠５４に、下方に開口した有底円筒状のハウジング部５６と基板ホルダ５８とを有する処理ヘッド６０が懸架支持されている。つまり、移動枠５４には、ヘッド回転用サーボモータ６２が取付けられ、このサーボモータ６２の下方に延びる出力軸（中空軸）６４の下端に処理ヘッド６０のハウジング部５６が連結されている。
【００９５】
この出力軸６４の内部には、図７に示すように、スプライン６６を介して該出力軸６４と一体に回転する鉛直軸６８が挿着され、この鉛直軸６８の下端に、ボールジョイント７０を介して処理ヘッド６０の基板ホルダ５８が連結されている。この基板ホルダ５８は、ハウジング部５６の内部に位置している。また鉛直軸６８の上端は、軸受７２及びブラケットを介して、移動枠５４に固定した固定リング昇降用シリンダ７４に連結されている。これにより、この昇降用シリンダ７４の作動に伴って、鉛直軸６８が出力軸６４とは独立に上下動するようになっている。
【００９６】
また、固定枠５２には、上下方向に延びて移動枠５４の昇降の案内となるリニアガイド７６が取付けられ、ヘッド昇降用シリンダ（図示せず）の作動に伴って、移動枠５４がリニアガイド７６を案内として昇降するようになっている。
【００９７】
処理ヘッド６０のハウジング部５６の周壁には、この内部に基板Ｗを挿入する基板挿入窓５６ａが設けられている。また、処理ヘッド６０のハウジング部５６の下部には、図８及び図９に示すように、例えばＰＥＥＫ製のメインフレーム８０と、例えばポリエチレン製のガイドフレーム８２との間に周縁部を挟持されてシールリング８４ａが配置されている。このシールリング８４ａは、基板Ｗの下面の周縁部に当接し、ここをシールするためのものである。
【００９８】
一方、基板ホルダ５８の下面周縁部には、基板固定リング８６が固着され、この基板ホルダ５８の基板固定リング８６の内部に配置したスプリング８８の弾性力を介して、円柱状のプッシャ９０が基板固定リング８６の下面から下方に突出するようになっている。更に、基板ホルダ５８の上面とハウジング部５６の上壁部との間には、内部を気密的にシールする、例えばテフロン（登録商標）製で屈曲自在な円筒状の蛇腹板９２が配置されている。
【００９９】
これにより、基板ホルダ５８を上昇させた状態で、基板Ｗを基板挿入窓５６ａからハウジング部５６の内部に挿入する。すると、この基板Ｗは、ガイドフレーム８２の内周面に設けたテーパ面８２ａに案内され、位置決めされてシールリング８４ａの上面の所定の位置に載置される。この状態で、基板ホルダ５８を下降させ、この基板固定リング８６のプッシャ９０を基板Ｗの上面に接触させる。そして、基板ホルダ５８を更に下降させることで、基板Ｗをスプリング８８の弾性力で下方に押圧し、これによって基板Ｗの表面（下面）の周縁部にシールリング８４ａで圧接させて、ここをシールしつつ、基板Ｗをハウジング部５６と基板ホルダ５８との間で挟持して保持するようになっている。
【０１００】
なお、このように、基板Ｗを基板ホルダ５８で保持した状態で、ヘッド回転用サーボモータ６２を駆動すると、この出力軸６４と該出力軸６４の内部に挿着した鉛直軸６８がスプライン６６を介して一体に回転し、これによって、ハウジング部５６と基板ホルダ５８も一体に回転する。
【０１０１】
処理ヘッド６０の下方に位置して、該処理ヘッド６０の外径よりもやや大きい内径を有する上方に開口した、外槽１００ａと内槽１００ｂを有する処理槽１００が備えられている。処理槽１００の外周部には、蓋体１０２に取付けた一対の脚部１０４が回転自在に支承されている。更に、脚部１０４には、クランク１０６が一体に連結され、このクランク１０６の自由端は、蓋体移動用シリンダ１０８のロッド１１０に回転自在に連結されている。これにより、蓋体移動用シリンダ１０８の作動に伴って、蓋体１０２は、処理槽１００の上端開口部を覆う処理位置と、側方の待避位置との間を移動するように構成されている。この蓋体１０２の表面（上面）には、下記のように、例えば還元力を有する電解イオン水を外方（上方）に向けて噴射する多数の噴射ノズル１１２ａを有するノズル板１１２が備えられている。
【０１０２】
更に、図１０に示すように、処理槽１００の内槽１００ｂの内部には、薬液タンク１２０から薬液ポンプ１２２の駆動に伴って供給された薬液を上方に向けて噴射する複数の噴射ノズル１２４ａを有するノズル板１２４が、該噴射ノズル１２４ａが内槽１００ｂの横断面の全面に亘ってより均等に分布した状態で配置されている。この内槽１００ｂの底面には、薬液（排液）を外部に排出する排水管１２６が接続されている。この排水管１２６の途中には、三方弁１２８が介装され、この三方弁１２８の一つの出口ポートに接続された戻り管１３０を介して、必要に応じて、この薬液（排液）を薬液タンク１２０に戻して再利用できるようになっている。更に、この例では、蓋体１０２の表面（上面）に設けられたノズル板１１２は、例えば純水等のリンス液を供給するリンス液供給源１３２に接続されている。また、外槽１００ａの底面にも、排水管１２７が接続されている。
【０１０３】
これにより、基板を保持した処理ヘッド６０を下降させて、処理槽１００の上端開口部を処理ヘッド６０で塞ぐように覆い、この状態で、処理槽１００の内槽１００ｂの内部に配置したノズル板１２４の噴射ノズル１２４ａから薬液を基板Ｗに向けて噴射することで、基板Ｗの下面（処理面）の全面に亘って薬液を均一に噴射し、しかも薬液の外部への飛散を防止しつつ薬液を排水管１２６から外部に排出できる。更に、処理ヘッド６０を上昇させ、処理槽１００の上端開口部を蓋体１０２で閉塞した状態で、処理ヘッド６０で保持した基板Ｗに向けて、蓋体１０２の上面に配置したノズル板１１２の噴射ノズル１１２ａからリンス液を噴射することで、基板表面に残った薬液のリンス処理（洗浄処理）を行い、しかもこのリンス液は外槽１００ａと内槽１００ｂの間を通って、排水管１２７を介して排出されるので、内槽１００ｂの内部に流入することが防止され、リンス液が薬液に混ざらないようになっている。
【０１０４】
この前処理ユニット１８，２０によれば、図４に示すように、処理ヘッド６０を上昇させた状態で、この内部に基板Ｗを挿入して保持し、しかる後、図５に示すように、処理ヘッド６０を下降させて処理槽１００の上端開口部を覆う位置に位置させる。そして、処理ヘッド６０を回転させて、処理ヘッド６０で保持した基板Ｗを回転させながら、処理槽１００の内部に配置したノズル板１２４の噴射ノズル１２４ａから薬液を基板Ｗに向けて噴射することで、基板Ｗの全面に亘って薬液を均一に噴射する。また、処理ヘッド６０を上昇させて所定位置で停止させ、図６に示すように、待避位置にあった蓋体１０２を処理槽１００の上端開口部を覆う位置まで移動させる。そして、この状態で、処理ヘッド６０で保持して回転させた基板Ｗに向けて、蓋体１０２の上面に配置したノズル板１１２の噴射ノズル１１２ａからリンス液を噴射する。これにより、基板Ｗの薬液による処理と、リンス液によるリンス処理とを、２つの液体が混ざらないようにしながら行うことができる。
【０１０５】
なお、処理ヘッド６０の下降位置を調整して、この処理ヘッド６０で保持した基板Ｗとノズル板１２４との距離を調整することで、ノズル板１２４の噴射ノズル１２４ａから噴射された薬液が基板Ｗに当たる領域や噴射圧を任意に調整することができる。ここで、薬液等の前処理液を循環させて使用すると、処理に伴って有効成分が減少するとともに、基板に付着することによる前処理液（薬液）の持ち出しがあるので、前処理液の組成を分析し、不足分を添加するための前処理液管理ユニット（図示せず）を併置することが好ましい。具体的には、清浄化に使われる薬液は、酸乃至アルカリが主体であるので、例えばｐＨを測定し、所定の値との差から減少分を補給するとともに、薬液貯槽に設けた液面計により減少量を補給することができる。また、触媒液については、たとえば酸性のパラジウム溶液の場合には、ｐＨにより酸の量を、また滴定法ないし比濁法によりパラジウムの量を測定し、同様にして減少量を補給することができる。
【０１０６】
無電解めっきユニット２２を図１１乃至図１７に示す。この無電解めっきユニット２２は、めっき槽２００（図１７参照）と、このめっき槽２００の上方に配置されて基板Ｗを着脱自在に保持する基板ヘッド２０４を有している。
【０１０７】
基板ヘッド２０４は、図１１に詳細に示すように、ハウジング部２３０とヘッド部２３２とを有し、このヘッド部２３２は、吸着ヘッド２３４と該吸着ヘッド２３４の周囲を囲繞する基板受け２３６から主に構成されている。そして、ハウジング部２３０の内部には、基板回転用モータ２３８と基板受け駆動用シリンダ２４０が収納され、この基板回転用モータ２３８の出力軸（中空軸）２４２の上端はロータリジョイント２４４に、下端はヘッド部２３２の吸着ヘッド２３４にそれぞれ連結され、基板受け駆動用シリンダ２４０のロッドは、ヘッド部２３２の基板受け２３６に連結されている。更に、ハウジング部２３０の内部には、基板受け２３６の上昇を機械的に規制するストッパ２４６が設けられている。
【０１０８】
ここで、吸着ヘッド２３４と基板受け２３６との間には、同様なスプライン構造が採用され、基板受け駆動用シリンダ２４０の作動に伴って基板受け２３６は吸着ヘッド２３４と相対的に上下動するが、基板回転用モータ２３８の駆動によって出力軸２４２が回転すると、この出力軸２４２の回転に伴って、吸着ヘッド２３４と基板受け２３６が一体に回転するように構成されている。
【０１０９】
吸着ヘッド２３４の下面周縁部には、図１２乃至図１４に詳細に示すように、下面をシール面として基板Ｗを吸着保持する吸着リング２５０が押えリング２５１を介して取付けられ、この吸着リング２５０の下面に円周方向に連続させて設けた凹状部２５０ａと吸着ヘッド２３４内を延びる真空ライン２５２とが吸着リング２５０に設けた連通孔２５０ｂを介して互いに連通するようになっている。これにより、凹状部２５０ａ内を真空引きすることで、基板Ｗを吸着保持するのであり、このように、小さな幅（径方向）で円周状に真空引きして基板Ｗを保持することで、真空による基板Ｗへの影響（たわみ等）を最小限に抑え、しかも吸着リング２５０をめっき液（処理液）中に浸すことで、基板Ｗの表面（下面）のみならず、エッジについても、全てめっき液に浸すことが可能となる。基板Ｗのリリースは、真空ライン２５２にＮ２を供給して行う。
【０１１０】
一方、基板受け２３６は、下方に開口した有底円筒状に形成され、その周壁には、基板Ｗを内部に挿入する基板挿入窓２３６ａが設けられ、下端には、内方に突出する円板状の爪部２５４が設けられている。更に、この爪部２５４の上部には、基板Ｗの案内となるテーパ面２５６ａを内周面に有する突起片２５６が備えられている。
【０１１１】
これにより、図１２に示すように、基板受け２３６を下降させた状態で、基板Ｗを基板挿入窓２３６ａから基板受け２３６の内部に挿入する。すると、この基板Ｗは、突起片２５６のテーパ面２５６ａに案内され、位置決めされて爪部２５４の上面の所定位置に載置保持される。この状態で、基板受け２３６を上昇させ、図１３に示すように、この基板受け２３６の爪部２５４上に載置保持した基板Ｗの上面を吸着ヘッド２３４の吸着リング２５０に当接させる。次に、真空ライン２５２を通して吸着リング２５０の凹状部２５０ａを真空引きすることで、基板Ｗの上面の周縁部を該吸着リング２５０の下面にシールしながら基板Ｗを吸着保持する。そして、めっき処理を行う際には、図１４に示すように、基板受け２３６を数ｍｍ下降させ、基板Ｗを爪部２５４から離して、吸着リング２５０のみで吸着保持した状態となす。これにより、基板Ｗの表面（下面）の周縁部が、爪部２５４の存在によってめっきされなくなることを防止することができる。
【０１１２】
図１５は、めっき槽２００の詳細を示す。このめっき槽２００は、底部において、めっき液供給管３０８（図１７参照）に接続され、周壁部にめっき液回収溝２６０が設けられている。めっき槽２００の内部には、ここを上方に向かって流れるめっき液の流れを安定させる２枚の整流板２６２，２６４が配置され、更に底部には、めっき槽２００の内部に導入されるめっき液の液温を測定する温度測定器２６６が設置されている。また、めっき槽２００の周壁外周面のめっき槽２００で保持しためっき液の液面よりやや上方に位置して、直径方向のやや斜め上方に向けてめっき槽２００の内部に、ｐＨが６〜７．５の中性液からなる停止液、例えば純水を噴射する噴射ノズル２６８が設置されている。これにより、めっき終了後、ヘッド部２３２で保持した基板Ｗをめっき液の液面よりやや上方まで引き上げて一旦停止させ、この状態で、基板Ｗに向けて噴射ノズル２６８から純水（停止液）を噴射して基板Ｗを直ちに冷却し、これによって、基板Ｗに残っためっき液によってめっきが進行してしまうことを防止することができる。
【０１１３】
更に、めっき槽２００の上端開口部には、アイドリング時等のめっき処理の行われていない時に、めっき槽２００の上端開口部を閉じて該めっき槽２００からのめっき液の無駄な蒸発を防止するめっき槽カバー２７０が開閉自在に設置されている。
【０１１４】
このめっき槽２００は、図１７に示すように、底部において、めっき液貯槽３０２から延び、途中にめっき液供給ポンプ３０４と三方弁３０６とを介装しためっき液供給管３０８に接続されている。これにより、めっき処理中にあっては、めっき槽２００の内部に、この底部からめっき液を供給し、溢れるめっき液をめっき液回収溝２６０からめっき液貯槽３０２へ回収することで、めっき液が循環できるようになっている。また、三方弁３０６の一つの出口ポートには、めっき液貯槽３０２に戻るめっき液戻り管３１２が接続されている。これにより、めっき待機時にあっても、めっき液を循環させることができるようになっており、これによって、めっき液循環系が構成されている。このように、めっき液循環系を介して、めっき液貯槽３０２内のめっき液を常時循環させることにより、単純にめっき液を貯めておく場合に比べてめっき液の濃度の低下率を減少させ、基板Ｗの処理可能数を増大させることができる。
【０１１５】
特に、この例では、めっき液供給ポンプ３０４を制御することで、めっき待機時及びめっき処理時に循環するめっき液の流量を個別に設定できるようになっている。すなわち、めっき待機時のめっき液の循環流量は、例えば２〜２０Ｌ／ｍｉｎで、めっき処理時のめっき液の循環流量は、例えば０〜１０Ｌ／ｍｉｎに設定される。これにより、めっき待機時にめっき液の大きな循環流量を確保して、セル内のめっき浴の液温を一定に維持し、めっき処理時には、めっき液の循環流量を小さくして、より均一な膜厚の保護膜（めっき膜）を成膜することができる。
【０１１６】
めっき槽２００の底部付近に設けられた温度測定器２６６は、めっき槽２００の内部に導入されるめっき液の液温を測定して、この測定結果を元に、下記のヒータ３１６及び流量計３１８を制御する。
【０１１７】
つまり、この例では、別置きのヒータ３１６を使用して昇温させ流量計３１８を通過させた水を熱媒体に使用し、熱交換器３２０をめっき液貯槽３０２内のめっき液中に設置して該めっき液を間接的に加熱する加熱装置３２２と、めっき液貯槽３０２内のめっき液を循環させて攪拌する攪拌ポンプ３２４が備えられている。これは、めっきにあっては、めっき液を高温（約８０℃程度）にして使用することがあり、これと対応するためであり、この方法によれば、インライン・ヒーティング方式に比べ、非常にデリケートなめっき液に不要物等が混入するのを防止することができる。
【０１１８】
図１６は、めっき槽２００の側方に付設されている洗浄槽２０２の詳細を示す。この洗浄槽２０２の底部には、純水等のリンス液を上方に向けて噴射する複数の噴射ノズル２８０がノズル板２８２に取付けられて配置され、このノズル板２８２は、ノズル上下軸２８４の上端に連結されている。更に、このノズル上下軸２８４は、ノズル位置調整用ねじ２８７と該ねじ２８７と螺合するナット２８８との螺合位置を変えることで上下動し、これによって、噴射ノズル２８０と該噴射ノズル２８０の上方に配置される基板Ｗとの距離を最適に調整できるようになっている。
【０１１９】
更に、洗浄槽２０２の周壁外周面の噴射ノズル２８０より上方に位置して、直径方向のやや斜め下方に向けて洗浄槽２０２の内部に純水等の洗浄液を噴射して、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２の、少なくともめっき液に接液する部分に洗浄液を吹き付けるヘッド洗浄ノズル２８６が設置されている。
【０１２０】
この洗浄槽２０２にあっては、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２で保持した基板Ｗを洗浄槽２０２内の所定の位置に配置し、噴射ノズル２８０から純水等の洗浄液（リンス液）を噴射して基板Ｗを洗浄（リンス）するのであり、この時、ヘッド洗浄ノズル２８６から純水等の洗浄液を同時に噴射して、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２の、少なくともめっき液に接液する部分を該洗浄液で洗浄することで、めっき液に浸された部分に析出物が蓄積してしまうことを防止することができる。
【０１２１】
この無電解めっきユニット２２にあっては、基板ヘッド２０４を上昇させた位置で、前述のようにして、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２で基板Ｗを吸着保持し、めっき槽２００のめっき液を循環させておく。
【０１２２】
そして、めっき処理を行うときには、めっき槽２００のめっき槽カバー２７０を開き、基板ヘッド２０４を回転させながら下降させ、ヘッド部２３２で保持した基板Ｗをめっき槽２００内のめっき液に浸漬させる。
【０１２３】
そして、基板Ｗを所定時間めっき液中に浸漬させた後、基板ヘッド２０４を上昇させて、基板Ｗをめっき槽２００内のめっき液から引き上げ、必要に応じて、前述のように、基板Ｗに向けて噴射ノズル２６８から純水（停止液）を噴射して基板Ｗを直ちに冷却し、更に基板ヘッド２０４を上昇させて基板Ｗをめっき槽２００の上方位置まで引き上げて、基板ヘッド２０４の回転を停止させる。
【０１２４】
次に、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２で基板Ｗを吸着保持したまま、基板ヘッド２０４を洗浄槽２０２の直上方位置に移動させる。そして、基板ヘッド２０４を回転させながら洗浄槽２０２内の所定の位置まで下降させ、噴射ノズル２８０から純水等の洗浄液（リンス液）を噴射して基板Ｗを洗浄（リンス）し、同時に、ヘッド洗浄ノズル２８６から純水等の洗浄液を噴射して、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２の、少なくともめっき液に接液する部分を該洗浄液で洗浄する。
【０１２５】
この基板Ｗの洗浄が終了した後、基板ヘッド２０４の回転を停止させ、基板ヘッド２０４を上昇させて基板Ｗを洗浄槽２０２の上方位置まで引き上げ、更に基板ヘッド２０４を搬送ロボット３４との受渡し位置まで移動させ、この搬送ロボット３４に基板Ｗを受渡して次工程に搬送する。
【０１２６】
この電解めっきユニット２２には、図１７に示すように、無電解めっきユニット２２が保有するめっき液の液量を計測するとともに、例えば吸光光度法、滴定法、電気化学的測定などでめっき液の組成を分析し、めっき液中の不足する成分を補給するめっき液管理ユニット３３０が備えられている。そして、これらの分析結果を信号処理してめっき液中の不足する成分を、図示しない補給槽から定量ポンプなどを使ってめっき液貯槽３０２へ補給してめっき液の液量と組成を管理するようになっており、これによって、薄膜めっきを再現性良く実現できる。
【０１２７】
このめっき液管理ユニット３３０は、無電解めっきユニット２２が保有するめっき液の溶存酸素を、例えば電気化学的方法等により測定する溶存酸素濃度計３３２を有しており、この溶存酸素濃度計３３２の指示により、例えば脱気、窒素吹き込みその他の方法でめっき液中の溶存酸素濃度を一定に管理することができるようになっている。このように、めっき液中の溶存酸素濃度を一定に管理することで、めっき反応を再現性良く実現することができる。
なお、めっき液を繰り返し利用すると、外部からの持ち込みやそれ自身の分解によってある特定成分が蓄積し、めっきの再現性や膜質の劣化につながることがある。このような特定成分を選択的に除去する機構を追加することにより、液寿命の延長と再現性の向上を図ることができる。
【０１２８】
図１８及び図１９は、図２における後処理ユニット２４と乾燥ユニット２６とを兼用して、基板の後処理と乾燥処理を連続して行うようにした後処理・乾燥ユニット４００を示す。つまり、この後処理・乾燥ユニット４００は、まず化学洗浄（後処理）及び純水洗浄（リンス）を行い、その後、スピンドル回転により洗浄後の基板Ｗを完全乾燥させるようにしたユニットであり、基板Ｗのエッジ部を把持するクランプ機構４２０を備えた基板ステージ４２２と、このクランプ機構４２０の開閉を行う基板着脱用昇降プレート４２４とを備えている。
【０１２９】
基板ステージ４２２は、スピンドル回転用モータ（図示せず）の駆動に伴って高速回転するスピンドル４２６の上端に連結されている。また、クランプ機構４２０で把持した基板Ｗの周囲には、処理液の飛散を防止する洗浄カップ４２８が配置されており、この洗浄カップ４２８は図示しないシリンダの作動に伴って上下動するようになっている。
【０１３０】
また、後処理・乾燥ユニット４００は、クランプ機構４２０で把持した基板Ｗの表面に処理液を供給する薬液用ノズル４３０と、基板Ｗの裏面に純水を供給する複数の純水用ノズル４３２と、クランプ機構４２０で把持した基板Ｗの上方に配置された回転可能なペンシル型洗浄スポンジ４３４とを備えている。この洗浄スポンジ４３４は、水平方向に揺動可能な旋回アーム４３６の自由端に取付けられている。なお、後処理・乾燥ユニット４００の上部には、ユニット内にクリーンエアを導入するためのクリーンエア導入口４３８が設けられている。
【０１３１】
このような構成の後処理・乾燥ユニット４００においては、基板Ｗをクランプ機構４２０で把持して回転させ、旋回アーム４３６を旋回させながら、薬液用ノズル４３０から処理液を洗浄スポンジ４３４に向けて供給しつつ、基板Ｗの表面に洗浄スポンジ４３４を擦り付けることで、基板Ｗの表面の後処理を行うようになっている。そして、純水用ノズル４３２から基板Ｗの裏面に純水が供給され、この純水用ノズル４３２から噴射される純水で基板Ｗの裏面も同時に洗浄（リンス）される。このようにして洗浄された基板Ｗは、スピンドル４２６を高速回転させることでスピン乾燥させられる。
【０１３２】
なお、図示しないが、乾燥ユニットとして、この内部に乾燥空気を供給するドライエアユニットを備え、基板のスピンドライの際に、乾燥ユニット内に乾燥空気を供給するようにしたものを使用することが好ましい。これにより、基板の乾燥を徹底させ、吸着水分による配線部分の酸化やミストバックによるウォータ・マーク発生などの問題を回避することができる。
また、リンス液として、水素ガス溶解水や電解カソード水を使用する場合には、前記各ユニットに、超純水に水素ガスを溶解する装置または超純水を電解する装置を付設し、これらの装置から水素ガス溶解水または電解カソード水を基板に供給するようにすることができる。
【０１３３】
ここで、この例では、配線保護膜９として、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金膜を使用した例を示しているが、Ｃｏ−Ｐ、Ｎｉ−ＰまたはＮｉ−Ｗ−Ｐからなる配線保護膜を使用するようにしてもよい。また、配線材料として、銅を使用した例を示しているが、銅の他に、銅合金、銀、銀合金、金及び金合金等を使用しても良い。
また、この例では、基板に形成した埋込み配線８の表面に保護膜９を形成するようにした例を示しているが、この埋込み配線８の底面及び側部に、配線材料の層間絶縁膜中への拡散を防止する機能を有する導電膜（保護膜）を前述と同様にして形成するようにしてもよい。
【０１３４】
なお、前述の保護膜（めっき膜）９の形成にあたっては、膜厚、膜質、選択性に対する高い精度が要求されるので、各プロセスステップ間の時間を制御することが必要であり、それを実現するために、全てのプロセスステップを同一装置内で行うことが有効であるが、この基板処理装置によれば、この要請に応えることができる。
【０１３５】
また、薬液処理やめっき処理後に基板の表面に薬液やめっき液が残ると、保護膜（めっき膜）の面内均一性や配線の電気特性等の成膜状態に悪影響を及ぼす。そのために、薬液処理と純水リンス処理を同じユニット内で行って、基板の表面に残った薬液やめっき液を素早く除去することで、装置のフットプリントを低減させるとともに、高い歩留りで半導体装置等を製造することができる。
【０１３６】
ここで、噴射方式の薬液処理またはリンス処理を採用することにより、基板表面へ常にフレッシュな液体をより均一に分散させて供給して、処理時間が短縮できる。また、噴射点の位置を調整することで、保護膜の面内処理の均一性を容易に改善することができる。なお、例えば、基板表面にマイルドな処理が必要である場合には、浸漬方式を採用しても良いことは勿論である。
【０１３７】
噴射ノズルからの液体の噴射角には制限があるので、一つ噴射ノズルからの噴射では、限られる範囲にしかカーパできない。噴射距離が短すぎると、基板全面に向けて薬液等を噴射するために、噴射ノズルの数が多く要求される。一方、噴射距離が長すぎると、過大な加圧装置が要るし、めっき装置全体の高さが増える。このため、一つの工程に使用する噴射ノズルの数は、例えば１〜２５個で、噴射ノズルから基板までの距離は、例えば１０〜１５０ｍｍ程度が好ましい。また、一つの噴射ノズルから噴射される薬液等の流量は、０．２〜１．２Ｌ／ｍｉｎで、噴射圧力は１０〜１００ｋＰａ程度が好ましい。
【０１３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板の表面に形成した埋込み配線の底面及び側面、または露出表面に、無電解めっきによって保護膜を形成する一連の処理を連続して行うことができ、しかも乾燥状態まで基板を仕上げるので、そのまま次工程に搬送することが可能となるばかりでなく、次工程にかかるまでの間での保護膜（めっき膜）の劣化を抑えることができる。これによって、半導体ウエハ等の基板面内、基板間での再現性があり、高い歩留りで半導体装置等を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】無電解めっきによって配線保護膜を形成した状態を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の基板処理装置の平面配置図である。
【図３】図２に示す基板処理装置におけるプロセスフロー図である。
【図４】前処理ユニットの基板受渡し時における正面図である。
【図５】前処理ユニットの薬液処理時における正面図である。
【図６】前処理ユニットのリンス時における正面図である。
【図７】前処理ユニットの基板受渡し時における処理ヘッドを示す断面図である。
【図８】図７のＡ部拡大図である。
【図９】前処理ユニットの基板固定時における図８相当図である。
【図１０】前処理ユニットの系統図である。
【図１１】無電解めっきユニットの基板受渡し時における基板ヘッドを示す断面図である。
【図１２】図１１のＢ部拡大図である。
【図１３】無電解めっきユニットの基板固定時における基板ヘッドを示す図１２相当図である。
【図１４】無電解めっきユニットのめっき処理時における基板ヘッドを示す図１２相当図である。
【図１５】無電解めっきユニットのめっき槽カバーを閉じた時のめっき槽を示す一部切断の正面図である。
【図１６】無電解めっきユニットの洗浄槽を示す断面図である。
【図１７】無電解めっきユニットの系統図である。
【図１８】後処理・乾燥ユニットを示す縦断正面図である。
【図１９】後処理・乾燥ユニットを示す平面図である。
【符号の説明】
８  配線
９  保護膜
１２  ロード・アンロードユニット
１８，２０  前処理ユニット
２２  無電解めっきユニット
２４  後処理ユニット
２６  乾燥ユニット
２８  熱処理ユニット
３０  膜厚測定ユニット
３４  搬送ロボット
５６  ハウジング部
５８  基板ホルダ
６０  処理ヘッド
７４  昇降用シリンダ
８０  メインフレーム
８４ａ  シールリング
８６  基板固定リング
１００  処理槽
１０２  蓋体
１１２  ノズル板
１１２ａ  噴射ノズル
１２０  薬液タンク
１２２  薬液ポンプ
１２４  ノズル板
１２４ａ  噴射ノズル
１２６  排水管
１２８  三方弁
１３２  リンス液供給源
２００  めっき槽
２０２  洗浄槽
２０４  基板ヘッド
２３０  ハウジング部
２３２  ヘッド部
２３４  吸着ヘッド
２５０  吸着リング
２５４  爪部
２６０  めっき液回収溝
２６８  噴射ノズル
２８０  噴射ノズル
２８２  ノズル板
２８６  ヘッド洗浄ノズル
３０２  液供給タンク
３０４  液供給ポンプ
３０６  三方弁
３０８  めっき液供給管
３１６  ヒータ
３１８  流量計
３２０  熱交換器
３２２  加熱装置
３２４  攪拌ポンプ
３３０  液管理ユニット
３３２  溶存酸素濃度計
４００  後処理・乾燥ユニット
４２０  クランプ機構
４２２  基板ステージ
４２４  基板着脱用昇降プレート
４２６  スピンドル
４２８  洗浄カップ
４３０  薬液用ノズル
４３２  純水用ノズル
４３４  洗浄スポンジ
４３６  旋回アーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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