(57)【要約】【課題】配線の表面に保護膜を選択的に形成して該配線を保護し、しかもこの保護膜を形成した基板の表面に堆積した絶縁膜等の充分な平坦度を確保して、この表面を平坦化する工程を不要となすようにする。【解決手段】基板表面に設けた配線用の微細凹部４内に配線材料７を埋込み、不要な配線材料を除去して平坦化した後、更に配線材料７を除去して微細凹部４の上部に充填用凹部４ａを形成し、この充填用凹部４ａ内に保護膜９を選択的に形成する。【選択図】　　　　図１
2004015028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に設けた配線用の微細凹部内に配線材料を埋込み、不要な配線材料を除去して基板表面を平坦化した後、更に配線材料を除去して前記微細凹部の上部に充填用凹部を形成し、この充填用凹部内に保護膜を選択的に形成することを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記保護膜は、多層積層膜からな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】
前記保護膜を無電解めっきで形成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】
前記配線材料の除去を化学的機械的研磨で行う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】
前記配線材料の除去を化学的エッチングで行う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６】
前記配線材料の除去を電解加工で行う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７】
前記基板に給電電極により給電しながら加工電極を近接させ、
基板と前記加工電極との間または基板と前記給電電極との少なくとも一方にイオン交換体を配置し、
前記イオン交換体が存在する基板と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に液体を供給し、
前記加工電極と前記給電電極との間に電圧を印加して前記電解加工を行うことを特徴とする請求項６記載の基板処理方法。
【請求項８】
前記液体は、純水または電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体であることを特徴とする請求項７記載の基板処理方法。
【請求項９】
前記基板に給電電極により給電しながら加工電極を近接させ、
基板と前記加工電極との間に、純水または電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体を供給し、
前記加工電極と前記給電電極との間に電圧を印加して前記電解加工を行うことを特徴とする請求項６記載の基板処理方法。
【請求項１０】
基板表面に設けた配線用の微細凹部内に、配線材料と該配線材料の表面を保護する保護膜を順次充填したことを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
前記保護膜は、多層積層膜からなることを特徴とする請求項１０記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置及び半導体装置に関し、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凹部に銅などの金属を埋込んで埋込み配線構造を構成し、更に配線の表面を保護膜で保護するようにした基板処理方法及び該方法で処理した半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の配線形成プロセスとして、配線溝や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、近年では銅などの金属を埋込んだ後、余分な金属を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）などにより除去し平坦化するプロセス技術である。
【０００３】
この種の配線にあっては、平坦化後、その配線の表面が外部に露出しており、この上に埋込み配線を形成する際、例えば次工程の層間絶縁膜形成プロセスにおけるＳｉＯ２形成時の表面酸化やビアホールを形成するためのＳｉＯ２エッチング等に際して、ビアホール底に露出した配線のエッチャントやレジスト剥離等による表面汚染が懸念されている。
【０００４】
このため、従来、表面が露出している配線形成部のみならず、半導体基板の全表面にＳｉＮ等の配線保護膜を形成して、配線のエッチャント等による汚染を防止することが一般に行われていた。
【０００５】
しかしながら、半導体基板の全表面にＳｉＮ等の保護膜を形成すると、埋込み配線構造を有する半導体装置においては、層間絶縁膜の誘電率が上昇して配線遅延を誘発し、配線材料として銅や銀のような低抵抗材料を使用したとしても、半導体装置として能力向上を阻害してしまう。
このため、銅や銀等の配線材料との接合が強く、しかも比抵抗（ρ）が低い、例えば無電解めっきによって得られるＣｏ（コバルト）またはＣｏ合金層や、Ｎｉ（ニッケル）またはＮｉ合金層で配線の表面を選択的に覆って配線を保護することが提案されている。
【０００６】
図１４は、半導体装置における銅配線形成例を工程順に示すもので、先ず図１４（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、例えばＳｉＯ２からなる酸化膜やＬｏｗ−Ｋ材膜等の絶縁膜２ａを堆積し、この絶縁膜２ａの内部に、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、配線用の微細凹部としてのコンタクトホール３と配線溝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のシード層６をスパッタリング等により形成する。
【０００７】
そして、図１４（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、基板Ｗのコンタクトホール３及び配線溝４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜２ａ上に銅層７を堆積させる。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）などにより、絶縁膜２ａ上のバリア層５，シード層６及び銅層７を除去して、コンタクトホール３及び配線溝４内に充填させた銅層７の表面と絶縁膜２ａの表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１４（ｃ）に示すように、絶縁膜２ａの内部にシード層６と銅層７からなる配線８を形成する。
【０００８】
次に、図１４（ｄ）に示すように、基板Ｗの表面に無電解めっきを施し、配線８の表面に、Ｃｏ合金やＮｉ合金等からなる保護膜９を選択的に形成し、これによって、配線８の表面を保護膜９で覆って保護する。しかる後、図１４（ｅ）に示すように、基板Ｗの表面に、例えばＳｉＯ２やＳｉＯＦ等の絶縁膜２ｂを積層し、更に図１４（ｆ）に示すように、絶縁膜２ｂの表面を平坦化して多層配線構造を構成する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のように、基板Ｗの表面に堆積させた余分な金属を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等により除去し平坦化することによって形成した配線８の表面に保護膜９を選択的に形成すると、この保護膜９が平坦面から突出し、この上に絶縁膜２ｂを堆積させると、この絶縁膜２ｂの表面に保護膜９に倣った形状の凹凸が生じてこの平坦性が悪化し、例えば上層に配線を形成するためのフォトリソグラフィ工程において、焦点ずれを起こし、断線や配線短絡の原因となり、ウエハの表面に作り込んだＬＳＩ等の性能に影響を与えてしまう。このため、絶縁膜２ｂの充分な平坦度を確保するため、この表面を平坦化する工程が別途必要となる。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、配線の表面に保護膜を選択的に形成して該配線を保護し、しかもこの保護膜を形成した基板の表面に堆積した絶縁膜等の充分な平坦度を確保して、この表面を平坦化する工程を不要となすようにした基板処理方法及び半導体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、基板表面に設けた配線用の微細凹部内に配線材料を埋込み、不要な配線材料を除去して基板表面を平坦化した後、更に配線材料を除去して前記微細凹部の上部に充填用凹部を形成し、この充填用凹部内に保護膜を選択的に形成することを特徴とする基板処理方法である。
これにより、充填用凹部内に保護膜を選択的に形成して配線の表面を保護膜で保護した時に、この保護膜の表面が、絶縁膜表面等の配線非形成部の表面と同一平面になるようにすることで、保護膜が平坦面から突出することを防止して、この上に堆積させる絶縁膜等の充分な平坦度を確保することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記保護膜は、多層積層膜からな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。
このように、多層積層膜からなる保護膜で配線の表面を選択的に保護することで、保護膜を異なる物理的性質を有する複数の層で構成し、各層に異なる機能（作用）を持たせ、例えば、配線の酸化を防止する酸化防止層と、配線の熱拡散を防止する熱拡散防止層とを組み合わせることで、配線の酸化と熱拡散の双方を有効に防止することができる。この場合、耐熱性に優れたＣｏまたはＣｏ合金層で熱拡散防止層を、耐酸化性に優れたＮｉまたはＮｉ合金層で酸化防止層をそれぞれ構成し、熱拡散防止層の表面に酸化防止層を積層することで、例えば酸化性雰囲気の絶縁膜（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に、配線の酸化を防いで、その効果（作用）が低下してしまうことを防止することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記保護膜を無電解めっきで形成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。
請求項４に記載の発明は、前記配線材料の除去を化学的機械的研磨で行う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。
請求項５に記載の発明は、前記配線材料の除去を化学的エッチングで行う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。
請求項６に記載の発明は、前記配線材料の除去を電解加工で行う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。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、前記基板に給電電極により給電しながら加工電極を近接させ、基板と前記加工電極との間または基板と前記給電電極との少なくとも一方にイオン交換体を配置し、前記イオン交換体が存在する基板と前記加工電極または前記給電電極の少なくとも一方との間に液体を供給し、前記加工電極と前記給電電極との間に電圧を印加して前記電解加工を行うことを特徴とする請求項６記載の基板処理方法である。
【００１５】
これにより、超純水等の液体中の水分子をイオン交換体で水酸化物イオンと水素イオンに解離し、例えば生成された水酸化物イオンを、基板と加工電極との間の電界と液体の流れによって、基板の加工電極と対面する表面に供給して、ここでの基板近傍の水酸化物イオンの密度を高め、基板の原子と水酸化物イオンを反応させる。反応によって生成された反応物質は、液体中に溶解し、基板の表面に沿った液体の流れによって基板から除去される。これにより、配線材料の除去加工が行われる。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、前記液体は、純水または電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体であることを特徴とする請求項７記載の基板処理方法である。
ここで、純水は、例えば電気伝導度（１ａｔｍ，２５℃換算、以下同じ）が１０μＳ／ｃｍ以下の水である。このように、純水を使用して電解加工を行うことで、加工面に不純物を残さない清浄な加工を行うことができ、これによって、電解加工後の洗浄工程を簡素化することができる。具体的には、電解加工後の洗浄工程は１段若しくは２段でよい。
【００１７】
また、例えば、純水または超純水に界面活性剤等の添加剤を添加して、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ、より好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以下にした液体を使用することで、基板とイオン交換体の界面にイオンの移動を防ぐ一様な抑制作用を有する層を形成し、これによって、イオン交換（金属の溶解）の集中を緩和して平坦性を向上させることができる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、前記基板に給電電極により給電しながら加工電極を近接させ、基板と前記加工電極との間に、純水または電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下の液体を供給し、前記加工電極と前記給電電極との間に電圧を印加して前記電解加工を行うことを特徴とする請求項６記載の基板処理方法である。
【００１９】
これにより、超純水等の液体中の水分子を水酸化物イオンと水素イオンに解離し、例えば生成された水酸化物イオンを、基板と加工電極との間の電界と液体の流れによって、基板の加工電極と対面する表面に供給して、ここでの基板近傍の水酸化物イオンの密度を高め、基板の原子と水酸化物イオンを反応させる。反応によって生成された反応物質は液体中に溶解し、基板の表面に沿った液体の流れによって基板から除去される。これにより、配線材料の除去加工が行われる。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、基板表面に設けた配線用の微細凹部内に、配線材料と該配線材料の表面を保護する保護膜を順次充填したことを特徴とする半導体装置である。
請求項１１に記載の発明は、前記保護膜は、多層積層膜からなることを特徴とする請求項１０記載の半導体装置である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の基板処理方法としての半導体装置における銅配線形成例を工程順に示す。先ず、図１（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、例えばＳｉＯ２からなる酸化膜やＬｏｗ−Ｋ材膜等の絶縁膜２ａを堆積し、この絶縁膜２ａの内部に、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、配線用の微細凹部としてのコンタクトホール３と配線溝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のシード層６をスパッタリング等により形成する。
【００２２】
そして、図１（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、基板Ｗのコンタクトホール３及び配線溝４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜２ａ上に銅層７を堆積させる。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）または電解加工等により、絶縁膜２ａ上のバリア層５、シード層６及び銅層７を除去して、コンタクトホール３及び配線溝４に充填させた銅層７の表面と絶縁膜２ａの表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜２ａの内部にシード層６と銅層７からなる配線８を形成する。更に、前述の化学的機械的研磨等による配線溝４内のバリア層５、シード層６及び銅層７の除去を継続し、これによって、図１（ｄ）に示すように、配線溝４の上部に所定の深さの充填用凹部４ａを形成する。つまり、化学的機械的研磨等によるバリア層５、シード層６及び銅層７の除去を、コンタクトホール３及び配線溝４に充填させた銅層７の表面と絶縁膜２ａの表面とがほぼ同一平面になっても継続して、配線溝４内のバリア層５、シード層６及び銅層７を更に除去し、これによって、配線溝４の上部の形成される充填用凹部４ａが所定に深さに達した時点で除去作業を停止する。
【００２３】
なお、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）または電解加工等により、絶縁膜２ａ上のバリア層５、シード層６及び銅層７を除去して、コンタクトホール３及び配線溝４に充填させた銅層７の表面と絶縁膜２ａの表面とをほぼ同一平面となし、しかる後、化学的エッチングによって、配線溝４内のバリア層５、シード層６及び銅層７の除去するようにしてもよい。
【００２４】
上記のようにして基板Ｗに形成した充填用凹部４ａ内に、図１（ｅ）に示すように、例えば熱拡散防止層９ａと酸化防止層９ｂの多層積層膜からなる保護膜９を選択的に形成し、これによって、配線８の露出表面を保護膜９で覆って保護する。つまり、基板Ｗを水洗いした後、基板Ｗの表面に第１段の無電解めっきを施して、配線８の表面に、例えばＣｏ合金層からなる熱拡散防止層９ａを選択的に形成し、次に、基板を水洗いした後、第２段の無電解めっき処理を施して、熱拡散防止層９ａの表面に、例えばＮｉ合金層からなる酸化防止層９ｂを選択に形成する。この時、保護膜９の厚さが充填用凹部４ａの深さと同じになるように、つまり、保護膜９の表面と絶縁膜２ｂの表面とがほぼ同一平面となるようにする。
【００２５】
そして、基板Ｗを水洗いし乾燥させた後、図１（ｆ）に示すように、基板Ｗの表面に、例えばＳｉＯ２やＳｉＯＦ等の絶縁膜２ｂを積層する。この時、保護膜９の表面と絶縁膜２ｂの表面とがほぼ同一平面となるようにすることで、保護膜９が平坦面から突出することを防止して、この上に堆積させる絶縁膜２ｂの充分な平坦度を確保することができ、これによって、この絶縁膜２ｂの表面を平坦化する工程を削減することができる。
【００２６】
このように、配線８の露出表面を、配線の熱拡散を有効に防止することができる、例えばＣｏ合金層からなる熱拡散防止層９ａと、配線の酸化を有効に防止することができる、例えばＮｉ合金層からなる酸化防止層９ｂの多層積層膜からなる保護膜９で選択的に覆って配線８を保護することで、配線の酸化と熱拡散の双方を有効に防止することができる。つまり、例えば、ＣｏまたはＣｏ合金層のみで配線を保護すると、配線の酸化を有効に防止することができず、またＮｉまたはＮｉ合金層のみで配線を保護すると、配線の熱拡散を有効に防止することができないが、このように組み合わせることで、このような弊害をなくすことができる。
【００２７】
しかも、熱拡散防止層９ａの表面に酸化防止層９ｂを積層することで、例えば酸化性雰囲気で絶縁膜２ｂを積層して多層配線構造の半導体装置を作る場合に、配線の酸化を防ぐことが可能で、その効果（作用）が低下してしまうことを防止することができる。
なお、この例では、保護膜９を、熱拡散防止層９ａと酸化防止層９ｂからなる２層配線層膜で構成した例を示しているが、単層、或いは３層以上であってもよいことは勿論である。
【００２８】
ここで、この例では、熱拡散防止層９ａとして、Ｃｏ−Ｗ−Ｂ合金を使用している。つまり、コバルトイオン、錯化剤、ｐＨ緩衝剤、ｐＨ調整剤、還元剤としてのアルキルアミンボラン、及びタングステンを含む化合物を含有しためっき液を使用し、このめっき液に基板Ｗの表面を浸漬させることで、熱拡散防止層（Ｃｏ−Ｗ−Ｂ合金層）９ａを形成している。
【００２９】
このめっき液には、必要に応じて、安定剤としての重金属化合物または硫黄化合物の１種または２種以上、または界面活性剤の少なくとも一方が添加され、またアンモニア水または水酸化第四級アンモニウム等のｐＨ調整剤を用いて、ｐＨが好ましくは５〜１４、より好ましくは６〜１０に調整されている。めっき液の温度は、例えば３０〜９０℃、好ましくは４０〜８０℃である。めっき液のコバルトイオンの供給源としては、例えば硫酸コバルト、塩化コバルト、酢酸コバルト等のコバルト塩を挙げることができる。コバルトイオンの添加量は、例えば０．００１〜１．０ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．０１〜０．３ｍｏｌ／Ｌ程度である。
【００３０】
錯化剤としては、例えば酢酸等のカルボン酸及びそれらの塩、酒石酸、クエン酸等のオキシカルボン酸及びそれらの塩、グリシン等のアミノカルボン酸及びそれらの塩を挙げることができる。また、それらは単独で使用してもよく、２種以上併用してもよい。錯化剤の総添加量は、例えば０．００１〜１．５ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．０１〜１．０ｍｏｌ／Ｌ程度である。
【００３１】
ｐＨ緩衝剤としては、例えば硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、ホウ酸等を挙げることができる。ｐＨ緩衝剤の添加量は、例えば０．０１〜１．５ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．１〜１．０ｍｏｌ／Ｌ程度である。ｐＨ調整剤としては、例えばアンモニア水、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等を挙げることができ、ｐＨを５〜１４、好ましくはｐＨ６〜１０に調整する。
【００３２】
還元剤としてのアルキルアミンボランとしては、例えばジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）、ジエチルアミンボラン等を挙げることができる。還元剤の添加量は、例えば０．０１〜１．０ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．０１〜０．５ｍｏｌ／Ｌ程度である。
【００３３】
タングステンを含む化合物としては、例えばタングステン酸及びそれらの塩、または、タングストリン酸（例えば、Ｈ３（ＰＷ１２Ｐ４０）・ｎＨ２Ｏ）等のヘテロポリ酸及びそれらの塩等を挙げることができる。タングステンを含む化合物の添加量は、例えば０．００１〜１．０ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．０１〜０．１ｍｏｌ／Ｌ程度である。
【００３４】
このめっき液には、上記成分以外に公知の添加剤を添加することができる。この添加剤としては、例えば、浴安定剤として鉛化合物等の重金属化合物やチオシアン化合物等の硫黄化合物等の１種または２種以上、またアニオン系、カチオン系、ノニオン系の界面活性剤を挙げることができる。
【００３５】
このように、還元剤として、銅、銅合金、銀または銀合金に対して酸化電流を流せて直接無電解めっきが可能で、ナトリウムを含有していないアルキルアミンボランを用いることで、パラジウム触媒を付与することなく、基板Ｗの表面をめっき液に浸漬させて無電解めっきを行うことができる。
【００３６】
なお、この例では、熱拡散防止層９ａとして、Ｃｏ−Ｗ−Ｂ合金を使用しているが、Ｃｏ単体、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金、Ｃｏ−Ｐ合金またはＣｏ−Ｂ合金等を使用してもよい。
【００３７】
また、酸化防止層９ｂとして、Ｎｉ−Ｂ合金を使用している。つまり、ニッケルイオン、ニッケルイオンの錯化剤、ニッケルイオンの還元剤としてのアルキルアミンボランまたは硼素化水素化合物及びアンモニアイオンを含有し、ｐＨを、例えば８〜１２に調整した無電解めっき液を使用し、このめっき液に基板Ｗの表面を浸漬させることで、酸化防止層（Ｎｉ−Ｂ合金層）９ｂを形成している。めっき液の温度は、例えば５０〜９０℃、好ましくは５５〜７５℃である。
【００３８】
ここで、ニッケルイオンの錯化剤としては、例えばりんご酸やグリシン等を挙げることができ、硼素化水素化合物としては、例えばＮａＢＨ４を挙げることができる。還元剤として、アルキルアミンボランを用いることで、パラジウム触媒を付与することなく、基板Ｗの表面をめっき液に浸漬させて無電解めっきを行うことができることは前述と同様であり、前述のＣｏ−Ｗ−Ｂ合金層を形成する無電解めっき液の還元剤と共通させることで、連続した無電解めっき処理が可能となる。
【００３９】
なお、この例では、酸化防止層９ｂとして、Ｎｉ−Ｂ合金を使用しているが、Ｎｉ単体、Ｎｉ−Ｐ合金またはＮｉ−Ｗ−Ｐ合金等を使用してもよい。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、銀及び銀合金等を使用しても良い。
【００４０】
図２は、前述の基板処理を行う基板処理装置の全体構成を示す配置図で、この装置は、全体が長方形をなす床上のスペースの一端側に一対の研磨装置１０ａ，１０ｂが左右に対向して配置され、他端側にそれぞれ半導体ウエハ等の基板Ｗを収納するカセット１２ａ，１２ｂを載置する一対のロード・アンロード部が配置されている。そして、研磨装置１０ａ，１０ｂとロード・アンロード部を結ぶ線上に搬送ロボット１４ａ，１４ｂが２台配置されている。搬送ラインの両側に、反転機１６，１８が配置され、この反転機１６，１８を挟んだ両側に、洗浄装置２０ａ，２０ｂと無電解めっき装置２２ａ，２２ｂがそれぞれ配置されている。研磨装置１０ａ，１０ｂの搬送ライン側には、基板Ｗを研磨装置１０ａ，１０ｂとの間で授受する上下動自在なプッシャ３６が設けられている。
【００４１】
図３は、図２に備えられている研磨装置１０ａ，１０ｂを示す。これは、上面に研磨布（研磨パッド）２４を貼付して研磨面を構成する研磨テーブル２６と、基板Ｗをその被研磨面を研磨テーブル２６に向けて保持するトップリング２８とを備えている。そして、研磨テーブル２６とトップリング２８とをそれぞれ自転させ、研磨テーブル２６の上方に設置された砥液ノズル３０より砥液を供給しつつ、トップリング２８により基板Ｗを一定の圧力で研磨テーブル２６の研磨布２４に押圧することで、基板Ｗの表面を研磨するようになっている。砥液ノズル３０から供給される砥液としては、例えば酸性溶液にシリカ等の微粒子からなる砥粒を懸濁したものを用い、表面を酸化させ、その後砥粒による機械的研磨を行うことにより、基板Ｗが平坦かつ鏡面状に研磨される。
【００４２】
このような研磨装置１０ａ，１０ｂを用いて研磨作業を継続すると研磨布２４の研磨面の研磨力が低下するが、この研磨力を回復させるために、ドレッサー３２を設け、このドレッサー３２によって、研磨する基板Ｗの交換時などに研磨布２４の目立て（ドレッシング）が行われている。このドレッシング処理においては、ドレッサー３２のドレッシング面（ドレッシング部材）を研磨テーブル２６の研磨布２４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液や切削屑を除去すると共に、研磨面の平坦化及び目立てが行なわれ、研磨面が再生される。ここで、このドレッシングを研磨中に行うこととしてもよい。
【００４３】
図４は、無電解めっき装置２２ａ，２２ｂの概略構成図である。なお、この例では、一方の無電解めっき装置２２ａで、例えば前述の第１段の無電解めっきを行って配線８の表面に熱拡散防止層９ａを、他方の無電解めっき装置２２ｂで、例えば前述の第２段の無電解めっきを行って熱拡散防止層９ａの表面に酸化防止層９ｂをそれぞれ形成するようにしているが、これらの無電解めっき装置は、使用するめっき液が異なるだけで、同一の構成を有している。
【００４４】
つまり、この無電解めっき装置２２ａ，２２ｂは、基板Ｗをその上面に保持する保持手段９１１と、保持手段９１１に保持された基板Ｗの被めっき面（上面）の周縁部に当接して該周縁部をシールする堰部材９３１と、堰部材９３１でその周縁部をシールされた基板Ｗの被めっき面にめっき液を供給するシャワーヘッド９４１を備えている。無電解めっき装置２２ａ，２２ｂは、さらに保持手段９１１の上部外周近傍に設置されて基板Ｗの被めっき面に洗浄液を供給する洗浄液供給手段９５１と、排出された洗浄液等（めっき廃液）を回収する回収容器９６１と、基板Ｗ上に保持しためっき液を吸引して回収するめっき液回収ノズル９６５と、保持手段９１１を回転駆動するモータＭとを備えている。
【００４５】
保持手段９１１は、その上面に基板Ｗを載置して保持する基板載置部９１３を有している。この基板載置部９１３は、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有している。一方、基板載置部９１３の裏面側には、面状であって基板Ｗの被めっき面を下面側から暖めて保温する裏面ヒータ９１５が設置されている。この裏面ヒータ９１５は、例えばラバーヒータによって構成されている。この保持手段９１１は、モータＭによって回転駆動されると共に、図示しない昇降手段によって上下動できるように構成されている。
堰部材９３１は、筒状であってその下部に基板Ｗの外周縁をシールするシール部９３３を有し、図示の位置から上下動しないようになっている。
【００４６】
シャワーヘッド９４１は、先端に多数のノズルを設けることで、供給されためっき液をシャワー状に分散して基板Ｗの被めっき面に略均一に供給する構造のものである。また洗浄液供給手段９５１は、ノズル９５３から洗浄液を噴出する構造である。めっき液回収ノズル９６５は、上下動且つ旋回でき、その先端が基板Ｗの上面周縁部の堰部材９３１の内側に下降して基板Ｗ上のめっき液を吸引するように構成されている。
【００４７】
次に、この無電解めっき装置２２ａ，２２ｂの動作を説明する。まず図示の状態よりも保持手段９１１を下降させて堰部材９３１との間に所定寸法の隙間を設け、基板載置部９１３に基板Ｗを載置・固定する。基板Ｗとしては例えばφ８インチ基板を用いる。
次に、保持手段９１１を上昇させて、図示のようにその上面を堰部材９３１の下面に当接させ、同時に基板Ｗの外周を堰部材９３１のシール部９３３によってシールする。このとき基板Ｗの表面は開放された状態となっている。
【００４８】
次に、裏面ヒータ９１５によって基板Ｗ自体を直接加熱して、シャワーヘッド９４１から、例えば５０℃に加熱されためっき液を噴出して基板Ｗの表面の略全体にめっき液を降り注ぐ。基板Ｗの表面は、堰部材９３１によって囲まれているので、注入しためっき液は全て基板Ｗの表面に保持される。供給するめっき液の量は、基板Ｗの表面に１ｍｍ厚（約３０ｍｌ）となる程度の少量で良い。なお被めっき面上に保持するめっき液の深さは１０ｍｍ以下であれば良く、この例のように１ｍｍでも良い。この例のように供給するめっき液が少量で済めばこれを加熱する加熱装置も小型のもので良くなる。
【００４９】
このように基板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、また基板Ｗ上に溜めるめっき液の量は少ないので、裏面ヒータ９１５による基板Ｗの保温は容易に行え、裏面ヒータ９１５の容量は小さくて良く装置のコンパクト化を図ることができる。また基板Ｗ自体を直接冷却する手段を用いれば、めっき中に加熱・冷却を切替えてめっき条件を変化させることも可能である。半導体基板上に保持されているめっき液は少量なので、感度良く温度制御が行える。
【００５０】
そして、モータＭによって基板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、基板Ｗを１ｓｅｃだけ１００ｒｐｍ以下で回転して基板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。
【００５１】
上記めっき処理が完了した後、めっき液回収ノズル９６５の先端を基板Ｗの表面周縁部の堰部材９３１の内側近傍に下降させ、めっき液を吸い込む。このとき基板Ｗを例えば１００ｒｐｍ以下の回転速度で回転させれば、基板Ｗ上に残っためっき液を遠心力で基板Ｗの周縁部の堰部材９３１の部分に集めることができ、効率良く、且つ高い回収率でめっき液の回収ができる。そして保持手段９１１を下降させて基板Ｗを堰部材９３１から離し、基板Ｗの回転を開始して洗浄液供給手段９５１のノズル９５３から洗浄液（超純水）を基板Ｗの被めっき面に噴射して被めっき面を冷却すると同時に希釈化・洗浄することで無電解めっき反応を停止させる。このときノズル９５３から噴射される洗浄液を堰部材９３１にも当てることで堰部材９３１の洗浄を同時に行っても良い。このときのめっき廃液は、回収容器９６１に回収され、廃棄される。
【００５２】
なお、一度使用しためっき液は再利用せず、使い捨てとする。前述のようにこの装置において使用されるめっき液の量は従来に比べて非常に少なくできるので、再利用しなくても廃棄するめっき液の量は少ない。なお場合によってはめっき液回収ノズル９６５を設置しないで、使用後のめっき液も洗浄液と共にめっき廃液として回収容器９６１に回収しても良い。
そしてモータＭによって基板Ｗを高速回転してスピン乾燥した後、保持手段９１１から取り出す。
【００５３】
図５は、他の無電解めっき装置２２ａ，２２ｂの概略構成図である。図５において、前記の例と相違する点は、保持手段９１１内に裏面ヒータ９１５を設ける代わりに、保持手段９１１の上方にランプヒータ（加熱手段）９１７を設置し、このランプヒータ９１７とシャワーヘッド９４１−２とを一体化した点である。即ち、例えば複数の半径の異なるリング状のランプヒータ９１７を同心円状に設置し、ランプヒータ９１７の間の隙間からシャワーヘッド９４１−２の多数のノズル９４３−２をリング状に開口させている。なおランプヒータ９１７としては、渦巻状の一本のランプヒータで構成しても良いし、さらにそれ以外の各種構造・配置のランプヒータで構成しても良い。
【００５４】
このように構成しても、めっき液は、各ノズル９４３−２から基板Ｗの被めっき面上にシャワー状に略均等に供給でき、またランプヒータ９１７によって基板Ｗの加熱・保温も直接均一に行える。ランプヒータ９１７の場合、基板Ｗとめっき液の他に、その周囲の空気をも加熱するので基板Ｗの保温効果もある。
【００５５】
なおランプヒータ９１７によって基板Ｗを直接加熱するには、比較的大きい消費電力のランプヒータ９１７が必要になるので、その代わりに比較的小さい消費電力のランプヒータ９１７と前記図４に示す裏面ヒータ９１５とを併用して、基板Ｗは主として裏面ヒータ９１５によって加熱し、めっき液と周囲の空気の保温は主としてランプヒータ９１７によって行うようにしても良い。また、基板Ｗを直接、または間接的に冷却する手段をも設けて、温度制御を行っても良い。
【００５６】
前記の基板処理装置にあっては、研磨装置１０ａ，１０ｂで基板Ｗの表面に堆積した銅層７等を研磨除去するようにしているが、この研磨装置１０ａ，１０ｂの代わりに、電解加工装置を使用し、電解加工によって銅層７等を除去するようにしてもよい。
【００５７】
図６及び図７は、この電解加工装置の一例を示す。この電解加工装置４０ａは、水平方向に揺動自在な揺動アーム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、円板状で絶縁体からなり、扇状の加工電極５０と給電電極５２とを該加工電極５０と給電電極５２の表面（上面）を露出させて交互に埋設した電極部４８とを上下に備えている。電極部４８の上面には、加工電極５０と給電電極５２の表面を一体に覆う、積層体からなるイオン交換体５６が取付けられている。
【００５８】
ここに、この例では、加工電極５０と給電電極５２とを有する電極部４８として、基板保持部４６で保持する基板Ｗの直径の２倍以上の直径を有するものを使用して、基板Ｗの表面全域を電解加工するようにした例を示している。
【００５９】
揺動アーム４４は、上下動用モータ６０の駆動に伴ってボールねじ６２を介して上下動し、揺動用モータ６４の駆動に伴って回転する揺動軸６６の上端に連結されている。また、基板保持部４６は、揺動アーム４４の自由端に取付けた自転用モータ６８に接続され、この自転用モータ６８の駆動に伴って回転（自転）するようになっている。
【００６０】
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純水供給部としての貫通孔４８ａが設けられている。そして、この貫通孔４８ａは、中空モータ７０の中空部の内部を延びる純水供給管７２に接続されている。純水または超純水は、この貫通孔４８ａを通して供給された後、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、純水供給管７２から接続される貫通孔４８ａを複数設けて、加工液を加工面全域に行き渡らせ易くしてもよい。
【００６１】
電極部４８の上方には、電極部４８の直径方向に沿って延びて、複数の供給口を有する純水または超純水を供給する純水供給部としての純水ノズル７４が配置されている。これによって、純水または超純水が基板Ｗの表面に該基板Ｗの上下方向から同時に供給されるようになっている。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。なお、純水や超純水の代わりに電気伝導度５００μＳ／ｃｍ以下の液体や、電解液を使用してもよい。加工中に電解液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。
【００６２】
この例では、電極部４８に複数の扇状の電極板７６を円周方向に沿って配置し、この電極板７６にスリップリング７８を介して電源８０の陰極と陽極とを交互に接続することで、電源８０の陰極と接続した電極板７６が加工電極５０となり、陽極と接続した電極板７６が給電電極５２となるようにしている。これは、例えば銅にあっては、陰極側に電解加工作用が生じるからであり、被加工材料によっては、陰極側が給電電極となり、陽極側が加工電極となるようにしてもよい。つまり、被加工材料が、例えば銅、モリブデンまたは鉄にあっては、陽極側に電解加工作用が生じるため、電源８０の陰極と接続した電極板７６が加工電極５０となり、陽極と接続した電極板７６が給電電極５２となるようにする。一方、例えばアルミニウムやシリコンにあっては、陽極側で電解加工作用が生じるため、電極の陽極に接続した電極を加工電極となし、陰極側を給電電極とすることができる。
【００６３】
このように、加工電極５０と給電電極５２とを電極部４８の円周方向に沿って分割して交互に設けることで、基板の導電体膜（被加工物）への固定給電部を不要となして、基板の全面の加工が可能となる。
【００６４】
ここで、加工電極５０及び給電電極５２は、電解反応により、酸化または溶出が一般に問題となる。このため、この給電電極５２の素材として、電極に広く使用されている金属や金属化合物よりも、炭素、比較的不活性な貴金属、導電性酸化物または導電性セラミックスを使用することが好ましい。この貴金属を素材とした電極としては、例えば、下地の電極素材にチタンを用い、その表面にめっきやコーティングで白金またはイリジウムを付着させ、高温で焼結して安定化と強度を保つ処理を行ったものが挙げられる。セラミックス製品は、一般に無機物質を原料として熱処理によって得られ、各種の非金属・金属の酸化物・炭化物・窒化物などを原料として、様々な特性を持つ製品が作られている。この中に導電性を持つセラミックスもある。電極が酸化すると電極の電気抵抗値が増加し、印加電圧の上昇を招くが、このように、白金などの酸化しにくい材料やイリジウムなどの導電性酸化物で電極表面を保護することで、電極素材の酸化による導電性の低下を防止することができる。
【００６５】
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（第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（第３級以下のアミノ基）を担持したものでもよい。
【００６６】
ここで、例えば強塩基アニオン交換能を付与した不織布は、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行う所謂放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖をアミノ化して第４級アンモニウム基を導入して作製される。導入されるイオン交換基の容量は、導入するグラフト鎖の量により決定される。グラフト重合を行うためには、例えばアクリル酸、スチレン、メタクリル酸グリシジル、更にはスチレンスルホン酸ナトリウム、クロロメチルスチレン等のモノマーを用い、これらのモノマー濃度、反応温度及び反応時間を制御することで、重合するグラフト量を制御することができる。従って、グラフト重合前の素材の重量に対し、グラフト重合後の重量の比をグラフト率と呼ぶが、このグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００６７】
強酸性カチオン交換能を付与した不織布は、前記強塩基性アニオン交換能を付与する方法と同様に、繊維径２０〜５０μｍで空隙率が約９０％のポリオレフィン製の不織布に、γ線を照射した後グラフト重合を行う所謂放射線グラフト重合法により、グラフト鎖を導入し、次に導入したグラフト鎖を、例えば加熱した硫酸で処理してスルホン酸基を導入して作製される。また、加熱したリン酸で処理すればリン酸基が導入できる。ここでグラフト率は、最大で５００％が可能であり、グラフト重合後に導入されるイオン交換基は、最大で５ｍｅｑ／ｇが可能である。
【００６８】
なお、イオン交換体５６の素材の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系高分子、またはその他有機高分子が挙げられる。また素材形態としては、不織布の他に、織布、シート、多孔質材、ネット、短繊維等が挙げられる。
【００６９】
ここで、ポリエチレンやポリプロピレンは、放射線（γ線と電子線）を先に素材に照射する（前照射）ことで、素材にラジカルを発生させ、次にモノマーと反応させてグラフト重合することができる。これにより、均一性が高く、不純物が少ないグラフト鎖ができる。一方、その他の有機高分子は、モノマーを含浸させ、そこに放射線（γ線、電子線、紫外線）を照射（同時照射）することで、ラジカル重合することができる。この場合、均一性に欠けるが、ほとんどの素材に適用できる。
【００７０】
このように、イオン交換体５６を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することで、純水または超純水や電解液等の液体が不織布の内部を自由に移動して、不織布内部の水分解触媒作用を有する活性点に容易に到達することが可能となって、多くの水分子が水素イオンと水酸化物イオンに解離される。さらに、解離によって生成した水酸化物イオンが純水または超純水や電解液等の液体の移動に伴って効率良く加工電極５０の表面に運ばれるため、低い印加電圧でも高電流が得られる。
【００７１】
ここで、イオン交換体５６をアニオン交換能またはカチオン交換能の一方を付与したもので構成すると、電解加工できる被加工材料が制限されるばかりでなく、極性により不純物が生成しやすくなる。そこで、イオン交換体５６を、アニオン交換能を有するアニオン交換体とカチオン交換能を有するカチオン交換体とを同心状に配置して一体構成としてもよい。また、アニオン交換能を有するアニオン交換体とカチオン交換能を有するカチオン交換体とを重ね合わせたり、扇状に形成して、交互に配置したりしてもよい。更に、イオン交換体５６自体にアニオン交換能とカチオン交換能の双方の交換基を付与するようにしてもよい。このようなイオン交換体としては、陰イオン交換基と陽イオン交換基を任意に分布させて存在させた両性イオン交換体、陽イオン交換基と陰イオン交換基を層状に存在させたバイポーラーイオン交換体、更には陽イオン交換基が存在する部分と陰イオン交換基が存在する部分とを厚さ方向に並列に存在させたモザイクイオン交換体が挙げられる。なお、アニオン交換能またはカチオン交換能の一方を付与したイオン交換体５６を、被加工材料に合わせて使い分けてもよいことは勿論である。
【００７２】
この電解加工装置４０ａには、加工電極５０と給電電極５２との間に電源８０から供給される電圧または電流の少なくとも一方を、任意に制御させるように該電源８０を制御する制御部１００が備えられている。また、電源８０の陰極から延びる配線に接続されて電流値を検知し、この電流値と加工時間の積から電気量を求め、この電気量を積算して、トータルで使用された電気量を積算する積算電気量計（クーロンメータ）１０２が備えられ、この積算電気量計１０２の出力信号が制御部１００に入力され、この制御部１００からの出力信号が電源８０に入力されるようになっている。
【００７３】
更に、図７に示すように、イオン交換体５６を再生する再生部８４が備えられている。再生部８４は、基板保持部４６を保持する揺動アーム４４の電極部４８を挟んだ対向位置に設けた該揺動アーム４４と同様な構成の揺動アーム８６と、この揺動アーム８６の自由端に保持した再生ヘッド８８とを有している。そして、電源８０（図６参照）を介してイオン交換体５６に加工時とは逆の電位を与え、イオン交換体５６に付着した銅等の付着物の溶解を促進させることで、加工中にイオン交換体５６を再生できるようになっている。この場合、再生されたイオン交換体５６は、電極部４８の上面に供給される純水または超純水でリンスされる。
【００７４】
次に、この電解加工装置４０ａによる電解加工について説明する。
先ず、例えば図１（ｂ）に示す、表面に導電体膜（被加工部）として銅層７を形成した基板Ｗを電解加工装置４０ａの基板保持部４６で吸着保持し、揺動アーム４４を揺動させて基板保持部４６を電極部４８の直上方の加工位置まで移動させる。次に、上下動用モータ６０を駆動して基板保持部４６を下降させ、この基板保持部４６で保持した基板Ｗを電極部４８の上面に取付けたイオン交換体５６の表面に接触させるか、または近接させる。
【００７５】
この状態で、電源８０を接続して加工電極５０と給電電極５２との間に所定の電流または電圧を供給するとともに、基板保持部４６と電極部４８とを共に回転させる。同時に、貫通孔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、純水ノズル７４により電極部４８の上側から該電極部４８の上面に純水または超純水を同時に供給し、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に設けられた導電体膜（銅層７）の電解加工を行う。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し、これを基板Ｗの表面に供給することで、効率のよい電解加工を行うことができる。
【００７６】
すなわち、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、水の解離反応を促進させる官能基（強酸性陽イオン交換材料ではスルホン酸基）に充分な水を供給して水分子の解離量を増加させ、水酸化物イオン（もしくはＯＨラジカル）との反応により発生した加工生成物（ガスも含む）を水の流れにより除去して、加工効率を高めることができる。従って、純水または超純水の流れは必要で、また純水または超純水の流れとしては、一様かつ均一であることが望ましく、一様かつ均一な流れとすることで、イオンの供給及び加工生成物の除去の一様性及び均一性、ひいては加工効率の一様性及び均一性を図ることができる。
【００７７】
そして、電解加工完了後、電源８０と加工電極５０及び給電電極５２との電気的接続を切り、基板保持部４６と電極部４８の回転を停止させ、しかる後、基板保持部４６を上昇させて、加工後の基板を次工程に搬送する。
【００７８】
なお、この例では、電極部４８と基板Ｗとの間に純水、好ましくは超純水を供給した例を示している。このように電解質を含まない純水または超純水を使用して電解加工を行うことで、基板Ｗ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すことができる。更に、電解によって溶解した銅イオン等が、イオン交換体５６にイオン交換反応で即座に捕捉されるため、溶解した銅イオン等が基板Ｗの他の部分に再度析出したり、酸化されて微粒子となり基板Ｗの表面を汚染したりすることがない。
【００７９】
超純水は、比抵抗が大きく電流が流れ難いため、電極と基板との距離を極力短くしたり、電極と基板との間にイオン交換体を挟んだりすることで電気抵抗を低減しているが、さらに電解液を組み合わせることで、更に電気抵抗を低減して消費電力を削減することができる。なお、電解液による加工では、基板の加工される部分が加工電極よりやや広い範囲に及ぶが、超純水とイオン交換体の組合せでは、超純水にほとんど電流が流れないため、基板の加工電極とイオン交換体が投影された範囲内のみが加工されることになる。
【００８０】
また、純水または超純水の代わりに、純水または超純水に電解質を添加した電解液を使用してもよい。電解液を使用することで、さらに電気抵抗を低減して消費電力を削減することができる。この電解液としては、例えば、ＮａＣｌやＮａ２ＳＯ４等の中性塩、ＨＣｌやＨ２ＳＯ４等の酸、更には、アンモニア等のアルカリなどの溶液が使用でき、基板の特性によって適宜選択して使用すればよい。電解液を用いる場合は、基板Ｗとイオン交換体５６との間に僅かの隙間を設けて非接触とすることが好ましい。
【００８１】
更に、純水または超純水の代わりに、純水または超純水に界面活性剤等を添加して、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（比抵抗で１０ＭΩ・ｃｍ以上）にした液体を使用してもよい。このように、純水または超純水に界面活性剤を添加することで、基板Ｗとイオン交換体５６の界面にイオンの移動を防ぐ一様な抑制作用を有する層を形成し、これによって、イオン交換（金属の溶解）の集中を緩和して加工面の平坦性を向上させることができる。ここで、界面活性剤濃度は、１００ｐｐｍ以下が望ましい。なお、電気伝導度の値があまり高いと電流効率が下がり、加工レートが遅くなるが、５００μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、５０μＳ／ｃｍ以下、更に好ましくは、０．１μＳ／ｃｍ以下の電気伝導度を有する液体を使用することで、所望の加工レートを得ることができる。
【００８２】
また、基板Ｗと加工電極５０及び給電電極５２との間にイオン交換体５６を挟むことで、加工レートを大幅に向上させるようにしている。つまり、超純水電気化学的加工は、超純水中の水酸化物イオンと被加工材料との化学的相互作用によるものである。しかし、超純水中に含まれる反応種である水酸化物イオン濃度は、常温・常圧状態で１０−７ｍｏｌ／Ｌと微量であるため、除去加工反応以外の反応（酸化膜形成等）による除去加工効率の低下が考えられる。このため、除去加工反応を高効率で行うためには、水酸化物イオンを増加させる必要がある。そこで、水酸化物イオンを増加させる方法として、触媒材料により超純水の解離反応を促進させる方法があり、その有力な触媒材料としてイオン交換体が挙げられる。具体的には、イオン交換体中の官能基と水分子との相互作用により水分子の解離反応に関する活性化エネルギを低下させる。これによって、水の解離を促進させて、加工レートを向上させることができる。
【００８３】
更に、この例では、電解加工の際に、イオン交換体５６が基板Ｗに接触乃至近接するようにしている。イオン交換体５６と基板Ｗとが近接した状態では、この間隔の大きさにもよるが、電気抵抗がある程度大きいので、必要とする電流密度を与えようとした時の電圧が大きくなる。しかし、一方では、非接触であるため、基板Ｗの表面に沿った純水または超純水の流れが作り易く、基板表面での反応生成物を高効率で除去することができる。これに対して、イオン交換体５６を基板Ｗに接触させると、電気抵抗が極めて小さくなって、印加電圧も小さくて済み、消費電力も低減できる。
【００８４】
また、加工レートを上げるために電圧を上げて電流密度を大きくすると、電極と基板（被加工物）との間の抵抗が大きい場合では、放電が生じる場合がある。放電が生じると、基板表面にピッチングが起こり、加工面の均一性や平坦化が困難となる。これに対して、イオン交換体５６を基板Ｗに接触させると、電気抵抗が極めて小さいことから、このような放電が生じることを防止することができる。
【００８５】
ここで、例えばイオン交換体５６としてカチオン交換基を付与したものを使用して銅の電解加工を行うと、加工終了後に銅がイオン交換体（カチオン交換体）５６のイオン交換基を飽和しており、次の加工を行う時の加工効率が悪くなる。また、イオン交換体５６としてアニオン交換基を付与したものを使用して銅の電解加工を行うと、イオン交換体（アニオン交換体）５６の表面に銅の酸化物の微粒子が生成されて付着し、加工速度に影響を与え、処理基板表面の加工速度の均一性を損なうおそれがあるばかりでなく、次の処理基板の表面を汚染するおそれがある。
【００８６】
そこで、このような場合に、電源８０を介してイオン交換体５６に加工時とは逆の電位を与え、再生ヘッド８８を介してイオン交換体５６に付着した銅等の付着物の溶解を促進させることで、加工中にイオン交換体５６を再生する。この場合、再生されたイオン交換体５６は、電極部４８の上面に供給される純水または超純水でリンスされる。
【００８７】
図８及び図９は、他の電解加工装置４０ｂを示す。これは、電極部４８の回転中心Ｏ１と基板保持部４６の回転中心Ｏ２とを所定の距離ｄだけずらし、電極部４８は回転中心Ｏ１を中心に回転（自転）し、基板保持部４６は回転中心Ｏ２を中心に回転（自転）するようにしている。また、スリップリング７８を介して電源８０と加工電極５０及び給電電極５２とを電気的に接続している。更に、この例では、電極部４８として、その直径が基板保持部４６の直径より一回り大きく、電極部４８が回転中心Ｏ１を中心に、基板保持部４６が回転中心Ｏ２を中心にそれぞれ回転（自転）しても、基板保持部４６で保持した基板Ｗの全面を電極部４８で覆う大きさのものを使用している。
【００８８】
この電解加工装置４０ｂにあっては、基板保持部４６を介して基板Ｗを回転（自転）させ、同時に中空モータ７０を駆動して電極部４８を回転（自転）させながら、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と給電電極５２との間に所定の電圧または電流を供給することで、基板Ｗの表面を電解加工することができる。
なお、電極部４８や基板保持部４６は自転しなくても、軌道運動（スクロール運動や往復運動）してもよい。
【００８９】
図１０及び図１１は、更に他の電解加工装置４０ｃを示す。これは、前述の例における基板保持部４６と電極部４８の上下位置関係を逆にして、基板Ｗの表面を上向きに保持した、いわゆるフェースアップ方式を採用して基板の表面（上面）に電解加工を行うようにしたものである。すなわち、下方に配置された基板保持部４６は、基板Ｗをこの表面を上向きにして載置保持し、自転用モータ６８の駆動に伴って回転（自転）する。一方、加工電極５０と給電電極５２を有し、この加工電極５０と給電電極５２を、積層体からなるイオン交換体５６で覆った電極部４８は、基板保持部４６の上方に配置され、下向きにして揺動アーム４４の自由端に保持され、中空モータ７０の駆動に伴って回転（自転）する。そして、電源８０から延びる配線は、揺動軸６６に設けられた中空部を通ってスリップリング７８に達し、このスリップリング７８から中空モータ７０の中空部を通って加工電極５０と給電電極５２に給電するようになっている。
【００９０】
そして、純水または超純水は、純水供給管７２から供給され、電極部４８の中心部に設けられた貫通孔４８ａを通じて基板Ｗの上方から該基板Ｗの表面（上面）に供給される。
【００９１】
基板保持部４６の側方に位置して、電極部４８に取付けたイオン交換体５６を再生する再生部９２が配置されている。この再生部９２は、例えば希釈した酸溶液を満たした再生槽９４を有している。そして、揺動アーム４４を揺動させて電極部４８を再生槽９４の直上方に移動させた後、下降させて、電極部４８の少なくともイオン交換体５６を再生槽９４内の酸溶液に浸漬させる。この状態で、電極板７６に加工の時とは逆の電位を、すなわち加工電極５０を電源８０の陽極に、給電電極５２を電源８０の陰極にそれぞれ接続することで、イオン交換体５６に付着した銅等の付着物の溶解を促進してイオン交換体５６を再生するようになっている。この再生後のイオン交換体５６は、例えば超純水でリンスされる。
【００９２】
更に、この実施の形態では、電極部４８の直径は、基板保持部４６で保持される基板Ｗの直径より十分に大きく設定されている。そして、電極部４８を下降させてイオン交換体５６を基板保持部４６で保持した基板Ｗの表面に接触乃至近接させ、この状態で、基板の上面に純水または超純水を供給しつつ、加工電極５０と給電電極５２との間に所定の電圧または電流を供給し、基板保持部４６と電極部４８を共に回転（自転）させ、同時に揺動アーム４４を揺動させて電極部４８を基板Ｗの上面に沿って移動させることで、基板Ｗの表面に電解加工を施すようになっている。
【００９３】
図１２及び図１３は、更に他の電解加工装置４０ｄを示す。これは、電極部４８として、その直径が基板保持部４６で保持される基板Ｗの直径より十分に小さいものを使用して、この基板Ｗの全面が電極部４８で完全に覆われてしまわないようにするとともに、イオン交換体５６として、この例では、一対の強酸性カチオン交換繊維５６ａ，５６ｂと、この強酸性カチオン交換繊維５６ａ，５６ｂに挟まれた強酸性カチオン交換膜５６ｃとの３層構造からなる積層体で構成したものを使用している。このイオン交換体（積層体）５６は、通水性が良く、硬度が高いばかりでなく、基板Ｗと対向する露出表面（上面）が良好な平滑性を有するようになっている。その他の構成は、図１０及び図１１に示すものと同様である。
【００９４】
このように、イオン交換体５６を不織布、織布、多孔膜等のイオン交換材料を複数枚重ねた多層構造とすることで、イオン交換体５６の持つトータルのイオン交換容量を増加させ、例えば、銅の除去（研磨）加工を行う際に、酸化物の発生を抑制して、酸化物が加工レートに影響することを防止することができる。つまり、イオン交換体５６のトータルのイオン交換容量が除去加工の段階で取り込まれる銅イオンの量よりも小さい場合には、酸化物がイオン交換体の表面もしくは内部に生成されてしまい、加工レートに影響を及ぼす。この原因としては、イオン交換体のイオン交換基の量が影響し、容量以上の銅イオンは酸化物となると考えられる。このため、イオン交換体５６を、イオン交換材料を複数枚重ねた多層構造として、トータルのイオン交換容量を高めることで、酸化物の発生を抑制することができる。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、保護膜を選択的に形成して配線の表面を保護膜で保護した時に、この保護膜の表面が、絶縁膜表面等の配線非形成部表面と同一平面になるようにすることで、保護膜が平坦面から突出することを防止し、これによって、この上に堆積させる絶縁膜等の充分な平坦度を確保して、絶縁膜等の表面を研磨する工程を削除して半導体装置製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の基板処置方法の銅配線形成例を工程順に示す図である。
【図２】図１に示す基板処理方法を行う基板処理装置の全体配置図である。
【図３】図２に備えられている研磨装置を示す断面図である。
【図４】図２に備えられている無電解めっき装置を示す断面図である。
【図５】無電解めっき装置の他の例を示す断面図である。
【図６】図３に示す研磨装置に代わって使用される電解加工装置の縦断正面図である。
【図７】図６の平面図である。
【図８】電解加工装置の他の例を示す縦断正面図である。
【図９】図８の平面図である。
【図１０】電解加工装置の更に他の例を示す縦断正面図である。
【図１１】図１０の平面図である。
【図１２】電解加工装置の更に他の例を示す縦断正面図である。
【図１３】図１２の平面図である。
【図１４】銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【符号の説明】
２ａ，２ｂ　絶縁膜
３　コンタクトホール（微細凹部）
４　配線溝（微細凹部）
４ａ　充填用凹部
５　バリア層
６　シード層
７　銅層
８　配線
９　保護膜
９ａ　熱拡散防止層
９ｂ　酸化防止層
１０ａ，１０ｂ　研磨装置
２２ａ，２２ｂ　無電解めっき装置
２４　研磨布
２６　研磨テーブル
２８　トップリング
３２　ドレッサー
３６　プッシャ
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ　電解加工装置
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
７２　純水供給管
７４　純水ノズル
７６　電極板
８０　電源
８４，９２　再生部
８８　再生ヘッド
９４　再生槽
１００　制御部
９３１　堰部材
９３３　シール部
９４１　シャワーヘッド
９６１　回収容器
９６５　めっき液回収ノズル
【図１】
2004015028.tif 000003
【図２】
2004015028.tif 000004
【図３】
2004015028.tif 000005
【図４】
2004015028.tif 000006
【図５】
2004015028.tif 000007
【図６】
2004015028.tif 000008
【図７】
2004015028.tif 000009
【図８】
2004015028.tif 000010
【図９】
2004015028.tif 000011
【図１０】
2004015028.tif 000012
【図１１】
2004015028.tif 000013
【図１２】
2004015028.tif 000014
【図１３】
2004015028.tif 000015
【図１４】
2004015028.tif 000016