(57)【要約】【課題】  例え高アスペスト比な凹部であっても、この凹部内に欠陥のない健全な導電材料からなる埋込み配線を形成でき、更に、基板表面に微細穴と大穴が混在しても、めっき膜の平坦性を向上させて、その後のＣＭＰ加工をディッシングの発生を防止しつつ短時間で行うことができるようにする。【解決手段】  カソード電極に接続される基板の表面とアノード電極との間に高抵抗構造体を配置し、前記カソード電極と前記アノード電極との間に一定電圧を印加しながら、前記基板と前記アノード電極との間をめっき液で満たし、前記カソード電極と前記アノード電極との間を流れる電流を一定に制御しながら前記基板の表面にめっき膜を成長させる。【選択図】      図１２
2004218080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード電極に接続される基板の表面とアノード電極との間に高抵抗構造体を配置し、
前記カソード電極と前記アノード電極との間に電圧を印加しながら、前記基板と前記アノード電極との間をめっき液で満たし、
前記カソード電極と前記アノード電極との間を流れる電流を一定に制御しながら前記基板の表面にめっき膜を成長させることを特徴とするめっき方法。
【請求項２】
前記電圧は、基板の表面に対する平均陰極電流密度で、１〜３０ｍＡ／ｃｍ２での電流を流すことができる電圧であることを特徴とする請求項１記載のめっき方法。
【請求項３】
前記電圧を印加する時間は、前記カソード電極と前記アノード電極との間に電流が流れ出してから１００〜２０００msecであることを特徴とする請求項１または２記載のめっき方法。
【請求項４】
カソード電極に接続される基板の表面とアノード電極との間に高抵抗構造体を配置し、
前記基板と前記アノード電極との間をめっき液で満たした後、
前記カソード電極と前記アノード電極との間を流れる電流を段階的に値を変えた一定値に制御しながら前記基板の表面にめっき膜を成長させることを特徴とするめっき方法。
【請求項５】
前記カソード電極と前記アノード電極との間を流れる電流値を段階的に上昇させることを特徴とする請求項４記載のめっき方法。
【請求項６】
成膜の途中で、使用するめっき液が異なることを特徴とする請求項４または５記載のめっき方法。
【請求項７】
成膜の途中で、基板の表面を洗浄することを特徴とする請求項６記載のめっき方法。
【請求項８】
カソード電極に接続される基板の表面とアノード電極との間に高抵抗構造体を配置し、
前記基板と前記アノード電極との間をめっき液で満たした後、
前記カソード電極と前記アノード電極との間を流れる電流を一定に制御しながら前記基板の表面にめっき膜を成長させ、
前記カソード電極と前記アノード電極との間を流れる電流の向きを逆にしてめっき膜の表面をエッチング除去し、
前記カソード電極と前記アノード電極との間を流れる電流を一定に制御しながら前記基板の表面にめっき膜を更に成長させることを特徴とするめっき方法。
【請求項９】
前記めっき膜の表面のエッチング除去と、前記めっき膜の成長を繰り返すことを特徴とする請求項８記載のめっき方法。
【請求項１０】
カソード電極に接続される基板の表面とアノード電極との間に電圧を印加しながら、前記基板と前記アノード電極との間をめっき液で満たし、
前記カソード電極と前記アノード電極との間を流れる電流を一定に制御しながら前記基板の表面にめっき膜を成長させることを特徴とするめっき方法。
【請求項１１】
前記電圧は、基板の表面に対する平均陰極電流密度で、１〜３０ｍＡ／ｃｍ２での電流を流すことができる電圧であることを特徴とする請求項１０記載のめっき方法。
【請求項１２】
前記電圧を印加する時間は、前記カソード電極と前記アノード電極との間に電流が流れ出してから１００〜２０００msecであることを特徴とする請求項１０または１１記載のめっき方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、めっき方法に係り、特に半導体ウエハ等の基板に形成された微細配線パターン（窪み）に銅（Ｃｕ）等の導電性金属を埋込んで配線を形成するのに使用されるめっき方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板上に配線回路を形成するための金属材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜し、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図２１（ａ）乃至２１（ｃ）は、半導体基板の表面に銅めっきを施して、銅からなる配線が形成された半導体装置を得るのに使用される配線形成方法の基本工程を示す。半導体基板Ｗには、図２１（ａ）に示すように、半導体素子が形成された半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる絶縁膜２が堆積され、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用溝４とからなる微細凹部５が形成され、その上にＴａＮ等からなるバリア層６が形成されている。
【０００４】
そして、図２１（ｂ）に示すように、半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことによって、半導体基材１の凹部（ホール）５内に銅を充填するとともに、バリア層６上に銅膜７を堆積する。その後、化学機械研摩（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅膜７及びバリア層６を除去して、コンタクトホール３および配線用溝４に充填した銅膜７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２１（ｃ）に示すように銅膜７からなる埋込み配線を形成する。
【０００５】
ここに、半導体基板Ｗの表面に設けた微細凹部５の内部に、例えば電解めっき法で銅膜７を埋込む場合には、図２２に示すように、銅めっきに先だって、半導体基板Ｗに形成したバリア層６の表面に、例えばスパッタリングやＣＶＤ等でシード層８を形成することが広く行われている。このシード層８の主たる目的は、シード層８の表面を電気的カソードとして液中金属イオンを還元し、金属固体として析出するために十分な電流を供給することにある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、シード層８は、一般にスパッタリングやＣＶＤ等で形成されるが、配線の高密度化に伴って埋込み配線が微細化し、コンタクトホールやビアホールのアスペクト比が高くなり、例えば直径が０．１５μｍでアスペスト比が６程度の凹部（ホール）５に、例えば銅からなるシード層８を形成すると、図２２に示すように、シード層８の凹部５の側面における膜厚Ｂ１の基板Ｗの表面における膜厚Ａ１に対する比：Ｂ１／Ａ１（サイドカバレージ）が５〜１０％程度になるばかりでなく、連続したシード層８の形成が困難となる。これは、例えばスパッタ銅原子が成膜の際に凝集することが一因であると考えられる。しかも、シード層８の表面における膜厚Ａ１も、表面で８０〜１００ｎｍ以下、更には、４０〜６０ｎｍ以下と薄くなり、これに伴って、シード層８の凹部５の側面における膜厚Ｂ１も益々薄くなる傾向にある。
【０００７】
この状態で電解めっきを施して銅配線を形成すると、めっき液は、一般的に硫酸銅、硫酸、塩素及び数種の添加剤から構成されており、強酸性であることから、銅等からなるシード層８を溶解させてしまう性質をもっているため、図２３に示すように、基板Ｗをめっき液に接触させ時にシード層８がめっき液によって溶解されて、微細な孔や溝の側壁部、特に孔底や溝底に近い部位ではシード層８の溶解によりシード層８が消失して導通が取れなくなり、この部分がボイドになってしまうという問題があった。
【０００８】
なお、サイドカバレージを確保する目的で、図２２に示すシード層８の表面における膜厚Ａ１を厚膜化すると、実質的アスペクト比を上げてしまい、埋め込み時にホール入口が閉塞されてホール内にボイドが発生し歩留まりが低下してしまう。
また、図２４（ａ）に示すように、例えば、幅の狭い微細溝５ａと幅の広い幅広溝５ｂ等の大小の微細凹部が混在する基板Ｗの表面にバリア層６を形成し、図２４（ｂ）に示すように、このバリア層６の上にシード層８を形成した後、図２４（ｃ）に示すように、銅めっきを施して銅を埋込むと、めっき液や該めっき液に含有される添加剤の働きを最適化したとしても、微細溝５ａの上ではめっきの成長が促進されて銅膜７が盛り上がる傾向があり、一方、幅広溝５ｂの内部ではレベリング性を高めためっきの成長を行うことができない。このため、結果として、銅の埋込みが不十分となってしまう。
【０００９】
これを防止するため、銅の埋込み厚さを厚くすると、基板Ｗの表面を平坦化させるＣＭＰ工程を考えた時、めっき膜厚を厚くして研磨量を多くすればする程、ＣＭＰの加工時間が延びてしまい、これをカバーするためにＣＭＰレートを上げれば、ＣＭＰ加工時に幅広溝５ｂでのディッシングが生じるといった問題があった。
【００１０】
つまり、これらを解決するには、めっき膜厚を極力薄くし、基板表面に微細溝と幅広溝が混在しても、めっき膜の盛り上がりや凹みを無くして、平坦性を上げる必要があるが、例えば電解硫酸銅浴でめっき処理を行った場合、めっき液や添加剤の作用だけで盛り上がりを減らすことと凹みを減らすことを両立することができないのが現状であった。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、例え高アスペスト比な凹部であっても、この凹部内に欠陥のない健全な導電材料からなる埋込み配線を形成でき、更に、基板表面に微細溝と幅広溝が混在しても、めっき膜の平坦性を向上させて、その後のＣＭＰ加工をディッシングの発生を防止しつつ短時間で行うことができるようにしためっき方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明のめっき方法は、カソード電極に接続される基板の表面とアノード電極との間に高抵抗構造体を配置し、前記カソード電極と前記アノード電極との間に電圧を印加しながら、前記基板と前記アノード電極との間をめっき液で満たし、前記カソード電極と前記アノード電極との間を流れる電流を一定に制御しながら前記基板の表面にめっき膜を成長させることを特徴とする。
これにより、めっきを行う際に基板の表面に供給されるめっき液でシード層が溶解することを防止し、この溶融することを防止したシード層の表面にめっき膜を成長させて銅等の埋込みを行うことができる。
【００１３】
本発明の好ましい一態様は、前記電圧は、基板の表面に対する平均陰極電流密度で１〜３０ｍＡ／ｃｍ２の電流を流すことができる電圧あることを特徴とする。
前記電圧を印加する時間は、前記カソード電極と前記アノード電極との間に電流が流れ出してから１００〜２０００msecであることが好ましい。
【００１４】
本発明の他のめっき方法は、カソード電極に接続される基板の表面とアノード電極との間に高抵抗構造体を配置し、前記基板と前記アノード電極との間をめっき液で満たした後、前記カソード電極と前記アノード電極との間を流れる電流を段階的に値を変えた一定値に制御しながら前記基板の表面にめっき膜を成長させることを特徴とする。
これにより、低電流による第１段のめっきでシード層を補強し、この上に第２段のめっきでめっき膜を成長させて銅等の埋込みを行うことで、例え高アスペスト比な凹部であっても、この凹部内に欠陥のない健全な銅等の導電材料からなる埋込み配線を形成することができる。
【００１５】
本発明の好ましい一態様は、前記カソード電極と前記アノード電極との間を流れる電流値を段階的に上昇させることを特徴とする。
本発明の好ましい一態様は、成膜の途中で、使用するめっき液が異なることを特徴とする。
本発明の好ましい一態様は、成膜の途中で、基板の表面を洗浄することを特徴とする。
【００１６】
本発明の更に他のめっき方法は、カソード電極に接続される基板の表面とアノード電極との間に高抵抗構造体を配置し、前記基板と前記アノード電極との間をめっき液で満たした後、前記カソード電極と前記アノード電極との間を流れる電流を一定に制御しながら前記基板の表面にめっき膜を成長させ、前記カソード電極と前記アノード電極との間を流れる電流の向きを逆にしてめっき膜の表面をエッチング除去し、前記カソード電極と前記アノード電極との間を流れる電流を一定に制御しながら前記基板の表面にめっき膜を更に成長させることを特徴とする。
これにより、めっき処理の合間にめっき膜の表面をエッチング除去して平坦化することで、めっき膜の平坦性を向上させることができる。
【００１７】
本発明の好ましい一態様は、前記めっき膜の表面のエッチング除去と、前記めっき膜の成長を繰り返すことを特徴とする。
本発明の更に他のめっき方法は、カソード電極に接続される基板の表面とアノード電極との間に電圧を印加しながら、前記基板と前記アノード電極との間をめっき液で満たし、前記カソード電極と前記アノード電極との間を流れる電流を一定に制御しながら前記基板の表面にめっき膜を成長させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、例え高アスペスト比な凹部であっても、この凹部内に欠陥のない健全な導電材料からなる埋込み配線を形成でき、更に、基板表面に微細溝と幅広溝が混在しても、めっき膜の平坦性を向上させて、その後のＣＭＰ加工をディッシングの発生を防止しつつ短時間で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。この実施の形態は、半導体基板の表面に設けた配線用の微細窪みに銅を埋込んで銅膜からなる配線を形成するようにした例を示す。
図１は、本発明のめっき方法に使用されるめっき装置を備えた基板処理装置の全体配置図を示す。図１に示すように、この基板処理装置には、同一設備内に位置して、内部に複数の基板Ｗを収納する２基のロード・アンロード部１０と、めっき処理を行う２基のめっき装置１２と、ロード・アンロード部１０とめっき装置１２との間で基板Ｗの受渡しを行う搬送ロボット１４と、めっき液タンク１６を有するめっき液供給設備１８が備えられている。
【００２０】
前記めっき装置１２には、図２に示すように、めっき処理及びその付帯処理を行う基板処理部２０が備えられ、この基板処理部２０に隣接して、めっき液を溜めるめっき液トレー２２が配置されている。また、回転軸２４を中心に揺動する揺動アーム２６の先端に保持されて基板処理部２０とめっき液トレー２２との間を揺動する電極ヘッド２８を有する電極アーム部３０が備えられている。更に、基板処理部２０の側方に位置して、プレコート・回収アーム３２と、純水やイオン水等の薬液、更には気体等を基板に向けて噴射する固定ノズル３４が配置されている。この例にあっては、３個の固定ノズル３４が備えられ、その内の１個を純水の供給用に用いている。
【００２１】
基板処理部２０には、図３に示すように、基板の表面（被めっき面）を上向きにして基板Ｗを保持する基板保持部３６と、この基板保持部３６の上方に該基板保持部３６の周縁部を囲繞するように配置された電極部３８が備えられている。更に、基板保持部３６の周囲を囲繞して処理中に用いる各種薬液の飛散を防止する有底略円筒状のカップ４０が、エアシリンダ（図示せず）を介して上下動自在に配置されている。
【００２２】
ここで、基板保持部３６は、エアシリンダ４４によって、下方の基板受渡し位置Ａと、上方のめっき位置Ｂと、これらの中間の前処理・洗浄位置Ｃとの間を昇降し、図示しない回転モータ及びベルトを介して、任意の加速度及び速度で電極部３８と一体に回転するように構成されている。この基板受渡し位置Ａに対向して、めっき装置１２のフレーム側面の搬送ロボット１４側には、基板搬出入口（図示せず）が設けられ、また基板保持部３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、基板保持部３６で保持された基板Ｗの周縁部に下記の電極部３８のシール材９０とカソード電極８８が当接するようになっている。一方、カップ４０は、その上端が基板搬出入口の下方に位置し、図３に仮想線で示すように、上昇した時に基板搬出入口を塞いで電極部３８の上方に達するようになっている。
【００２３】
めっき液トレー２２は、めっき処理を実施していない時に、電極アーム部３０の下記の高抵抗構造体１１０及びアノード電極９８をめっき液で湿潤させるためのもので、この高抵抗構造体１１０が収容できる大きさに設定され、図示しないめっき液供給口とめっき液排水口を有している。また、フォトセンサがめっき液トレー２２に取付けられており、めっき液トレー２２内のめっき液の満水、即ちオーバーフローと排水の検出が可能になっている。
【００２４】
電極アーム部３０は、下記のように、サーボモータからなる上下動モータ１３２とボールねじ１３４を介して上下動し、旋回モータを介して、めっき液トレー２２と基板処理部２０との間を旋回（揺動）するようになっているが、空気圧アクチュエータを使用しても良い。
【００２５】
プレコート・回収アーム３２は、図４に示すように、上下方向に延びる支持軸５８の上端に連結されて、ロータリアクチュエータ６０を介して旋回（揺動）し、エアシリンダ（図示せず）を介して上下動するよう構成されている。このプレコート・回収アーム３２には、その自由端側にプレコート液吐出用のプレコートノズル６４が、基端側にめっき液回収用のめっき液回収ノズル６６がそれぞれ保持されている。そして、プレコートノズル６４は、例えばエアシリンダによって駆動するシリンジに接続されて、プレコート液がプレコートノズル６４から間欠的に吐出され、また、めっき液回収ノズル６６は、例えばシリンダポンプまたはアスピレータに接続されて、基板上のめっき液がめっき液回収ノズル６６から吸引されるようになっている。
【００２６】
前記基板保持部３６は、図５乃至図７に示すように、円板状の基板ステージ６８を備え、この基板ステージ６８の周縁部の円周方向に沿った６カ所に、上面に基板Ｗを水平に載置して保持する支持腕７０が立設されている。この支持腕７０の１つの上端には、基板Ｗの端面に当接して位置決めする位置決め板７２が固着され、この位置決め板７２を固着した支持腕７０に対向する支持腕７０の上端には、基板Ｗの端面に当接し回動して基板Ｗを位置決め板７２側に押付ける押付け片７４が回動自在に支承されている。また、他の４個の支持腕７０の上端には、回動して基板Ｗをこの上方から下方に押付けるチャック爪７６が回動自在に支承されている。
【００２７】
ここで、押付け片７４及びチャック爪７６の下端は、コイルばね７８を介して下方に付勢した押圧棒８０の上端に連結されて、この押圧棒８０の下動に伴って押付け片７４及びチャック爪７６が内方に回動して閉じるようになっており、基板ステージ６８の下方には、押圧棒８０に下面に当接してこれを上方に押上げる支持板８２が配置されている。
これにより、基板保持部３６が図３に示す基板受渡し位置Ａに位置する時、押圧棒８０は支持板８２に当接し上方に押上げられて、押付け片７４及びチャック爪７６が外方に回動して開き、基板ステージ６８を上昇させると、押圧棒８０がコイルばね７８の弾性力で下降して、押付け片７４及びチャック爪７６が内方に回転して閉じるようになっている。
【００２８】
前記電極部３８は、図８及び図９に示すように、支持板８２（図７等参照）の周縁部に立設した支柱８４の上端に固着した環状の枠体８６と、この枠体８６の下面に内方に突出させて取付けた、この例では６分割されたカソード電極８８と、このカソード電極８８の上方を覆うように枠体８６の上面に取付けた環状のシール材９０とを有している。シール材９０は、その内周縁部が内方に向け下方に傾斜し、かつ徐々に薄肉となって、内周端部が下方に垂下するように構成されている。
【００２９】
これにより、図３に示すように、基板保持部３６がめっき位置Ｂまで上昇した時に、この基板保持部３６で保持した基板Ｗの周縁部にカソード電極８８が押付けられて通電し、同時にシール材９０の内周端部が基板Ｗの周縁部上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板の上面（被めっき面）に供給されためっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止するとともに、めっき液がカソード電極８８を汚染することを防止するようになっている。
なお、この例において、電極部３８は、上下動不能で基板保持部３６と一体に回転するようになっているが、上下動自在で、下降した時にシール材９０が基板Ｗの被めっき面に圧接するように構成しても良い。
【００３０】
前記電極アーム部３０の電極ヘッド２８は、図１０及び図１１に示すように、揺動アーム２６の自由端にボールベアリング９２を介して連結したハウジング９４と、このハウジング９４の下端開口部を塞ぐように配置された高抵抗構造体１１０とを有している。すなわち、このハウジング９４の下部には、内方に突出した内方突出部９４ａが、高抵抗構造体１１０の上部にはフランジ部１１０ａがそれぞれ設けられ、このフランジ部１１０ａを内方突出部９４ａに引っ掛け、更にスペーサ９６を介装することで、ハウジング９４に高抵抗構造体１１０が保持されている。これによって、ハウジング９４の内部に中空のめっき液室１００が区画形成されている。
【００３１】
この高抵抗構造体１１０は、アルミナ，ＳｉＣ，ムライト，ジルコニア，チタニア，コージライト等の多孔質セラミックスまたはポリプロピレンやポリエチレンの焼結体等の硬質多孔質体、あるいはこれらの複合体、更には織布や不織布で構成される。例えば、アルミナ系セラミックスにあっては、ポア径３０〜２００μｍ、ＳｉＣにあっては、ポア径３０μｍ以下、気孔率２０〜９５％、厚み１〜２０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍ、更に好ましくは８〜１５ｍｍ程度のものが使用される。この例では、例えば気孔率３０％、平均ポア径１００μｍでアルミナ製の多孔質セラミックス板から構成されている。そして、この内部にめっき液を含有させることで、つまり多孔質セラミックス板自体は絶縁体であるが、この内部にめっき液を複雑に入り込ませ、厚さ方向にかなり長い経路を辿らせることで、めっき液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有するように構成されている。
【００３２】
このように高抵抗構造体１１０をめっき液室１００内に配置し、この高抵抗構造体１１０によって大きな抵抗を発生させることで、シード層８（図２２参照）の抵抗の影響を無視できる程度となし、基板Ｗの表面の電気抵抗による電流密度の面内差を小さくして、めっき膜の面内均一性を向上させることができる。
前記めっき液室１００内には、アノード電極９８が、この上方に配置しためっき液導入管１０４の下面に取付けられて配置されている。そして、このめっき液導入管１０４には、めっき液導入口１０４ａが設けられ、このめっき液導入口１０４ａにめっき液供給設備１８（図１参照）から延びるめっき液供給管１０２が接続され、更に、ハウジング９４の上面に設けられためっき液排出口９４ｂにめっき液室１００に連通するめっき液排出管１０６が接続されている。
【００３３】
めっき液導入管１０４は、被めっき面に均一にめっき液を供給できるように、マニホールド構造が採用されている。即ち、その長手方向に沿った所定の位置に、この内部に連通する多数の細管１１２を連結している。そして、アノード電極９８及び高抵抗構造体１１０のこの細管１１２に対応する位置には細孔が設けられ、細管１１２は、これらの細孔内を下方に延びて、高抵抗構造体１１０の下面乃至該下面付近に達するように構成されている。
【００３４】
これにより、めっき液供給管１０２からめっき液導入管１０４に導入されためっき液は、細管１１２を通過して高抵抗構造体１１０の下方に達し、この高抵抗構造体１１０の内部を通過してめっき液室１００内を満たしてアノード電極９８をめっき液中に浸漬させ、めっき液排出管１０６を吸引することで、めっき液排出管１０６から排出されるようになっている。
ここで、アノード電極９８は、スライムの生成を抑制するため、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成されているが、不溶解のものを使用してもよい。
【００３５】
また、カソード電極８８はめっき電源１１４の陽極に、アノード電極９８はめっき電源１１４の陰極にそれぞれ電気的に接続されるのであるが、このめっき電源１１４は、流れる電流の向きを任意に変更できるようになっている。
更に、ボールベアリング９２は、保持部１２４を介して揺動アーム２６に吊下げ保持されている。また、揺動アーム２６は、サーボモータからなる上下動モータ１３２とボールねじ１３４を介して上下動するように構成されている。この上下機構は空気圧アクチュエータであってもよい。
【００３６】
そして、電解めっきを行うときには、基板保持部３６がめっき位置Ｂ（図３参照）にある時に、基板保持部３６で保持した基板Ｗと高抵抗構造体１１０との隙間が、例えば０．１〜３ｍｍ程度となるまで電極ヘッド２８を下降させ、この状態で、めっき液供給管１０２からめっき液（めっき液）を供給して、高抵抗構造体１１０にめっき液を含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）からめっき液室１００の内部をめっき液で満たす。これによって、基板Ｗの被めっき面にめっきを施す。
【００３７】
次に、前記のめっき装置を備えた基板処理装置の操作について、図１２を更に参照して説明する。
先ず、ロード・アンロード部１０からめっき処理前の基板Ｗを搬送ロボット１４で取出し、表面（被めっき面）を上向きにした状態で、フレームの側面に設けられた基板搬出入口から一方のめっき装置１２の内部に搬送する。この時、基板保持部３６は、下方の基板受渡し位置Ａにあり、搬送ロボット１４は、そのハンドが基板ステージ６８の真上に到達した後に、ハンドを下降させることで、基板Ｗを支持腕７０上に載置する。そして、搬送ロボット１４のハンドを、前記基板搬出入口を通って退去させる。
【００３８】
搬送ロボット１４のハンドの退去が完了した後、カップ４０を上昇させ、同時に基板受渡し位置Ａにあった基板保持部３６を前処理・洗浄位置Ｃに上昇させる。この時、この上昇に伴って、支持腕７０上に載置された基板は、位置決め板７２と押付け片７４で位置決めされ、チャック爪７６で確実に把持される。
【００３９】
一方、電極アーム部３０の電極ヘッド２８は、この時点ではめっき液トレー２２上の通常位置にあって、高抵抗構造体１１０あるいはアノード電極９８がめっき液トレー２２内に位置しており、この状態でカップ４０の上昇と同時に、めっき液トレー２２及び電極ヘッド２８にめっき液の供給を開始する。そして、基板のめっき工程に移るまで、新しいめっき液を供給し、併せてめっき液排出管１０６を通じた吸引を行って、高抵抗構造体１１０に含まれるめっき液の交換と泡抜きを行う。なお、カップ４０の上昇が完了すると、フレーム側面の基板搬出入口はカップ４０で塞がれて閉じ、フレーム内外の雰囲気が遮断状態となる。
【００４０】
カップ４０が上昇するとプレコート処理に移る。即ち、基板Ｗを受取った基板保持部３６を回転させ、待避位置にあったプレコート・回収アーム３２を基板と対峙する位置へ移動させる。そして、基板保持部３６の回転速度が設定値に到達したところで、プレコート・回収アーム３２の先端に設けられたプレコートノズル６４から、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板の被めっき面に間欠的に吐出する。この時、基板保持部３６が回転しているため、プレコート液は基板Ｗの被めっき面の全面に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置へ戻し、基板保持部３６の回転速度を増して、遠心力により基板Ｗの被めっき面のプレコート液を振り切って乾燥させる。
【００４１】
プレコート完了後にめっき処理に移る。先ず、基板保持部３６を、この回転を停止、若しくは回転速度をめっき時速度まで低下させた状態で、めっきを施すめっき位置Ｂまで上昇させる。すると、基板Ｗの周縁部は、カソード電極８８に接触して通電可能な状態となり、同時に基板Ｗの周縁部上面にシール材９０が圧接して、基板Ｗの周縁部が水密的にシールされる。
【００４２】
一方、搬入された基板Ｗのプレコート処理が完了したという信号に基づいて、電極アーム部３０をめっき液トレー２２上方から電解処理を施す位置の上方に電極ヘッド２８が位置するように水平方向に旋回させ、この位置に到達した後に、電極ヘッド２８を電極部３８に向かって下降させる。この時、高抵抗構造体１１０を基板Ｗの被めっき面に接触することなく、０.１ｍｍ〜３ｍｍ程度に近接した位置とし、電極ヘッド２８の下降が完了した時点で、めっき処理を開始する。
【００４３】
つまり、図１２に示すように、めっき電源１１４の陰極をカソード電極８８に、陽極をアノード電極９８にそれぞれ接続し、カソード電極８８とアノード電極９８との間に一定の電圧を印加する定電圧制御を行いながら、めっき液供給管１０２からめっき液を電極ヘッド２８の内部に供給して、高抵抗構造体１１０にめっき液を含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）からめっき液室１００の内部をめっき液で満たす（ｔ０〜ｔ１）。この時の電圧は、基板Ｗの表面に対する平均陰極電流密度で１ｍＡ／ｃｍ２〜３０ｍＡ／ｃｍ２の電流を流すことができる電圧であることが好ましい。この電圧を印加する時間は、一般的には、カソード電極８８とアノード電極９８との間に電流が流れ出してから１００〜２０００msecで、好ましくは３００〜１０００msecある。
【００４４】
なお、この例では、カソード電極８８とアノード電極９８との間に電流が流れ出した時点を接液時としているが、例えば、カソード電極８８とアノード電極９８との間に微弱な直流または交流を流しておき、電圧の変化によって、接液時を判断するようにしてもよい。
このように、カソード電極８８とアノード電極９８との間に一定の電圧を印加する定電圧制御を行いながらめっき液を供給することで、図２３に示すように、基板Ｗをめっき液に接触させ時にシード層８がめっき液によって溶解されて、微細な孔や溝の側壁部、特に孔底や溝底に近い部位ではシード層８の溶解によりシード層８が消失して導通が取れなくなくなるといった、従来の欠点を防止し、図２２に示すように、凹部５の全面にシード層８が存在する状態で、めっき処理を開始することができる。
【００４５】
そして、液張りの終了後に、カソード電極８８とアノード電極９８との間に一定の電流を流す定電流制御を行いながら、基板の表面（シード層８）にめっき膜を成長させる。この時、初期の段階においては、例えば１〜１０ｍＡ／ｃｍ２、好ましくは３〜７ｍＡ／ｃｍ２程度の低電流の一定電流ｉ１を流してめっき膜を徐々に成長させ（ｔ１〜ｔ２）、めっき膜の膜厚が、例えば０．０５〜０．５μｍ、好ましくは０．１〜０．２μｍ程度の所定量に達した時に、例えば１０〜４０ｍＡ／ｃｍ２、好ましくは２５ｍＡ／ｃｍ２程度の高電流の一定電流ｉ２（ｉ２＞ｉ１）を流してめっき膜を急速に成長させて銅の埋込みを行う。この時、必要に応じて、基板保持部３６を低速で回転させる。
【００４６】
これにより、前述のように、めっき液で溶解することを防止したシード層８を、低電流により第１段のめっきで補強し、この上に第２段のめっきでめっき膜を成長させて埋込みを行うことで、例え高アスペスト比な凹部であっても、この凹部内に欠陥のない健全な銅等の導電材料からなる埋込み配線を形成することができる。
【００４７】
そして、めっき処理が完了すると、電極アーム部３０を上昇させ旋回させてめっき液トレー２２上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、プレコート・回収アーム３２を待避位置から基板Ｗに対峙する位置へ移動させて下降させ、めっき液回収ノズル６６から基板Ｗ上のめっき液の残液を回収する。この残液の回収が終了した後、プレコート・回収アーム３２を待避位置へ戻し、基板のめっき面のリンスのために、純水用の固定ノズル３４から基板Ｗの中央部に純水を吐出し、同時に基板保持部３６をスピードを増して回転させて基板Ｗの表面のめっき液を純水に置換する。このように、基板Ｗのリンスを行うことで、基板保持部３６をめっき位置Ｂから下降させる際に、めっき液が跳ねて、電極部３８のカソード電極８８が汚染されることが防止される。
【００４８】
リンス終了後に水洗工程に入る。即ち、基板保持部３６をめっき位置Ｂから前処理・洗浄位置Ｃへ下降させ、純水用の固定ノズル３４から純水を供給しつつ基板保持部３６及び電極部３８を回転させて水洗を実施する。この時、電極部３８に直接供給した純水、または基板Ｗの面から飛散した純水によってシール材９０及びカソード電極８８も基板と同時に洗浄することができる。
【００４９】
水洗完了後にドライ工程に入る。即ち、固定ノズル３４からの純水の供給を停止し、更に基板保持部３６及び電極部３８の回転スピードを増して、遠心力により基板表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シール材９０及びカソード電極８８も乾燥される。ドライ工程が完了すると基板保持部３６及び電極部３８の回転を停止させ、基板保持部３６を基板受渡し位置Ａまで下降させる。すると、チャック爪７６による基板Ｗの把持が解かれ、基板Ｗは、支持腕７０の上面に載置された状態となる。これと同時に、カップ４０も下降させる。
【００５０】
以上でめっき処理及びそれに付帯する前処理や洗浄・乾燥工程の全て工程を終了し、搬送ロボット１４は、そのハンドを基板搬出入口から基板Ｗの下方に挿入し、そのまま上昇させることで、基板保持部３６から処理後の基板Ｗを受取る。そして、搬送ロボット１４は、この基板保持部３６から受取った処理後の基板Ｗをロード・アンロード部１０に戻す。
【００５１】
図１３は、めっき装置の他の制御例を示す。この例は、めっき電源１１４の陰極をカソード電極８８に、陽極をアノード電極９８にそれぞれ接続し、カソード電極８８とアノード電極９８との間に電圧（例えば定電圧）を印加しながら、めっき液供給管１０２からめっき液を電極ヘッド２８の内部に供給して、高抵抗構造体１１０にめっき液を含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）からめっき液室１００の内部をめっき液で満たす（ｔ０〜ｔ４）。
【００５２】
そして、液張りの終了後に、カソード電極８８とアノード電極９８との間に一定の電流を流す定電流制御を行いながら、基板Ｗの表面にめっき膜を成長させる。すなわち、初期の段階においては、例えば１〜１０ｍＡ／ｃｍ２、好ましくは３〜７ｍＡ／ｃｍ２程度の低電流の一定電流ｉ３を流してめっき膜を徐々に成長させる（ｔ４〜ｔ５）。そして、めっき膜の膜厚が、例えば０．０５〜０．５μｍ、好ましくは０．１〜０．２μｍ程度に達した時に、カソード電極８８がアノード、アノード電極９８がカソードとなるように電流（電圧）を切換えて、カソード電極８８とアノード電極９８との間に一定電流（−ｉ４）を流して、めっき膜の表面をエッチング除去して平坦化する（ｔ５〜ｔ６）。そして、カソード電極８８がカソード、アノード電極９８がアノードとなるように電流（電圧）を切換え、例えば、１０〜４０ｍＡ／ｃｍ２、好ましくは２５ｍＡ／ｃｍ２程度の高電流の一定電流ｉ５（ｉ５＞ｉ３）を流して、めっき膜を急速に成長させて銅の埋込みを行う。
【００５３】
このように、めっき処理の合間にめっき膜の表面をエッチング除去して平坦化することにより、めっき膜の平坦性を向上させることができる。つまり、前述のように、めっき液でシード層８が溶解することを防止したとしても、図１７（ａ）に示すように、例えば、微細溝５ａと幅広溝５ｂ等の大小の微細凹部が混在する基板Ｗの表面にバリア層６を形成し、このバリア層６の上にシード層８を形成した後、銅めっきを施して、めっき膜を成長させて銅膜７を埋込むと、微細溝５ａの上ではめっきの成長が促進されて銅膜７が盛り上がる傾向がある。そこで、図１７（ｂ）に破線で示すように、めっき膜の表面の生じる盛り上がり部７ａをエッチング除去して平坦化した銅膜７ｂの上に、更にめっき膜を成長させて銅膜７ｃを形成することで、めっき膜（銅膜７）の平坦性を向上させることができる。
【００５４】
図１４は、めっき装置の更に他の制御例を示す。この例は、めっき電源１１４の陰極をカソード電極８８に、陽極をアノード電極９８にそれぞれ接続し、カソード電極８８とアノード電極９８との間に一定の電圧を印加する定電圧制御を行いながら、めっき液供給管１０２からめっき液を電極ヘッド２８の内部に供給して、高抵抗構造体１１０にめっき液を含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）からめっき液室１００の内部をめっき液で満たす（ｔ０〜ｔ８）。
【００５５】
そして、液張りの終了後に、カソード電極８８とアノード電極９８との間に一定の電流を流す定電流制御を行いながら、基板の表面（シード層８）にめっき膜を成長させる。この時、初期の段階においては、例えば１〜１０ｍＡ／ｃｍ２、好ましくは３〜７ｍＡ／ｃｍ２程度で、前述の定電圧制御の際にカソード電極８８とアノード電極９８との間に流した電流よりも低い低電流の一定電流ｉ６を流してめっき膜を徐々に成長させ（ｔ８〜ｔ９）、めっき膜の膜厚が、例えば０．０５〜０．５μｍ、好ましくは０．１〜０．２μｍ程度の所定量に達した時に、例えば１０〜４０ｍＡ／ｃｍ２、好ましくは２５ｍＡ／ｃｍ２程度の高電流の一定電流ｉ６（ｉ６＞ｉ５）してめっき膜を急速に成長させて銅の埋込みを行う。この時、必要に応じて、基板保持部３６を低速で回転させる。
【００５６】
図１５は、めっき装置の更に他の制御例を示す。この例は、めっき電源１１４の陰極をカソード電極８８に、陽極をアノード電極９８にそれぞれ接続し、カソード電極８８とアノード電極９８との間に一定の電圧を印加する定電圧制御を行いながら、めっき液供給管１０２からめっき液を電極ヘッド２８の内部に供給して、高抵抗構造体１１０にめっき液を含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）からめっき液室１００の内部をめっき液で満たす（ｔ０〜ｔ１１）。
【００５７】
そして、液張りの終了後に、カソード電極８８とアノード電極９８との間に一定の電流を流す定電流制御を行いながら、基板の表面（シード層８）にめっき膜を成長させる。この時、初期の段階においては、例えば１〜１０ｍＡ／ｃｍ２、好ましくは３〜７ｍＡ／ｃｍ２程度で、前述の定電圧制御の際にカソード電極８８とアノード電極９８との間に流した電流よりも高い低電流の一定電流ｉ８を流してめっき膜を徐々に成長させ（ｔ１１〜ｔ１２）、めっき膜の膜厚が、例えば０．０５〜０．５μｍ、好ましくは０．１〜０．２μｍ程度の所定量に達した時に、例えば１０〜４０ｍＡ／ｃｍ２、好ましくは２５ｍＡ／ｃｍ２程度の高電流の一定電流ｉ９（ｉ９＞ｉ８）を流しめっき膜を急速に成長させて銅の埋込みを行う。この時、必要に応じて、基板保持部３６を低速で回転させる。
【００５８】
図１６は、めっき装置の更に他の制御例を示す。この例は、異なる組成のめっき液を使用して銅の埋込みを行うようにしたもので、めっき電源１１４の陰極をカソード電極８８に、陽極をアノード電極９８にそれぞれ接続し、カソード電極８８とアノード電極９８との間に一定の電圧を印加する定電圧制御を行いながら、めっき液供給管１０２からめっき液を電極ヘッド２８の内部に供給して、高抵抗構造体１１０にめっき液を含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）からめっき液室１００の内部をめっき液で満たす（ｔ０〜ｔ１４）。
【００５９】
そして、液張りの終了後に、カソード電極８８とアノード電極９８との間に一定の電流を流す定電流制御を行いながら、基板の表面（シード層８）にめっき膜を成長させる。この時、初期の段階においては、例えば３〜７ｍＡ／ｃｍ２程度で、前述の定電圧制御の際にカソード電極８８とアノード電極９８との間に低電流の一定電流ｉ１０を流してめっき膜を徐々に成長させ（ｔ１４〜ｔ１５）。
【００６０】
この時、めっき液として、微細パターンを埋めるのに適しためっき液を使用する。この組成は、例えば以下の通りである。
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ    ２００ｇ／ｌ
Ｈ２ＳＯ４                ５０ｇ／ｌ
ＨＣｌ                ６０ｍｇ／ｌ
有機添加物              ５ｍｌ／ｌ
そして、めっき膜の膜厚が、例えば０．０５〜０．５μｍ、好ましくは０．１〜０．２μｍ程度の所定量に達した時にめっきを一旦停止し、前述と同様にして、めっき液を除去し、めっき膜の表面を純水等により洗浄する。
【００６１】
次に、カソード電極８８とアノード電極９８との間に、例えば２０〜４０ｍＡ／ｃｍ２、好ましくは２５ｍＡ／ｃｍ２程度の高電流の一定電流ｉ１１（ｉ１１＞ｉ１０）を流して、めっき膜を急速に成長させて銅の埋込みを行う。この時、めっき液として、広いパターンを埋めるのに適しためっき液、例えば、硫酸銅１００〜３００ｇ／ｌ、硫酸１０〜１００ｇ／ｌの組成、例えば下記の組成のものが使用される。
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ    ２００ｇ／ｌ
Ｈ２ＳＯ４                ５０ｇ／ｌ
ＨＣｌ              １００ｍｇ／ｌ
有機添加物              ５ｍｌ／ｌ
【００６２】
図１８は、このめっき方法に適用される他のめっき装置を示す。このめっき装置は、上方に開口し内部にめっき液６００を保持する円筒状のめっき槽６０２と、表面を下向きにして半導体ウエハ等の基板Ｗを着脱自在に保持して該基板Ｗを前記めっき槽６０２の上端開口部を塞ぐ位置に配置する回転自在な基板保持部６０４とを有している。めっき槽６０２の内部には、めっき液６００中に浸積されて陽極電極となる平板状のアノード電極６０６が水平に配置され、前記基板Ｗのシード層が陰極電極となるようになっている。このアノード電極６０６は、例えば銅の板あるいは、銅の球の集合体よりなる。
【００６３】
めっき槽６０２の底部中央には、内部にポンプ６０８を設置しためっき液供給管６１０が接続され、めっき槽６０２の外側には、めっき液受け６１２が配置されている。更に、このめっき液受け６１２内に流入しためっき液は、めっき液戻り管６１４からポンプ６０８に戻されるようになっている。
【００６４】
これにより、めっき槽６０２の上部に基板Ｗを基板保持部６０４で下向きに保持して配置して回転させ、アノード電極６０６と基板Ｗのシード層（カソード電極）の間に所定の電圧を印加しつつ、ポンプ６０８を駆動してめっき液６００をめっき槽６０２内に導入することで、アノード電極６０６と基板Ｗのシード層の間にめっき電流を流して、基板Ｗの下面に銅めっき膜を形成するようにしている。この時、めっき槽６０２をオーバーフローしためっき液６００は、めっき液受け６１２で回収されて循環する。
【００６５】
めっき槽６０２内のめっき液６００に浸漬されたアノード電極６０６と基板保持部６０４で保持されてめっき槽６０２の上部に配置される基板Ｗとの間に、平板状の絶縁体６３２が基板Ｗとの間に配置され、この絶縁体６３２の任意の位置には、任意の大きさ（内径）の貫通孔６３２ｂが複数個設けられ、この貫通孔６３２ｂの内部のみをめっき電流が流れるようにしていて、基板の任意に位置における銅めっき膜の膜厚がより厚くなるようにしたものである。
【００６６】
このような構成のめっき装置にあっても、前述と同様な制御を行うことで、例え高アスペスト比な凹部であっても、この凹部内に欠陥のない健全な導電材料からなる埋込み配線を形成でき、更に、基板表面に微細溝と幅広溝が混在しても、めっき膜の平坦性を向上させて、その後のＣＭＰ加工をディッシングの発生を防止しつつ短時間で行うことができる。
【００６７】
図１９は、本発明の実施の形態のめっき方法を行うめっき装置を備えた基板処理装置の他の例の全体配置図を示す。この配線形成装置は、メインフレーム２００内への基板の搬入及び搬出を行う２基のロード・アンロード部２０２を備えている。メインフレーム２００の内部には、基板の表面に形成しためっき膜に熱処理（アニール）を行う熱処理装置２０４、基板の周縁部に成膜乃至付着しためっき膜を除去するベベルエッチング装置２０６、基板の表面を薬液や純水等の洗浄液で洗浄しスピン乾燥させる２基の洗浄・乾燥装置２０８、基板を仮置きする基板ステージ２１０及び２基のめっき装置２１２が配置されている。また、メインフレーム２００の内部には、ロード・アンロード部２０２と基板ステージ２１０との間で基板の受渡しを行う走行自在な第１搬送ロボット２１４と、基板ステージ２１０、熱処理装置２０４、ベベルエッチング装置２０６、洗浄・乾燥装置２０８及びめっき装置２１２の間で基板の受渡しを行う走行自在な第２搬送ロボット２１６が備えられている。この例では、めっき装置２１２として、図１乃至図１１に示すめっき装置１２とほぼ同じ構成のものを使用している。
【００６８】
ここで、メインフレーム２００には遮光処理が施され、これによって、このメインフレーム２００内での以下の各工程を遮光状態で、つまり、配線に照明光等の光が当たることなく行えるようになっている。このように、配線に光を当たることを防止することで、例えば銅からなる配線に光が当たって光電位差が生じ、この光電位差によって配線が腐食してしまうことを防止することができる。
【００６９】
更に、メインフレーム２００の側方に位置して、めっき液タンク２２０とめっき液分析装置２２２を有し、めっき装置２１２で使用するめっき液の成分を分析し管理して、所定の組成のめっき液をめっき装置２１２に供給するめっき液管理装置２２４が付設されている。めっき液分析装置２２２は、例えばサイクリックボルタンメトリ（ＣＶＳ）や液クロマトグラフィ等により有機物を分析する有機物分析部と、中和滴定、酸化還元滴定、ポーラログラフィまたは電気滴定等により無機物を分析する無機物分析部を有している。そして、めっき液分析装置２２２の分析結果をフィードバックして、めっき液タンク２２０内のめっき液の成分を調整するようになっている。めっき液管理装置２２４をメインフレーム２００内に内蔵するようにしてもよい。
【００７０】
次に、この基板処置装置で銅配線を形成する例を、図２０を更に参照して説明する。
先ず、表面に給電層としてのシード層８（図１７（ｂ）参照）を形成した基板を用意し、この基板を収納した基板カセットをロード・アンロード部２０２に搭載する。そして、ロード・アンロード部２０２に搭載した基板カセットから１枚の基板を第１搬送ロボット２１４で取出してメインフレーム２００内に搬入し、基板ステージ２１０に搬送して載置保持する。第２搬送ロボット２１６は、基板ステージ２１０に載置保持された基板を、いずれかのめっき装置２１２に搬送する。
【００７１】
めっき装置２１２では、前述と同様に、先ず、基板の表面（被めっき面）にプレコート等のめっき前処理を行う。そして、例えば図１３に示すような制御を行って、つまり基板Ｗの表面に銅めっき膜を成長させ、しかる後、銅めっき膜の表面をエッチング除去して平坦化し、更に、銅めっき膜を急速に成長させて銅の埋込みを行う。この時、めっき液タンク２２０内のめっき液の組成をめっき液分析装置２２２で分析し、不足する成分をめっき液タンク２２０内のめっき液に補給することで、めっき液タンク２２０から一定の組成のめっき液をめっき装置２１２に供給する。そして、めっき終了後、前述と同様に、基板上に残っためっき液を回収し、基板のめっき面をリンスした後、基板の表面を純水等で洗浄（水洗）し、この洗浄後の基板を第２搬送ロボット２１６でベベルエッチング装置２０６に搬送する。
【００７２】
ベベルエッチング装置２０６では、例えば基板を水平に保持し回転させた状態で、基板の表面側の中央部に酸溶液を連続的に、周縁部に酸化剤溶液を連続的または間欠的に供給する。この酸溶液としては非酸化性の酸であればよく、例えばフッ酸、塩酸、硫酸、クエン酸、蓚酸等を用いる。この酸化剤溶液としては、オゾン水、過酸化水素水、硝酸水、次亜塩素酸ナトリウム水等のいずれかを用いるか、またはそれらの組み合わせを用いる。これにより、基板Ｗの周縁部（ベベル部）に成膜乃至付着した銅等を酸化剤溶液で急速に酸化させ、同時に基板の中部部から供給されて基板の表面全面に拡がる酸溶液によってエッチングして溶解除去する。
【００７３】
この時、基板の裏面中央部に酸化剤溶液とシリコン酸化膜エッチング剤とを同時または交互に供給し、これにより基板Ｗの裏面側に金属状で付着している銅等を基板のシリコンごと酸化剤溶液で酸化しシリコン酸化膜エッチング剤でエッチングして除去するようにしてもよい。
【００７４】
このベベルエッチング後の基板を、第２搬送ロボット２１６でいずれかの洗浄・乾燥装置２０８へ搬送して、基板の表面の薬液や純水等の洗浄水による洗浄を行ってスピン乾燥させる。そして、この乾燥後の基板を、第２搬送ロボット２１６で熱処理装置２０４に搬送する。
【００７５】
この熱処理装置２０４では、基板Ｗの表面に形成した銅膜７（図２１（Ｂ）参照）の熱処理（アニール）を行い、これによって、配線を形成する銅膜７を結晶化させる。この熱処理（アニール）は、基板を、例えば４００℃となるように加熱し、例えば数十秒〜６０秒程度、加熱を継続して終了する。同時に、必要に応じて、熱処理装置２０４の内部に酸化防止用のガスを導入し、このガスを基板の表面に沿って流すことで、膜７の表面の酸化を防止する。基板の加熱温度は、一般的には、１００〜６００℃、好ましくは３００〜４００℃である。
【００７６】
この熱処理を行った基板Ｗを、第２搬送ロボット２１６で基板ステージ２１０に搬送して保持し、この基板ステージ２１０で保持した基板を第１搬送ロボット２１４でロード・アンロード部２０２のカセットに戻す。
しかる後、絶縁膜２上に形成された余分な金属並びにバリア層を化学機械的研磨（ＣＭＰ）などの方法によって除去し平坦化することにより、図２１（ｃ）に示すように、銅膜７からなる配線を形成する。
なお、上記の例では、配線金属として、銅を使用した例を示しているが、銅の他に、銅合金を使用してもよい。
【００７７】
次に、本発明に係るめっき方法を用いて基板の表面に銅めっきを施したときの実施例について説明する。
以下に示す実施例では、銅めっきを施す基板として、孔径０．１５〜０．５０μｍ及び深さ０．８μｍの孔を有するシリコンウエハ（直径２００ｍｍ）と、幅０．１２〜１．０μｍの溝を有するシリコンウエハ（直径２００ｍｍ）の２種類の基板を使用した。これらの基板の表面にＰＶＤ法によりシード層を成膜して導電化した後、硫酸銅めっき液を使用して銅めっきを施した。
【００７８】
（実施例１）
この実施例で使用した硫酸銅めっき液の組成は次の通りである。
硫酸銅５水和物：  ２００ｇ／Ｌ
硫酸          ：    ５０ｇ／Ｌ
塩素          ：  ６０ｍｇ／Ｌ
添加剤        ：          適量
なお、上記添加剤としてはエバトロンフィル（荏原ユージライト株式会社製）を使用した。
【００７９】
上述した基板を上記硫酸銅めっき液で電解めっきを行う際の電解条件として、予め基板に０．４Ｖの電圧（基板がめっき液に接触した時に流れる電流密度は７ｍＡ／ｃｍ２）を印加し、ついで基板とアノード電極との間にめっき液を注入した。この状態で、５００msecの間定電圧を印加し続けた後、瞬時に定電流に切換えて７ｍＡ／ｃｍ２で３０sec間定電流を流して銅を成膜し、さらに２５ｍＡ／ｃｍ２で５０sec間定電流を流して銅を成膜し、基板の平坦部で約５００ｎｍの銅膜を析出させた。
【００８０】
（実施例２）
実施例１と同様の基板とめっき液を用い、電解めっきを行う際の電解条件として、予め基板に１．０Ｖの電圧（基板がめっき液に接触した時に流れる電流密度は２０ｍＡ／ｃｍ２）を印加し、ついで基板とアノード電極との間にめっき液を注入した。この状態で、３００msecの間定電圧を印加し続けた後、瞬時に定電流に切換えて１０ｍＡ／ｃｍ２で３０sec間定電流を流して銅を成膜し、さらに２０ｍＡ／ｃｍ２で５３sec間定電流を流して銅を成膜し、基板の平坦部で約５００ｎｍの銅膜を析出させた。
【００８１】
（実施例３）
実施例１と同様の基板とめっき液を用い、電解めっきを行う際の電解条件として、予め基板に０．７Ｖの電圧（基板がめっき液に接触した時に流れる電流密度は１５ｍＡ／ｃｍ２）を印加し、ついで基板とアノード電極との間にめっき液を注入した。この状態で、５００msecの間定電圧を印加し続けた後、瞬時に定電流に切換えて７ｍＡ／ｃｍ２で４０sec間定電流を流して銅を成膜し、次に逆電解を２０ｍＡ／ｃｍ２で４sec間行い、さらに２５ｍＡ／ｃｍ２の定電流で５２sec間成膜し、基板の平坦部で約５００ｎｍの銅膜を析出させた。
【００８２】
（比較例１）
実施例１と同様の基板とめっき液を用い、電解めっきを行う際の電解条件として、予め基板に電圧を印加せずに、基板とアノード電極との間にめっき液を注入した。そして、５００msec後に定電流を７ｍＡ／ｃｍ２で３０sec間流して銅を成膜し、さらに２５ｍＡ／ｃｍ２で５０sec間定電流を流して銅を成膜し、基板の平坦部で約５００ｎｍの銅膜を析出させた。
【００８３】
上述した実施例１乃至３、および比較例１により銅が成膜された基板の孔部分または溝部分をＦＩＢ（集束イオンビーム）により切断し、切断した断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察した。その結果、実施例１乃至３では、微細孔を有する基板及び微細溝を有する基板のいずれにもボイドの発生は見られなかった。これに対し、比較例１では微細孔および微細溝の底部分でボイドが多く観察された。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施の形態のめっき方法を行うめっき装置を備えた基板処理装置の全体を示す平面図である。
【図２】図１に示すめっき装置を示す平面図である。
【図３】図１に示すめっき装置の基板保持部及び電極部の拡大断面図である。
【図４】図１に示すめっき装置のプレコート・回収アームを示す正面図である。
【図５】図１に示すめっき装置の基板保持部の平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】図５のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】図１に示すめっき装置の電極部の平面図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１０】図１に示すめっき装置の電極アーム部の平面図である。
【図１１】図１に示すめっき装置の電極ヘッド及び基板保持部を概略的に示す電解めっき時における断面図である。
【図１２】図１に示すめっき装置の制御例（めっき方法）における電流と時間との関係を示す図である。
【図１３】図１に示すめっき装置の他の制御例（めっき方法）における電流と時間との関係を示す図である。
【図１４】図１に示すめっき装置の更に他の制御例（めっき方法）における電流と時間との関係を示す図である。
【図１５】図１に示すめっき装置の更に他の制御例（めっき方法）における電流と時間との関係を示す図である。
【図１６】図１に示すめっき装置の更に他の制御例（めっき方法）における電流と時間との関係を示す図である。
【図１７】めっき処理の中間に電流の向きを逆にしてめっき膜のエッチングを行った時の状態を工程順に示す図である。
【図１８】めっき装置の他の例を示す概要図である。
【図１９】本発明のめっき方法に使用されるめっき装置を備えた基板処理装置の他の例を示す平面図である。
【図２０】図１９に示す基板処理装置で基板処理を行うときのブロック図である。
【図２１】めっき処理によって銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【図２２】高アスペスト比の凹部（ホール）の表面にシード層を形成した時の状態を示す断面図である。
【図２３】図２２に示すシード層にめっき液を接触させた時の問題点の説明に付する図である。
【図２４】従来の基板に銅めっきを行って埋込み配線を形成するときの問題点の説明に付する断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
７  銅（銅膜）
１２  めっき装置
２０  基板処理部
２６  揺動アーム
２８  電極ヘッド
３０  電極アーム部
３６  基板保持部
３８  電極部
６８  基板ステージ
７０  支持腕
８８  カソード電極
９４  ハウジング
９８  アノード電極
１１０  高抵抗構造体
１１４  電源
６０４  基板保持部
６０６  アノード電極
６３２  絶縁体（高抵抗構造体）
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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