(57)【要約】【課題】導電層（シード層）のステップカバレッジ性及び配線溝の幅の大小に依存せずに、配線を均一性良く形成することができる配線形成方法及びその装置を提供する。【解決手段】基板Ｗの表面に形成された配線溝４に配線材料を埋め込んで配線を形成する配線形成方法であって、基板Ｗの表面及び配線溝４に予め形成されたバリアメタル６及び導電層７のうち、導電層７を基板Ｗの表面及び配線溝４の側面から除去する導電層除去工程と、該導電層除去工程の後に配線溝４の底面に残留する導電層７の上に金属膜１３を形成する金属膜形成工程と、を備えた。【選択図】          図１
2004214508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成された配線溝に配線材料を埋め込んで配線を形成する配線形成方法であって、
基板の表面及び前記配線溝に予め形成されたバリアメタル及び導電層のうち、前記導電層を基板の表面及び前記配線溝の側面から除去する導電層除去工程と、前記導電層除去工程の後に前記配線溝の底面に残留する導電層の上に金属膜を形成する金属膜形成工程と、を備えることを特徴とする配線形成方法。
【請求項２】
前記導電層除去工程の後であって、かつ、前記金属膜形成工程の前に基板を熱処理する第１の熱処理工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の配線形成方法。
【請求項３】
前記金属膜形成工程の後に基板を熱処理する第２の熱処理工程をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の配線形成方法。
【請求項４】
前記第２の熱処理工程の後に、基板上から余剰な金属膜とバリアメタルとを除去する金属膜除去工程をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の配線形成方法。
【請求項５】
前記金属膜除去工程の後に、基板を熱処理する第３の熱処理工程をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の配線形成方法。
【請求項６】
前記導電層除去工程は、化学機械的研磨であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の配線形成方法。
【請求項７】
前記導電層除去工程は、電解研磨であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の配線形成方法。
【請求項８】
前記金属膜除去工程は、電解研磨であることを特徴とする請求項４又は５に記載の配線形成方法。
【請求項９】
前記金属膜除去工程は、化学機械的研磨であることを特徴とする請求項４又は５に記載の配線形成方法。
【請求項１０】
前記電解研磨は、前記導電層と加工電極または給電電極との間の少なくとも一方にイオン交換体を配置し、
前記イオン交換体を前記導電層に近接または接触させ、
前記導電層と前記加工電極または前記給電電極との間の少なくとも一方に流体を供給し、
前記給電電極と前記加工電極との間に電圧を印加する工程を備えることを特徴とする請求項７又は８に記載の配線形成方法。
【請求項１１】
前記流体は、超純水、純水、または電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体若しくは電解液であることを特徴とする請求項１０に記載の配線形成方法。
【請求項１２】
前記金属膜形成工程は、無電解めっきまたは電解めっきであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の配線形成方法。
【請求項１３】
前記第１の熱処理工程は還元雰囲気中で行われることを特徴とする請求項２に記載の配線形成方法。
【請求項１４】
前記第２の熱処理工程は還元雰囲気中で行われることを特徴とする請求項３又は４に記載の配線形成方法。
【請求項１５】
基板の表面に形成された配線溝に配線材料を埋め込んで配線を形成する配線形成装置であって、
基板の表面及び前記配線溝に予め形成されたバリアメタル及び導電層のうち、前記導電層を基板の表面及び前記配線溝の側面から除去する導電層除去装置と、前記配線溝の底面に残留する導電層の上に金属膜を形成する金属膜形成装置と、を備えることを特徴とする配線形成装置。
【請求項１６】
基板を熱処理する熱処理装置をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の配線形成装置。
【請求項１７】
基板上から余剰な金属膜とバリアメタルとを除去する金属膜除去装置をさらに備えることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の配線形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線形成方法及びその装置に関し、特に半導体ウエハ等の基板の表面に設けられた微細な配線溝や接続孔に銅（Ｃｕ）等の導電性金属を埋め込んで配線を形成する配線形成方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体ウエハ等の基板上に回路を形成するための配線材料として、アルミニウム又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。この銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋め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、化学気相成長法（ＣＶＤ：ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、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て、化学機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
銅はアルミニウムよりも電気抵抗率が４０％程度低いため信号遅延現象に対して有利となり、さらには、エレクトロマイグレーション耐性がアルミニウムよりもはるかに高いため、半導体装置の信頼性向上の面でも有利である。その上、配線材料としての銅は、配線と多層配線間の接続孔（ビアホール）を一体形成するデュアルダマシン法に採用することが可能であるため、多層配線構造を相対的に安価に形成することができる。
【０００４】
図１７、図１８、及び図１９は、この種の銅配線基板Ｗの一製造例を工程順に示す図である。
図１７（ａ）に示すように、半導体素子が形成された半導体基材１の導電膜１ａの上にＳｉＯ２やｌｏｗ−ｋ材等からなる絶縁膜２を堆積し、この絶縁膜２にリソグラフィ・エッチング技術によりビアホール３と配線用の溝（以下、配線溝という）４からなる微細な凹部５を形成し、その上にＴａやＴａＮ等からなる拡散抑制用のバリアメタル（バリア層）６を形成する。そして、図１７（ｂ）に示すように、バリアメタル６の表面に、例えばスパッタリングやＣＶＤで給電層となる銅などのシード層（導電層）７を形成する。
【０００５】
次に、図１７（ｃ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことによって、基板Ｗの凹部（ビアホール３、配線溝４）５内に配線材料としての銅８を充填するとともに、シード層７の上にも銅８を堆積させる。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅８、シード層７、及びバリアメタル６を除去して、凹部５の内部に充填させた銅８の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１７（ｄ）に示すように銅８からなる配線が形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここに、基板Ｗの表面に設けられた微細な凹部５の内部に電解めっきにて銅８を埋め込む場合には、電解めっきに先立ってバリアメタル６の表面にシード層７を形成する必要がある。このシード層７を形成する目的は、シード層７を電気的カソードとして機能させてめっき液中の銅イオンを還元し、シード層７の表面に金属固体としての銅８を析出させるために十分な電流を供給することにある。
【０００７】
従って、シード層７のステップカバレッジ（段差被覆性）が十分に良好でないと、シード層７の膜厚に依存して銅８の析出速度差が生じ、これが銅８の埋め込み不良（ボイド、シーム等の欠陥）を招き、半導体装置の配線として機能しなくなるという問題がある。
【０００８】
一般に、シード層を形成する方法としては、ＰＶＤ法（物理蒸着法：ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）あるいは上述したＣＶＤ法が用いられている。しかしながら、配線ルール０．１３μｍ以下でアスペクト比が大きい配線溝及びビアホール内にＰＶＤ法によりシード層７を形成する場合にあっては、図１８（ａ）に示すように、シード層７のステップカバレッジの悪化が顕著となる。その結果、めっきにて形成された銅配線内に図１８（ｂ）に示すような空洞（ボイド）１０が発生して半導体装置の性能を低下させてしまう。
【０００９】
このような問題を解決するために、ＰＶＤ法に代えて無電解めっき法によりバリアメタルに直接シード層を形成する試みもなされている。しかしながら、この方法では平滑かつ均一なシード層が形成できず、このため、その後の電解めっき法にて銅を形成したときにボイドやシーム等の欠陥が発生してしまう。また、ＣＶＤ法は原材料費が大変高価で未だ実用向きではない。
【００１０】
また、図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に示すように、めっき法では銅が等方的に成膜されるため、幅の狭い配線溝１２は、幅の広い配線溝１１に比べて、銅８の埋め込みに要する時間が短い。このため、幅の広い配線溝１１への銅８の埋め込みが終了した時点で、幅の狭い配線溝１２の部分には、図１９（ｃ）に示すように過剰な銅８が堆積してしまう。
【００１１】
このように、基板Ｗ上に銅８が不均一に成膜されると、次工程において化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行っても基板Ｗの表面を十分に平坦化させることが困難となる。すなわち、図１９（ｄ）に示すように、過剰に堆積された部分の銅８Ａは十分に除去されずに基板Ｗ上に残り、一方、広い幅を持つ配線溝の部分の銅８Ｂは過剰に研磨され、いわゆるディッシングが生じる。そして、基板Ｗ上に残留した銅は配線間の短絡の原因となり、ディッシングが生じた部分では配線の断面積が減少し、配線抵抗が増加するという問題が生じる。
【００１２】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、導電層（シード層）のステップカバレッジ性及び配線溝の幅の大小に依存せずに、配線を均一性良く形成することができる配線形成方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、基板の表面に形成された配線溝に配線材料を埋め込んで配線を形成する配線形成方法であって、基板の表面及び前記配線溝に予め形成されたバリアメタル及び導電層のうち、前記導電層を基板の表面及び前記配線溝の側面から除去する導電層除去工程と、前記導電層除去工程の後に前記配線溝の底面に残留する導電層の上に金属膜を形成する金属膜形成工程と、を備えることを特徴とする配線形成方法である。
【００１４】
本発明によれば、導電層を除去した後、例えば無電解めっきを行うことにより、配線溝の底面に残された導電層（シード層）を反応の起点として配線材料としての金属を選択的に析出させることが可能となる。その結果、配線溝の側面が導電層によって十分に被覆されていない場合であっても、この被覆不良に起因するボイドなどの欠陥の発生を防止することができる。また、本発明によれば、配線溝の幅の大きさにかかわらず配線溝内に金属膜を均一に形成することができるため、その後の金属膜を排除する工程において金属膜の残留（膜残り）やディッシングの発生を防止することができる。
【００１５】
ここで、本発明の効果について、図１乃至図３を参照して更に詳細に説明する。図１はシングルダマシン法に、図２はデュアルダマシン法に、本発明をそれぞれ適用した場合の配線形成工程を示す図である。図３は本発明に係る配線形成方法を用いて幅の異なる配線溝が形成された基板に配線材料を埋め込む場合の配線形成工程を示す図である。
【００１６】
バリアメタル６上に予め形成された導電層（シード層）７を除去する工程においては、配線溝４の底面及び側面以外の導電層７を選択的に除去するのみでなく、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、更に配線溝４の側面に形成されている導電層７を選択的に除去する必要がある。これは、ＰＶＤ法を用いて導電層７を配線溝４に形成する場合では、特に配線溝４の側面において導電層７のカバレッジの不均一性が顕著となるため、配線溝４の側面に形成された導電層７を除去することによって、カバレッジの不均一性の影響を低減させた状態で金属膜１３を形成することが可能となるからである（図１（ｃ）、図２（ｃ）、図２（ｄ）参照）。
【００１７】
また、図３（ａ）に示すように配線溝１１，１２の底面に残留する導電層７のみを金属膜形成の反応起点とすることによって、配線溝の幅が異なる場合においても、それぞれの配線溝１１，１２内に金属膜１３を形成させるのに要する時間を等しくすることができる。これは、配線溝１１，１２の側面からの金属膜の成長がなければ、金属膜１３を配線溝１１，１２に充填させるのに必要な時間は、配線溝１１，１２の幅のサイズに依存せず、配線溝の深さ÷金属成膜速度で求められる時間に等しくなるからである。このように、本発明によれば、局所的に過剰な金属が形成されることを防止でき、基板Ｗ上における金属膜厚の均一性を向上させることができる。その結果、次工程の化学機械的研磨などによる金属膜１３及びバリアメタル６の除去工程において、図３（ｄ）に示すように、金属膜の残留やディッシングの発生を抑制することが可能となる。
【００１８】
請求項２に記載の本発明は、前記導電層除去工程の後であって、かつ、前記金属膜形成工程の前に基板を熱処理する第１の熱処理工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の配線形成方法である。
本発明によれば、導電層除去工程において導電層やバリアメタルに生じた残留応力を除去することが可能となり、また、導電層やバリアメタルに生じた傷を修復することも可能となる。
【００１９】
請求項３に記載の本発明は、前記金属膜形成工程の後に基板を熱処理する第２の熱処理工程をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の配線形成方法である。
本発明によれば、金属膜が形成された基板を熱処理することにより、バリアメタルと金属膜との界面におけるバリアメタルの金属成分と金属膜の金属成分との間に接合層が形成され、金属膜のバリアメタルに対する密着性を高めることが可能となる。また、図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、配線（金属膜）８内に生じたボイド１０やシームを修復させることができる。
【００２０】
請求項４に記載の本発明は、前記第２の熱処理工程の後に、基板上から余剰な金属膜とバリアメタルとを除去する金属膜除去工程をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の配線形成方法である。
【００２１】
請求項５に記載の本発明は、前記金属膜除去工程の後に、基板を熱処理する第３の熱処理工程をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の配線形成方法である。
本発明によれば、配線のバリアメタルに対する密着性を更に高めることができる。さらに、このような効果に加えて、余剰な金属膜とバリアメタルとを選択的に除去する金属膜除去工程時に基板に対して作用する外力などによって生じる、配線の残留ストレスを緩和させることができる。
【００２２】
請求項６に記載の本発明は、前記導電層除去工程は、化学機械的研磨であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の配線形成方法である。
本発明によれば、基板の表面（配線溝以外の部分）に形成された導電層を、研磨液中の化学種による化学的エッチング作用と研磨布による機械的研磨作用とにより除去することができ、同時に、配線溝の側面に形成された導電層を研磨布による機械的研磨作用により除去することができる。
【００２３】
請求項７に記載の本発明は、前記導電層除去工程は、電解研磨であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の配線形成方法である。
導電層が除去される速度は、イオン交換体からの距離が離れるにつれて低下するため、配線溝の底面での導電層除去速度は、基板上の他の部分よりも小さくなる。従って、本発明によれば、バリアメタル上に予め形成された導電層のうち、基板の表面及び配線溝の側面に形成された導電層を選択的に除去することができる。また、電解研磨によれば、ＳｉＯ２などの砥粒を用いずとも十分に高い加工速度を得ることが可能であり、砥粒による基板汚染のリスクがない。
このように、化学機械的研磨、電解研磨のどちらを用いても、配線溝の底面以外に形成された導電層を選択的に除去することが可能である。
【００２４】
請求項８に記載の本発明は、前記金属膜除去工程は、電解研磨であることを特徴とする請求項４又は５に記載の配線形成方法である。
請求項９に記載の本発明は、前記金属膜除去工程は、化学機械的研磨であることを特徴とする請求項４又は５に記載の配線形成方法である。
【００２５】
配線溝上に形成された余剰な金属膜および配線間の絶縁膜上のバリアメタルの選択的除去は、ＣＭＰ（化学機械的研磨）、電解研磨の何れか一つ、またはその組み合わせにて行うことが好ましい。この工程を例えばＣＭＰにて行った場合、図１７に示すような従来のダマシン法と比較して、基板上の配線溝以外の部分にほとんど金属膜が形成されないため、ＣＭＰに使用される研磨液の消費量を大幅に低減させることが可能となる。
【００２６】
請求項１０に記載の本発明は、前記電解研磨は、前記導電層と加工電極または給電電極との間の少なくとも一方にイオン交換体を配置し、前記イオン交換体を前記導電層に近接または接触させ、前記導電層と前記加工電極または前記給電電極との間の少なくとも一方に流体を供給し、前記給電電極と前記加工電極との間に電圧を印加する工程を備えることを特徴とする請求項７又は８に記載の配線形成方法である。
【００２７】
本発明によれば、基板に物理的な欠陥を与えて基板の特性を損なうことを防止しつつ、電気化学的作用によって基板に電解研磨を施すことができ、これによって、基板の表面及び配線溝の側面に形成された導電層を選択的に除去し、更には基板の表面に付着した付着物を除去（洗浄）することができる。
【００２８】
請求項１１に記載の本発明は、前記流体は、超純水、純水、または電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体若しくは電解液であることを特徴とする請求項１０に記載の配線形成方法である。
【００２９】
加工電極及び給電電極と基板との間に供給される流体は、超純水、純水、またはそれらに界面活性剤等を添加した、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは０．１μＳ／ｃｍ以下の液体若しくは電解液であることが好ましい。その理由は、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以上では、化学的エッチング作用により配線溝の内部での加工速度が大きくなるため、配線溝の底面に形成された導電層を選択的に残すことが困難となるからである。ここで、純水は、例えば電気伝導度が１０μＳ／ｃｍ以下の水であり、超純水は、例えば電気伝導度が０．１μＳ／ｃｍ以下の水である。
【００３０】
また、純水または超純水のみを使用して電解研磨を行う場合には、基板の表面に電解質等の余分な不純物が付着したり、残留したりすることをなくして、電解研磨後の洗浄工程を簡略化できるばかりでなく、廃液処理の負荷を極めて小さくできるというメリットもある。なお、電解液を用いた電解研磨でも本発明の目的を達成することは可能であるが、配線溝の底面に形成された導電層をなるべく除去せずに残したい場合は、イオン交換体の近くでのみ加工が進む超純水を用いた電解研磨が好適である。
【００３１】
請求項１２に記載の本発明は、前記金属膜形成工程は、無電解めっきまたは電解めっきであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の配線形成方法である。
無電解めっき、電解めっきの何れを用いても、配線溝の底面に残された導電層を反応の起点として配線となる金属膜を等方的に形成することができる。従って、本発明によれば、配線材料の埋め込みに要する時間が配線溝の幅の大きさに依存しない配線形成を実現することができる。なお、電解めっきを用いる場合は、バリアメタルを電極として機能させる必要があるため、バリアメタルの材質としては、αタンタル（αＴａ）などの電気抵抗率が低い導電性金属を用いることが好ましい。
【００３２】
請求項１３に記載の本発明は、前記第１の熱処理工程は還元雰囲気中で行われることを特徴とする請求項２に記載の配線形成方法である。
請求項１４に記載の本発明は、前記第２の熱処理工程は還元雰囲気中で行われることを特徴とする請求項３又は４に記載の配線形成方法である。
例えば、Ｔａを金属成分としたバリアメタルにあっては、空気に触れた直後にバリアメタルの表面に自然酸化膜（ＴａｘＯｙ）が形成され、この自然酸化膜が電気抵抗の増大をもたらしてしまう。本発明によれば、基板の熱処理を還元雰囲気下で行うことで、この熱処理の際にバリアメタルの表面に形成された自然酸化膜を容易かつ確実に還元することができる。
【００３３】
請求項１５に記載の本発明は、基板の表面に形成された配線溝に配線材料を埋め込んで配線を形成する配線形成装置であって、基板の表面及び前記配線溝に予め形成されたバリアメタル及び導電層のうち、前記導電層を基板の表面及び前記配線溝の側面から除去する導電層除去装置と、前記配線溝の底面に残留する導電層の上に金属膜を形成する金属膜形成装置と、を備えることを特徴とする配線形成装置である。
【００３４】
請求項１６に記載の本発明は、基板を熱処理する熱処理装置をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の配線形成装置である。
請求項１７に記載の本発明は、基板上から余剰な金属膜とバリアメタルとを除去する金属膜除去装置をさらに備えることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の配線形成装置である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態に係る配線形成装置の全体構成を示す平面図である。なお、本実施形態では、処理すべき基板の配線溝及び基板の表面にバリアメタルと導電層（シード層）とがこの順で予め形成されている。また、配線材料としては銅（Ｃｕ）が使用される。
【００３６】
図４に示すように、本実施形態に係る配線形成装置は、基板の表面に形成された導電層を除去する導電層除去装置としての電解研磨装置３６と、基板を洗浄する洗浄機２０と、基板の表面に銅膜（金属膜）を形成する金属膜形成装置としての３基の無電解めっき装置１００と、基板の表面に形成された余剰な銅膜及びバリアメタルを除去する金属膜除去装置としてのＣＭＰ（化学機械的研磨）装置３３０と、２基の乾燥機２２と、基板を熱処理する熱処理装置としてのアニール装置４００Ａ，４００Ｂとを備えている。また、本実施形態に係る配線形成装置は、基板を収納する１対のカセット２４と、各装置間で基板の受け渡しを行う第１〜３の搬送ロボット２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃと、各装置間で基板の受け渡しを行うときに基板を一時仮置きする第１及び第２の仮置台２８Ａ，２８Ｂとを備えている。以下、各装置について順に説明する。
【００３７】
図５は本実施形態に係る配線形成装置が備える電解研磨装置の断面図である。図６は図５に示す電極板を示す平面図である。
図５に示すように、電解研磨装置３６は、水平方向に揺動自在な揺動アーム４４と、この揺動アーム４４の自由端に垂設されて基板Ｗを下向き（フェイスダウン）に吸着保持する基板保持部４６と、加工電極５０と給電電極５２とを有する電極部４８と、加工電極５０と給電電極５２との間に電圧を印加する電源８０とを備えている。
【００３８】
図６に示すように、円板状の電極部４８は、扇状の形状を有する複数の加工電極５０と給電電極５２とを備えている。これらの加工電極５０及び給電電極５２は、加工電極５０及び給電電極５２の表面（上面）が露出するように円周方向に沿って交互に配置され、絶縁体からなるリブ４８ｂによって互いに分離されている。また、図５に示すように、電極部４８の上面には、加工電極５０と給電電極５２の上面を覆う膜状のイオン交換体５６が取り付けられている。
【００３９】
このイオン交換体５６は、例えば、アニオン交換能またはカチオン交換能を付与した不織布で構成されている。カチオン交換体は、好ましくは強酸性カチオン交換基（スルホン酸基）を担持したものであるが、弱酸性カチオン交換基（カルボキシル基）を担持したものでもよい。また、アニオン交換体は、好ましくは強塩基性アニオン交換基（４級アンモニウム基）を担持したものであるが、弱塩基性アニオン交換基（３級以下のアミノ基）を担持したものでもよい。ここで、イオン交換体５６の素材形態としては、不織布、織布、シート、多孔質材、短繊維等が挙げられる。
【００４０】
揺動アーム４４は、図５に示すように、上下動用モータ６０の駆動に伴ってボールねじ６２を介して上下動するようになっている。また、揺動アーム４４の揺動軸６６の下端には揺動用モータ６４が連結されており、この揺動用モータ６４の駆動に伴って揺動アーム４４が水平方向に揺動するようになっている。基板保持部４６は、揺動アーム４４の自由端に取り付けられた自転用モータ６８に連結され、この自転用モータ６８の駆動に伴って基板保持部４６が回転（自転）するようになっている。
【００４１】
電極部４８は中空モータ７０に直結され、この中空モータ７０の駆動に伴って電極部４８が回転（自転）するようになっている。電極部４８の中央部には、純水、より好ましくは超純水を供給する液体供給孔４８ａが設けられている。この液体供給孔４８ａは、中空モータ７０の中空部の内部を延びる液体供給管（図示せず）に接続されている。中空モータ７０の下方には、加工電極５０と給電電極５２との間に電圧を印加する電源８０が配置されている。この電源８０の陽極及び陰極は、中空モータ７０の中空部を挿通する配線を介して給電電極５２及び加工電極５０にそれぞれ電気的に接続されている。
【００４２】
純水または超純水は、液体供給孔４８ａを通過した後、吸水性を有するイオン交換体５６を通じて加工面全域に供給される。また、液体供給管に接続される液体供給孔４８ａを複数設けて、液体（純水または超純水）を加工面全域に行き渡らせ易くしてもよい。なお、電極部４８の上方に純水または超純水を供給する液体供給手段をさらに設けてもよい。この場合、純水または超純水を基板Ｗの表面に該基板Ｗの上下方向から同時に供給することができる。
【００４３】
ここで、純水は、例えば電気伝導度が１０μＳ／ｃｍ以下の水であり、超純水は、例えば電気伝導度が０．１μＳ／ｃｍ以下の水である。なお、純水または超純水の代わりに、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体を使用してもよい。例えば、超純水または純水に界面活性剤等を添加した、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは０．１μＳ／ｃｍ以下の液体を用いてもよい。このように、加工中に純水や超純水などの液体を供給することにより、加工生成物、気体発生等による加工不安定性を除去でき、均一な、再現性のよい加工が得られる。
【００４４】
次に、上述のように構成された電解研磨装置３６の動作について説明する。
まず、加工面が下を向くように基板Ｗを基板保持部４６により吸着保持させる。基板保持部４６をイオン交換体の上方に移動させた後、基板保持部４６を下降させ、基板Ｗの表面をイオン交換体に接触させる。この状態で、電源８０により加工電極５０と給電電極５２との間に所定の電圧を印加するとともに、基板保持部４６と電極部４８とを共に回転させる。同時に、液体供給孔４８ａを通じて、電極部４８の下側から該電極部４８の上面に純水または超純水を供給し、加工電極５０及び給電電極５２と基板Ｗとの間に純水または超純水を満たす。これによって、イオン交換体５６により生成された水素イオンまたは水酸化物イオンによって、基板Ｗに形成された導電層（シード層）の電解研磨を行う。ここに、純水または超純水がイオン交換体５６の内部を流れるようにすることで、水素イオンまたは水酸化物イオンを多量に生成させ、これを基板Ｗの表面に供給することで、効率のよい電解研磨を行うことができる。
【００４５】
加工速度、すなわち、導電層が除去される速度は、イオン交換体からの距離が離れるにつれて低下するため、配線溝の底面での加工速度は、基板の他の部位よりも小さくなる。従って、バリアメタル上に予め形成された導電層のうち、配線溝の側面及び基板の表面に形成された導電層を選択的に除去することが可能となる（図１（ｂ）、図２（ｂ）、図３（ｂ）参照）。ここで、基板の表面とは、配線溝が形成されていない基板の表面の部位をいい、バリアメタルが形成された部位を含む概念である。
【００４６】
次に、本実施形態に係る無電解めっき装置１００について図７を参照しながら説明する。図７は本実施形態に係る無電解めっき装置の全体構成を示す断面図である。図８は図７に示す無電解めっき装置でめっきを行っている時のめっき槽、基板保持部、及び支持部の関係を示す断面図である。図９は図７に示す無電解めっき装置の真空シール材を示す拡大断面図である。
【００４７】
図７に示すように、この無電解めっき装置１００は、表面（被めっき面）Ｓにビアホールや配線溝が形成された半導体ウエハ等の基板（被めっき材）Ｗを下向き（フェイスダウン）にして吸着保持する基板保持部１１０を有している。この基板保持部１１０は、円板状の保持体１１２と、この保持体１１２の下面の外周部に取り付けられたリング状の真空シール材１１４とを備えている。この真空シール材１１４は、例えばゴム等の弾性体から構成され、図９に詳細に示すように、下方に突出する内側リップ部１１４ａと外側リップ部１１４ｂとを有している。この内側リップ部１１４ａと外側リップ部１１４ｂとの間には断面Ｕ字状の凹部１１４ｃが形成されている。更に、保持体１１２は回転軸１１８の下端に固定され、この回転軸１１８を介して回転モータ１１６に連結されている。真空シール材１１４の凹部１１４ｃは、保持体１１２、回転軸１１８、及び回転モータ１１６の内部を延びる真空経路１２０に連通し、この真空経路１２０は、図示しない真空源に接続されている。
【００４８】
このような構成によれば、基板Ｗの表面に真空シール材１１４のリップ部１１４ａ，１１４ｂの下端を圧接させ、凹部１１４ｃと基板Ｗの表面とで区画された空間を真空引きすることで、基板Ｗの外周部を真空シール材１１４でシールした状態で基板Ｗが基板保持部１１０に吸着保持される。更に、基板Ｗを基板保持部１１０に保持させた状態で、回転モータ１１６を駆動することで、基板Ｗを基板保持部１１０と一体に回転させることができるようになっている。
【００４９】
更に、保持体１１２、回転軸１１８、及び回転モータ１１６の内部を延び、真空シール材１１４で囲まれた保持体１１２の下面で開口する不活性ガス導入路１２２が設けられている。これにより、基板Ｗをその外周部を真空シール材１１４でシールした状態で吸着保持した時に、真空シール材１１４で囲まれた領域に、Ｎ２ガス等の不活性ガスを導入するができる。そして、この真空シール材１１４で囲まれた領域に浸入しようとするめっき液をこの不活性ガスで強制的に押し戻し、これによって、めっき液の真空シール材１１４で囲まれた領域内への浸入をより確実に防止することができる。
【００５０】
なお、この例では、図９に示すように、保持体１１２の内部には基板Ｗを加熱する加熱部（ヒータ）１２４が内蔵されている。そして、この加熱部１２４によって基板Ｗに局所的な温度むらが生じないように基板Ｗが加熱される。なお、加熱部１４は温度調節機能を有しており、これによって、基板Ｗを任意の温度に加熱できるようになっている。そして、基板Ｗを所定の温度のめっき液に浸漬させ、このめっき液と同じ温度となるように基板Ｗを加熱部１２４により加熱しつつめっき処理を行うことで、めっき処理中に基板Ｗの表面Ｓに温度むらが生じたり、めっき温度がめっき処理中に変化してしまうことを防止することができる。
【００５１】
ハウジング１３０は基板保持部１１０の周囲を包囲するように配置され、このハウジング１３０の下端に、内方に突出して基板Ｗの周縁部を下から支えるリング状の支持部１３２が設けられている。更に、ハウジング１３０の周壁には、基板Ｗの出し入れを行う開口１３４が設けられている。このハウジング１３０は、軸受１４０を介して上下動板１３８の外周部に回転自在に連結されている。上下動板１３８は、回転モータ１１６に取り付けられた往復動機構１３６のシリンダロッド１３６ａに連結されている。これによって、ハウジング１３０は、往復動機構１３６の作動に伴って基板保持部１１０に対して相対的に上下動し、また支持部１３２と真空シール材１１４とで基板Ｗの周縁部を保持した状態で、基板保持部１１０と一体に回転するようになっている。
【００５２】
ハウジング１３０の下方には、めっき液１４２を保持するめっき槽１４４が配置されている。このめっき槽１４４は、めっき液１４２との摩擦を低減するため、例えばテフロン（登録商標）製である。めっき槽１４４の内部には、めっき液１４２が貯留されるめっき室１４８が形成されている。また、このめっき室１４８の底面１４８ａの中央部にはめっき液供給路１４６が設けられており、このめっき液供給路１４６を通じてめっき液１４２がめっき室１４８に供給されるようになっている。めっき室１４８は溢流堰１５０によって囲まれており、この溢流堰１５０の外側にはめっき液排出路１５２が設けられている。これにより、めっき液１４２は、めっき液供給路１４６から上向きでめっき室１４８内に導入され、溢流堰１５０をオーバーフローしてめっき液排出路１５２から外部に排出される。
【００５３】
ここで、基板保持部１１０に保持された基板Ｗと対面するめっき室１４８の底面１４８ａの領域は、例えば朝顔型の流線形をした、上方に向けて外方に拡がる２次曲面を有している。これにより、底面１４８ａの２次曲線を有している領域では、めっき液１４２が底面１４８ａに沿って層流としてスムーズに流れて、この流れの途中で局部的な渦が発生することが防止される。また、めっき槽１４４の内部の底面１４８ａに近接した位置に、この底面１４８ａの２次曲面に沿った形状を有する加熱部を埋設してもよい。
【００５４】
この実施形態における無電解めっき装置１００にあっては、ハウジング１３０を往復動機構１３６により基板保持部１１０に対して相対的に下降させた状態で、基板Ｗを開口１３４からハウジング１３０の内部に入れ、支持部１３２の上に基板Ｗを載置する。この状態で、往復動機構１３６によりハウジング１３０を上昇させ、真空シール材１１４の下端に基板Ｗの上面を圧接させる。そして、真空シール材１１４の凹部１１４ｃと基板Ｗの表面とで区画された空間を真空引きすることで、基板Ｗの外周部を真空シール材１１４でシールした状態で基板Ｗを吸着保持し、更に、この真空シール材１１４で囲まれた領域に不活性ガス導入路１２２を介してＮ２ガス等の不活性ガスを導入する。この状態で、基板保持部１１０に内蔵された加熱部１２４で基板Ｗをその全域に亘ってめっき室１４８内に導入されるめっき液１４２の温度と同じ一定の温度に加熱する。
【００５５】
予め一定の温度に加熱されためっき液１４２は、めっき液供給路１４６を介してめっき室１４８に導入され、溢流堰１５０からオーバーフローさせておく。この時、めっき槽１４４に導入されるめっき液１４２の温度は、例えば２５〜９０℃、好ましくは５５〜８０℃程度であり、また、このめっき液２２の流量は、例えば１〜３０Ｌ／ｍｉｎ、好ましくは１〜２０Ｌ／ｍｉｎ、更に好ましくは１〜１０Ｌ／ｍｉｎ程度である。
【００５６】
この状態で、基板Ｗを、例えば０〜１００ｒｐｍ、好ましくは０〜５０ｒｐｍ、更に好ましくは０〜２０ｒｐｍ程度の回転速度で回転させつつ下降させ、基板Ｗをめっき室１４８内のめっき液１４２内に浸漬させ、更に、図８に示すように、ハウジング１３０のみを下降させて、支持部１３２を基板Ｗの裏面から離して、基板Ｗを基板保持部１１０のみで吸着保持し、この状態で、基板Ｗの表面に銅めっき処理を行う。
【００５７】
この時、基板Ｗを下方から支える支持部１３２を基板Ｗから離した状態でめっきを行うことで、基板Ｗの表面（被めっき面）Ｓから下方に突出するリング状の支持部１３２の存在によって、無電解めっき反応で生じるＨ２ガス等が基板Ｗの表面（被めっき面）Ｓから逃げ難くなることを防止して、Ｈ２ガス等の基板Ｗの表面（被めっき面）Ｓからの離脱をよくすることができる。
【００５８】
しかも、基板Ｗの上面外周部を真空シール材１１４でシールした状態で、基板Ｗを吸着保持することで、めっき液が基板Ｗの上面に浸入してしまうことを防止し、更に、基板を保持した時に真空シール材１１４で囲まれた領域にＮ２ガス等の不活性ガスを導入して、真空シール材１１４と基板Ｗとの間の隙間から基板Ｗの上面に浸入しようとするめっき液をこの不活性ガスで強制的に外方に押し戻すことで、めっき液の基板Ｗの上面への浸入をより確実に防止することができる。
【００５９】
なお、基板Ｗを下方から支える支持部１３２を基板Ｗから離した状態における基板Ｗと支持部１３２との距離は、基板Ｗが落下した時に支持部１３２の上に乗る程度であることが好ましい。
そして、所定の時間に亘るめっき処理が終了した後、ハウジング１３０を上昇させて支持部１３２で基板を下方から支持させ、必要に応じて液切りを行った後、前述の逆の動作でめっき後の基板Ｗをハウジング１３０の外に搬送する。
【００６０】
なお、この例では、支持部１３２として、リング状のものを使用しているが、図１０に示すように、基板Ｗの外方に円周方向に沿って複数の爪１６０を配置し、この爪１６０下端の内方に向けて鈎状に延びる延出部の上面に段部１６０ａを設け、この段部１６０ａで基板Ｗを下方から支えるようにして支持部１６２を構成してもよい。この場合にあっても、めっき中にこの支持部１６２を基板Ｗから離すことで、この爪１６０の回転に伴ってめっき液の流れが乱れ、基板Ｗの表面（被めっき面）Ｓに接触するめっき液の流れの状態が変化してしまうことを防止することができる。
【００６１】
図１１は、本実施形態に係る無電解めっき装置１００の他の構成例を示す断面図である。この無電解めっき装置１００の、前記図７乃至図９に示す例と異なる点は、無電解めっき液１４２を保持するめっき槽１４４として、外方に膨出する第１めっき室１６４と、朝顔型の流線型をした、上方に向けて外方に拡がる２次曲面を有する第２めっき室１６６からなるめっき室１４８を有するものを使用した点と、この第１めっき室１６４と第２めっき室１６６の境に第１整流板１７０を、第２めっき室１６６の内部に第２整流板１７２をそれぞれ配置した点である。この整流板１７０，１７２は、めっき室１４８の内部を流れるめっき液１４２の流れを整えるためのもので、内部に多数の通孔１７０ａ，１７２ａを有する、例えばパンチプレートから構成されている。
【００６２】
例えば、めっき室１４８の容積が大きくなると、このめっき室１４８内のめっき液１４２に基板Ｗの表面（被めっき面）Ｓを接触させてめっきを行う際、基板Ｗの表面Ｓの全面に亘ってめっき液１４２を均一に流すことが困難となる。本実施形態によれば、めっき液１４２の流れを整える整流板１７０，１７２をめっき室１４８の内部に配置し、この整流板１７０，１７２でめっき液１４２の流れを基板Ｗの表面に到達する前に整えることで、例えめっき室の容積が大きくなっても、基板Ｗの表面Ｓの全面に亘るめっき液の均一な流れを形成することができる。
【００６３】
なお、この例では、２枚の整流板１７０，１７２を配置し、めっき室１４８の内部を流れるめっき液１４２を２回に亘って整流することで、被めっき面の全面に亘るめっき液のより均一な流れを形成するようにしているが、１枚でも、また３枚以上でも良いことは勿論である。
【００６４】
整流板１７０，１７２として、通孔１７０ａ，１７２ａの密度及び／または直径が領域により異なるものを使用してもよい。例えば、めっき液１４２が多量に流れやすい整流板１７０，１７２の中央部における通孔１７０ａ，１７２ａの密度を周縁部より粗にしたり、通孔１７０ａ，１７２ａの直径を小さくしたりすることで、基板Ｗの表面Ｓに局所的にめっき液の流速が大きい領域が生じることを防止することができる。
【００６５】
ここで、上述した図７乃至図１１に記載された無電解めっき装置１００を使用してめっきを施す一実施例について説明する。
この実施例に使用されるめっき液の組成は次の通りである。
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ            ５ｇ／Ｌ
ＥＤＴＡ・２Ｎａ            １４ｇ／Ｌ
ＨＣＨＯ（３７％）            ５ｍｇ／Ｌ
ｐＨ（ＮａＯＨにて調整）        １２．５
添加剤                          適量
また、めっき液の温度を６０℃に設定し、１００ｎｍ／ｍｉｎのめっき速度が得られるように諸条件を設定する。
本実施例では、上述の条件にてめっきを約１０分行うことにより、深さ約１μｍの配線溝に配線材料としての銅（Ｃｕ）を埋め込むことができる。
【００６６】
次に、本実施形態に係るＣＭＰ（化学機械的研磨）装置について図１２を参照して説明する。図１２は、本実施形態に係るＣＭＰ装置の要部を模式的に示す縦断面図である。
図１２に示すように、ＣＭＰ装置３３０は、硬質ポリウレタン等からなる研磨布（研磨パッド）３４０を上面に貼付して研磨面を構成する研磨テーブル３４２と、基板Ｗをその被研磨面を研磨テーブル３４２に向けて保持するトップリング３４４とを備えている。
【００６７】
このようなＣＭＰ装置３３０を用いて基板Ｗの研磨処理を行う場合には、研磨テーブル３４２とトップリング３４４とをそれぞれ自転させ、研磨テーブル３４２の上方に設置された研磨液供給ノズル３４６より研磨液を供給しつつ、トップリング３４４により基板Ｗを一定の圧力で研磨テーブル３４２の研磨布３４０に押圧する。そして、研磨液に含まれる化学種による化学的研磨作用と、研磨布による機械的研磨作用との複合作用である化学機械的研磨によって基板Ｗが平坦かつ鏡面状に研磨される。
【００６８】
研磨を継続すると、研磨布３４０には、砥粒や研磨屑が付着し、研磨布３４０の特性が変化して研磨性能が劣化してくる。この研磨力を回復させるために、ＣＭＰ装置３３０にはドレッサー３４８が設けられている。このドレッサー３４８によって、研磨する基板Ｗの交換時などに研磨布３４０のドレッシング（コンディショニング）が行われる。このドレッシング処理においては、ドレッサー３４８のドレッシング面を研磨テーブル３４２の研磨布３４０に押圧しつつ、これらを自転させることで、研磨面に付着した砥粒や切削屑を除去するとともに、研磨面の平坦化及び目立てが行われ、研磨面が再生される。
【００６９】
なお、上述したように、本実施形態では、導電層（シード層）の除去は電解研磨装置３６により行われるが、ＣＭＰ装置３３０により導電層を除去してもよい。
ここで、ＣＭＰ装置３３０を使用して基板の表面及び配線溝の側面に形成された導電層を除去するときの様子について図１３を参照して説明する。図１３（ａ）はドレッシング前の研磨布を模式的に示す断面図、図１３（ｂ）はドレッシング後の研磨布を模式的に示す断面図、図１３（ｃ）は基板上に形成された導電層を除去しているときの様子を模式的に示す断面図、図１３（ｄ）は導電層が除去された後の基板を模式的に示す断面図である。
【００７０】
図１３（ａ）に示すように、ドレッサー３４８の下面にはダイヤモンド砥粒３５０が固着されている。このダイヤモンド砥粒３５０の形状や大きさは、基板に形成された配線溝の深さ及び幅に基づいて決定される。すなわち、図１３（ｃ）に示すように、ドレッシングによって研磨布３４０に形成される凹凸（図１３（ｂ）参照）深さが配線溝１１，１２の深さ未満となるように、同時に、凹凸のピッチが配線溝１１，１２の最小幅以下となるようにダイヤモンド砥粒３５０の形状及び大きさが決定される。このようなダイヤモンド砥粒３５０を有するドレッサー３４８によれば、図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）に示すように、配線溝１１，１２の底面以外の導電層７を除去することが可能となる。
【００７１】
なお、ＣＭＰ後の基板の洗浄を容易にするために、ＳｉＯ２等の砥粒を含まない研磨液を使用するのが好ましい。また、弾性率が比較的小さい研磨布（変形しやすい研磨布）を用いることが好ましい。弾性率の比較的小さい研磨布を用いることにより、配線溝以外の部分、すなわち、基板表面を、研磨液中の化学種による化学的エッチング作用と研磨布による機械的研磨作用とにより除去しやすくすることができ、同時に、配線溝の側面の導電層を研磨布による機械的研磨作用により除去しやすくすることができる。
【００７２】
次に、本実施形態におけるアニール装置４００Ａ，４００Ｂについて図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は本実施形態におけるアニール装置を模式的に示す縦断面図、図１５は横断面図である。なお、アニール装置４００Ａ，４００Ｂはいずれも同一の構成を有しているので、以下ではアニール装置４００Ａについてのみ説明する。
【００７３】
図１４及び図１５に示すように、アニール装置４００Ａは、基板Ｗを出し入れするゲート４２０を有するチャンバ４２２と、チャンバ４２２の上部に配置されたホットプレート４２４と、チャンバ４２２の下部に配置されたクールプレート４２６とを備えている。ホットプレート４２４は基板Ｗを例えば４００℃に加熱し、クールプレート４２６は例えば冷却水を流して基板Ｗを冷却する。
【００７４】
チャンバ４２２内には、クールプレート４２６の内部を貫通して上下方向に延び、上端に基板Ｗを載置保持する複数の昇降ピン４２８が昇降自在に配置されている。更に、ホットプレート４２４を挟んで互いに対向する位置には、アニール時に基板Ｗとホットプレート４２４との間に酸化防止用のガスを導入するガス導入管４３０と、このガス導入管４３０から導入されたガスを排気するガス排気管４３２とが配置されている。
【００７５】
図１５に示すように、アニール装置４００Ａには、内部にフィルタ４３４ａを有するＮ２ガス導入路４３６と、内部にフィルタ４３４ｂを有するＨ２ガス導入路４３８と、Ｎ２ガス導入路４３６内を流れるＮ２ガスとＨ２ガス導入路４３８内を流れるＨ２ガスとを混合する混合器４４０と、混合器４４０で混合したガスが流れる混合ガス導入路４４２とが設けられている。この混合ガス導入路４４２には、上述したガス導入管４３０が接続される。
【００７６】
上述した無電解めっき装置により表面に配線材料が形成された基板Ｗは、ゲート４２０を通じてチャンバ４２２の内部に搬入され、昇降ピン４２８により保持される。そして、昇降ピン４２８が、昇降ピン４２８で保持した基板Ｗとホットプレート４２４との距離が例えば０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度になるまで上昇する。この状態で、ホットプレート４２４により基板Ｗを、例えば４００℃となるように加熱し、同時にガス導入管４３０から酸化防止用のガスをチャンバ４２２内に導入する。チャンバ４２２内に導入されたガスは、基板Ｗとホットプレート４２４との間を流れて、ガス排気管４３２から排気される。このようにすることで、アニール処理（熱処理）を還元雰囲気中で行うことができ、バリアメタルの表面に形成される酸化膜（例えば、ＴａｘＯｙ）を容易かつ確実に還元することができる。このアニールの処理時間は、例えば数十秒〜６０秒程度である。また、基板Ｗの加熱温度は１００〜６００℃の範囲内で適宜選択される。
【００７７】
アニール終了後、昇降ピン４２８で保持した基板Ｗとクールプレート４２６との距離が、例えば０ｍｍ〜０．５ｍｍ程度となるまで昇降ピン４２８が下降する。この状態で、クールプレート４２６内に冷却水を導入することで、基板Ｗの温度が１００℃以下となるまで、例えば１０〜６０秒程度基板Ｗを冷却し、この冷却後の基板Ｗを次工程に搬送する。なお、本実施形態では、酸化防止用のガスとして、Ｎ２ガスと数％のＨ２ガスを混合した混合ガスを流すようにしているが、Ｎ２ガスのみを流すようにしてもよい。
【００７８】
次に、上述のように構成された本実施形態に係る配線形成装置の動作について説明する。
本実施形態に係る配線形成装置により処理される基板は、図１（ａ）、図２（ａ）、及び図３（ａ）に示すように、基板Ｗの表面にバリアメタル６と、導電層（シード層）７がこの順で予め形成されている基板である。本実施形態では、導電層または配線材料としてＣｕ、Ｃｕ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、Ａｕ、Ａｕ合金が好適に用いられる。このような金属を用いることによって、半導体装置内部の配線抵抗を従来のアルミニウム配線と比較して大幅に低減させることができ、また、エレクトロマイグレーション耐性も向上し、その結果、半導体装置の性能を向上させることが可能となる。以下に示す例では、配線材料として銅膜（Ｃｕ）を形成する場合について説明する。
【００７９】
まず、図４において、処理対象となる基板は一対のカセット２４に予め収納されている。これらのカセット２４に収納された基板は、第１の搬送ロボット２６Ａによって一枚ずつ取り出され、第１の仮置台２８Ａに一旦載置された後、電解研磨装置３６に搬送される。電解研磨装置３６では上述した電解研磨が行われ、基板Ｗの表面及び配線溝の側面に形成された導電層７が除去される（図１（ｂ）、図２（ｂ）、図３（ｂ）参照）。
【００８０】
電解研磨装置３６により処理された基板Ｗは、次に、第２の搬送ロボット２６Ｂにより洗浄機２０に搬送される。洗浄機２０では、純水などの洗浄液が基板Ｗに供給され、これにより基板Ｗが洗浄される。洗浄が終了した基板Ｗは、次に、アニール装置４００Ａに搬送され、還元雰囲気中でのアニール処理（熱処理）によりバリアメタルの表面に形成された酸化膜（例えばＴａｘＯｙ）が還元され、同時に、バリアメタルや導電層に生じた残留応力や傷などの欠陥が除去される。その後、基板Ｗは第２の搬送ロボット２６Ｂにより第２の仮置台２８Ｂに一旦載置された後、第３の搬送ロボット２６Ｃにより無電解めっき装置１００に搬送される。無電解めっき装置１００では、配線溝の底面に残留した導電層７を反応の起点として配線材料としての銅が成膜される。上述したように、めっきを基板に施すに先立って、配線溝の側面に形成された導電層７が電解研磨装置３６によって除去されているので、銅（金属膜）は、配線溝の内部と配線溝の上辺付近にのみ形成される（図１（ｃ）、図２（ｃ）、図３（ｃ）参照）。
【００８１】
銅が形成された基板Ｗは、第３の搬送ロボット２６Ｃ及び第２の搬送ロボット２６Ｂによりアニール装置４００Ｂに搬送される。アニール装置４００Ｂでは、上述したように基板Ｗにアニール処理（熱処理）が施される。このアニール処理により、銅とバリアメタル６との密着性を高めることができ、さらに、図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、銅の内部に生じたボイド（空洞）を修復することができる。
【００８２】
次に、基板Ｗは第２の搬送ロボット２６Ｂにより第２の仮置台２８Ｂに一旦載置された後、ＣＭＰ装置３３０に搬送される。ＣＭＰ装置３３０では、余剰な銅と絶縁体の表面に形成されたバリアメタル６が除去され、配線溝に充填させた銅の表面と絶縁膜の表面とがほぼ同一平面になる（図１（ａ）、図２（ｅ）参照）。
【００８３】
ＣＭＰ装置３３０での処理が終了した基板Ｗは、第２の搬送ロボット２６Ｂによりアニール装置４００Ｂに搬送され、アニール装置４００Ｂにて基板Ｗに再度アニール処理が施される。この３度目のアニール処理により、銅とバリアメタルとの密着性が更に高められると共に、ＣＭＰ装置３３０での処理により銅の内部に生じた残留ストレスを緩和させることができる。
【００８４】
次に、基板Ｗは再度洗浄機２０によって洗浄された後、第２の搬送ロボット２６Ｂによって乾燥機２２に搬送され、乾燥機２２にてスピンドライが行われて基板Ｗが乾燥される。そして、第１の搬送ロボット２６Ａにより基板Ｗが乾燥機２２からカセット２４に搬送され、カセット２４に本来収容されていた位置に基板Ｗが収容され、これにより一連の処理が完了する。
【００８５】
なお、この例では、電解研磨装置３６により基板Ｗの表面及び配線溝の側面に形成された導電層を除去しているが、電解研磨装置３６に代えてＣＭＰ装置３３０により導電層を除去してもよい。また、余剰な銅とバリアメタルの除去はＣＭＰ装置３３０によって行われているが、これに代えて、電解研磨装置３６を使用してもよく、または、電解研磨装置３６とＣＭＰ装置３３０とを組み合わせてもよい。
【００８６】
次に、本発明の第２の実施形態に係る配線形成装置について図１６を参照して説明する。
上述した第１の実施形態と第２の実施形態との相違点は、無電解めっき装置に代えて電解めっき装置を金属膜形成装置として用いている点である。その他の構成は第１の実施形態に係る配線形成装置と同様であるので重複する説明を省略する。
【００８７】
図１６は本実施形態に係る配線形成装置に使用される電解めっき装置を模式的に示す断面図である。この電解めっき装置３７０は、基板の表面にめっきを施して銅などの配線材料を形成するものである。図１６に示すように、電解めっき装置３７０は、上方に開口し内部にめっき液３８０を保持する円筒状のめっき槽３８２と、基板Ｗを着脱自在に下向きに保持して該基板Ｗをめっき槽３８２の上端開口部を塞ぐ位置に配置する基板保持部３８４とを備えている。めっき槽３８２の内部には、めっき液３８０中に浸漬されてアノード電極となる平板状の陽極板３８６が水平に配置され、基板Ｗが陰極となるようになっている。めっき槽３８２の底部中央には、上方に向けためっき液の噴流を形成するめっき液噴射管３８８が接続され、めっき槽３８２の上部外側には、めっき液受け３９０が配置されている。
【００８８】
このような構成を有する電解めっき装置３７０において、めっき槽３８２の上部に基板Ｗを基板保持部３８４により下向きに保持して配置し、陽極板（アノード）３８６と基板（カソード）Ｗの間に所定の電圧を印加しつつ、めっき液３８０をめっき液噴射管３８８から上方に向けて噴出させる。このように、基板Ｗの下面（被めっき面）に垂直にめっき液３８０の噴流を当て、陽極板３８６と基板Ｗの間にめっき電流を流すことによって、基板Ｗの下面に配線材料としての銅膜が形成される。
【００８９】
本実施形態に係る配線形成装置の基本動作は、上述した第１の実施形態に係る配線形成装置の動作と同様である。
なお、第１の実施形態及び第２の実施形態のいずれの場合も、金属膜形成装置としてのめっき装置が３基配置されており、スループットの向上が図られている。また、一般に、めっき処理には時間がかかるため、少ない面積で多数の基板を処理するために、基板を縦置きにした状態でめっき処理する縦型タイプのめっき装置を採用してもよい。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、導電層を除去した後、例えば無電解めっきを行うことにより、配線溝の底面に残された導電層（シード層）を反応の起点として配線材料としての金属を選択的に析出させることが可能となる。その結果、配線溝の側面が導電層によって十分に被覆されていない場合であっても、この被覆不良に起因するボイドなどの欠陥の発生を防止することができる。また、本発明によれば、配線溝の幅の大きさにかかわらず配線溝内に金属膜を均一に形成することができるため、その後の金属膜を排除する工程において金属膜の残留（膜残り）やディッシングの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る配線形成方法をシングルダマシン法に適用した場合の配線形成工程を示す図である。
【図２】本発明に係る配線形成方法をデュアルダマシン法に適用した場合の配線形成工程を示す図である。
【図３】本発明に係る配線形成方法を用いて幅の異なる配線溝が形成された基板に配線材料を埋め込む場合の工程を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る配線形成装置の全体構成を示す平面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る電解研磨装置の断面図である。
【図６】図５に示す電極板を示す平面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る無電解めっき装置の全体構成を示す断面図である。
【図８】図７に示す無電解めっき装置でめっきを行っている時のめっき槽、基板保持部、及び支持部の関係を示す断面図である。
【図９】図７に示す無電解めっき装置の真空シール材を示す拡大断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る無電解めっき装置が備える支持部の他の構成例を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る無電解めっき装置の他の構成例を示す断面図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係るＣＭＰ装置の要部を模式的に示す縦断面図である。
【図１３】図１３（ａ）はドレッシング前の研磨布を模式的に示す断面図、図１３（ｂ）はドレッシング後の研磨布を模式的に示す断面図、図１３（ｃ）は基板上に形成された導電層を除去しているときの様子を模式的に示す断面図、図１３（ｄ）は導電層が除去された後の基板を模式的に示す断面図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係るアニール装置を模式的に示す縦断面図である。
【図１５】図１４に示すアニール装置の横断面図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係る電解めっき装置を模式的に示す断面図である。
【図１７】銅配線基板の従来の一製造例を工程順に示す図である。
【図１８】銅配線基板の従来の一製造例を工程順に示す図である。
【図１９】銅配線基板の従来の一製造例を工程順に示す図である。
【符号の説明】
１      半導体基材
２      絶縁膜
３      ビアホール
４，１１，１２    配線溝
５      凹部
６      バリアメタル（バリア層）
７      導電層（シード層）
８      銅
１０      ボイド
１３      金属膜
２０      洗浄機
２２      乾燥機
２４      カセット
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ  搬送ロボット
２８Ａ，２８Ｂ    仮置台
３６      電解研磨装置（導電層除去装置）
４４      揺動アーム
４６      基板保持部
４８      電極部
５０      加工電極
５２      給電電極
５６      イオン交換体
６０      上下動用モータ
６２      ボールねじ
６６      揺動軸
６８      自転用モータ
７０      中空モータ
８０      電源
１００    無電解めっき装置（金属膜形成装置）
１１０    基板保持部
１１２    保持体
１１４    真空シール材
１１６    回転モータ
１１８    回転軸
１２０    真空経路
１２２    不活性ガス導入路
１２４    加熱部
１３０    ハウジング
１３２    支持部
１３４    開口
１３６    往復動機構
１４２    めっき液
１４４    めっき槽
１４６    めっき液供給路
１４８    めっき室
１５０    溢流堰
１５２    めっき液排出路
１６０    爪
１６２    支持部
１６４    第１めっき室
１６６    第２めっき室
１７０，１７２    整流板
３３０    ＣＭＰ（化学機械的研磨）装置
３４０    研磨布（研磨パッド）
３４２    研磨テーブル
３４４    トップリング
３４６    研磨液供給ノズル
３４８    ドレッサー
３５０    ダイヤモンド砥粒
４００Ａ，４００Ｂ    アニール装置（熱処理装置）
４２０    ゲート
４２２    チャンバ
４２４    ホットプレート
４２６    クールプレート
４２８    昇降ピン
４３０    ガス導入管
４３２    ガス排気管
４３４ａ，４３４ｂ  フィルタ
４３６    Ｎ２ガス導入路
４３８    Ｈ２ガス導入路
４４０    混合器
３７０    電解めっき装置
３８０    めっき液
３８２    めっき槽
３８４    基板保持部
３８６    陽極板
３８８    めっき液噴射管
３９０    めっき液受け
【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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