(57)【要約】【要約書】【課題】  機械的および電気化学的な手法によって、配線溝や微細孔の中に優先的にめっき膜を析出させ、しかも配線溝や微細孔の形状のばらつきに影響されることなく、表面がより平坦なめっき膜を容易に形成できるようにする。【解決手段】  導電体層をアノード５２６と対面させて配置し、基板Ｗとアノード５２６との間に多孔質体５２８を配置し、金属イオン、支持電解質及びハロゲンイオンと、有機イオウ化合物、高分子化合物または有機窒素化合物のうち少なくとも一種の化合物を有するめっき液Ｑを満たし、導電体層とアノード５２６との間を通電させることなく、導電体層を多孔質体５２８に接触させつつ導電体層と多孔質体５２８とを相対運動させる操作と、導電体層を多孔質体５２８に対して静止させた状態で、導電体層とアノード５２６との間を通電させる操作と、導電体層とアノード５２６との間の通電を解く操作を繰り返す。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線用の微細凹部を有する基板を該基板の表面に形成した導電体層をアノードと対面させて配置し、
前記基板と前記アノードとの間に多孔質体を配置するとともに、金属イオン、支持電解質及びハロゲンイオンと、有機イオウ化合物、高分子化合物または有機窒素化合物のうち少なくとも一種の化合物を有するめっき液を満たし、
前記導電体層と前記アノードとの間を通電させることなく、前記導電体層を前記多孔質体に接触させつつ前記導電体層と前記多孔質体とを相対運動させる操作と、前記導電体層を前記多孔質体に対して静止させた状態で、前記導電体層と前記アノードとの間を通電させる操作と、前記導電体層と前記アノードとの間の通電を解く操作を繰り返して、前記微細凹部内に金属を埋込むことを特徴とするめっき方法。
【請求項２】
前記金属イオンが銅イオンであり、めっき液中の銅イオン濃度が３０〜６０ｇ／Ｌ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】
前記支持電解質が硫酸であり、めっき液中の硫酸濃度が１０〜１００ｇ／Ｌ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】
前記ハロゲンイオンが塩素イオンであり、めっき液中の塩素イオン濃度が３０〜９０ｍｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のめっき方法。
【請求項５】
前記めっき液中に、前記有機イオウ化合物が、０．１〜１００ｐｐｍの濃度で含まれていることを特徴とする請求項１記載のめっき方法。
【請求項６】
前記高分子化合物は、プロピレンオキサイド基またはプロピレンオキサイド基とエチレンオキサイド基を有し、前記めっき液中に、１０〜５００ｍｇ／Ｌの濃度で含まれていることを特徴とする請求項１記載のめっき方法。
【請求項７】
前記めっき液中に、前記有機窒素化合物が、０．０１〜１００ｍｇ／Ｌの濃度で含まれていることを特徴とする請求項１記載のめっき方法。
【請求項８】
前記導電体層と前記アノードとの間を通電させる操作を、前記導電体層を前記多孔質体に接触させた状態で行い、前記導電体層と前記アノードとの間の通電を停止し、その後、前記導電体層を前記多孔質体から引き離すことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のめっき方法。
【請求項９】
前記導電体層と前記アノードとの間の通電を、電流密度が１〜５０ｍＡ／ｃｍ２の電流を０．１〜１００秒間流して行い、前記導電体層と前記アノードとの間の通電を停止した後、前記導電体層を前記多孔質体から０．１〜１００秒間引き離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】
前記導電体層と前記アノードとの間の通電の際に、前記導電体層と前記アノードとの間に流す電流の電流密度を時間経過に伴って増大させることを特徴とする請求項９記載のめっき方法。
【請求項１１】
前記導電体層と前記アノードとの間を通電させる操作と通電させない操作を、前記導電体層を前記多孔質体から離した状態で連続して行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のめっき方法。
【請求項１２】
基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部で保持した基板の被めっき面の周縁部に当接して該周縁部を水密的にシールするシール材と、該基板と接触して通電させるカソード電極を備えたカソード部と、
前記カソード部の上方に上下動自在に配置され、アノードと保水性を有する多孔質体とを上下に備えた電極ヘッドと、
前記アノードと前記基板保持部で保持した基板の被めっき面との間に、金属イオン、支持電解質及びハロゲンイオンと、有機イオウ化合物、高分子化合物または有機窒素化合物のうち少なくとも一種の化合物を有するめっき液を注入するめっき注入手段と、
前記多孔質体を前記基板保持部で保持した基板の被めっき面に任意の圧力で押圧し該被めっき面から離間させる押圧離間機構と、
前記カソード電極と前記アノードとの間にめっき電圧を印加する電源と、
前記押圧離間機構と前記電源を制御する制御部を有することを特徴とするめっき装置。
【請求項１３】
前記多孔質体及び前記基板保持部の少なくとも一方を自転及び／または公転させる駆動機構を更に有することを特徴とする請求項１２記載のめっき装置。
【請求項１４】
前記多孔質体及び前記基板保持部の少なくとも一方を上下運動及び／または振動させる駆動機構を更に有することを特徴とする請求項１２記載のめっき装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、めっき方法及びめっき装置に係り、特に半導体基板などの基板に形成された微細回路パターンに銅等の金属（配線材料）を埋込んで配線を形成するのに使用されるめっき方法及びめっき装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、半導体基板上に、回路形状の配線溝（トレンチ）や微細孔（ビアホール）等の配線用の微細凹部を形成し、銅めっきによりこれらを銅（配線材料）で埋め、残りの部分の銅層（めっき膜）をＣＭＰ等の手段により除去して回路を形成することが行われている。このダマシン技術においては、回路形状の配線溝あるいは微細孔の中に選択的に銅めっき膜が析出し、それ以外の部分では、銅めっき膜の析出が少ない方が後のＣＭＰの負荷を減らす上で好ましい。従来、このような目的を達成するために、めっき液の浴組成や、使用する光沢剤などめっき液での工夫が行われている。
【０００３】
この種の微細で高アスペクト比の配線を形成するめっきに使用されるめっき装置としては、表面（被めっき面）を上向き（フェースアップ）にして基板を保持し、この基板の周縁部にカソード電極を接触させて基板表面をカソードとするとともに、基板の上方にアノードを配置し、基板とアノードとの間をめっき液で満たしながら、基板（カソード）とアノードとの間にめっき電圧を印加して、基板の表面（被めっき面）にめっきを行うようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この種の表面を上向きにして基板を保持して枚葉式でめっきを行うめっき装置にあっては、基板の全面に亘ってめっき電流の分布をより均一にして、めっき膜の面内均一性をより向上させるとともに、基板は、一般に表面を上向きにして搬送されて各種の処理が施されるため、めっきの際に基板を裏返す必要をなくすことができる。
【０００５】
一方、回路形状の配線溝等の中に選択的に銅めっき膜を析出させるための技術としては、多孔質体を半導体ウエハ等の基板に接触させ、また接触方向に相対的に動かしながらめっきを行うという方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特表２００２−５０６４８９号公報
【特許文献２】特開２０００−２３２０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術にあっては、めっきを行ったときに電流密度分布の影響や添加剤の影響で、配線溝や微細孔等の配線パターンの形状のばらつき（幅や大きさの違い）によってめっき析出量が基板の面上で異なり、基板の全面に均一な膜厚のめっき膜を形成することが困難であった。例えば、密な微細配線パターン（配線溝）を有する配線部では他の部分よりも厚くめっきが付く、一般的にオーバープレート現象と呼ばれる現象が生じ、一方、幅広配線パターン（配線溝）を有する配線部では、一般にめっき量が他の部分より少なくなる。その結果、めっきによって、配線パターン内を全て銅等の配線材料で埋め込んだ場合に、場所によってめっき膜厚に差が生じて、めっき膜表面に凹凸が生じる。このような方法のめっきを行った場合、必要以上のめっき量が付くため、原料費が嵩むばかりでなく、めっきに時間がかかるなどの問題がある。しかも、めっき後のＣＭＰ等の研磨工程に負担がかかり、更に、層間絶縁膜にＬｏｗ−ｋ材が使われる次世代においては、研磨装置に要求される性能もかなり高度なものになってしまう。
【０００８】
このような問題を解決するため、めっき浴の浴組成や、使用する光沢剤等、めっき液での工夫や電流条件の改善等が行われており、これらによってある程度は目的が達成されるものの、必ずしも十分ではなく、一定の限界があるのが現状であった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、機械的および電気化学的な手法によって、配線溝や微細孔の中に優先的にめっき膜を析出させ、しかも配線溝や微細孔の形状のばらつき影響されることなく、表面がより平坦なめっき膜を容易に形成できるようにしためっき方法及びめっき装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、配線用の微細凹部を有する基板を該基板の表面に形成した導電体層をアノードと対面させて配置し、前記基板と前記アノードとの間に多孔質体を配置するとともに、金属イオン、支持電解質及びハロゲンイオンと、有機イオウ化合物、高分子化合物または有機窒素化合物のうち少なくとも一種の化合物を有するめっき液を満たし、前記導電体層と前記アノードとの間を通電させることなく、前記導電体層を前記多孔質体に接触させつつ前記導電体層と前記多孔質体とを相対運動させる操作と、前記導電体層を前記多孔質体に対して静止させた状態で、前記導電体層と前記アノードとの間を通電させる操作と、前記導電体層と前記アノードとの間の通電を解く操作を繰り返して、前記微細凹部内に前記金属を埋込むことを特徴とするめっき方法である。
【００１１】
このように、金属イオン、支持電解質及びハロゲンイオンと、有機イオウ化合物、高分子化合物または有機窒素化合物のうち少なくとも一種の化合物を有するめっき液を使用し、導電体層とアノードとの間を通電させることなく、導電体層を多孔質体に接触させつつ導電体層と多孔質体とを相対運動させる操作と、導電体層を多孔質体に対して静止させた状態で、導電体層とアノードとの間を通電させる操作と、導電体層とアノードとの間の通電を解く操作を繰り返して、配線用の微細凹部内に金属を埋込むことで、配線溝や微細孔等の微細凹部中に優先的にめっき膜を析出させ、しかも、配線溝や微細孔等の形状のばらつき（幅や大きさの違い）に影響されることなく、表面がより平坦なめっき膜を成膜できることが確かめられている。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記金属イオンが銅イオンであり、めっき液中の銅イオン濃度が３０〜６０ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１記載のめっき方法である。これにより、高い導電性を持った銅を配線材料とした配線（銅配線）を形成することができる。
請求項３に記載の発明は、前記支持電解質が硫酸であり、めっき液中の硫酸濃度が１０〜１００ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１または２記載のめっき方法である。
請求項４に記載の発明は、前記ハロゲンイオンが塩素イオンであり、めっき液中の塩素イオン濃度が３０〜９０ｍｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のめっき方法である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記めっき液中に、前記有機イオウ化合物が、０．１〜１００ｐｐｍの濃度で含まれていることを特徴とする請求項１記載のめっき方法である。
有機イオウ化合物としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルジチオカルバミルプロピルスルホン酸、Ｏ−エチル−Ｓ−（３−プロピルスルホン酸）−ジチオカルボネート、ビス−（スルホプロピル）ジスルフィド等やそれらの塩類を挙げることができる。有機イオウ化合物の添加量は、１〜５０ｐｐｍであることが好ましい。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記高分子化合物は、プロピレンオキサイド基またはプロピレンオキサイド基とエチレンオキサイド基を有し、前記めっき液中に、１０〜５００ｍｇ／Ｌの濃度で含まれていることを特徴とする請求項１記載のめっき方法である。
高分子化合物としては、ポリプロピレングリコールあるいはそれらのランダムまたはブロック重合ポリマーあるいはそれらの誘導体等のポリエーテル類、ポリ（オキシエチレン・オキシプロピレン）グリコールあるいはそれらのランダムまたはブロック重合ポリマーあるいはそれらの誘導体等のポリエーテル類が挙げられる。高分子化合物の添加量は、５０〜３００ｍｇ／Ｌであることが好ましい。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、前記めっき液中に、前記有機窒素化合物が、０．０１〜１００ｍｇ／Ｌの濃度で含まれていることを特徴とする請求項１記載のめっき方法である。
有機窒素化合物としては、ポリアルキレンイミンおよびその誘導体、Ｎ−染料置換体化合物等のチオ尿素誘導体、サフラニン化合物、アミド類が挙げられる。有機窒素化合物の添加量は、０．１〜５０ｍｇ／Ｌであることが好ましい。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、前記導電体層と前記アノードとの間を通電させる操作を、前記導電体層を前記多孔質体に接触させた状態で行い、前記導電体層と前記アノードとの間の通電を停止し、その後、前記導電体層を前記多孔質体から引き離すことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のめっき方法である。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、前記導電体層と前記アノードとの間の通電を、電流密度が１〜５０ｍＡ／ｃｍ２の電流を０．１〜１００秒間流して行い、前記導電体層と前記アノードとの間の通電を停止した後、前記導電体層を前記多孔質体から０．１〜１００秒間引き離すことを特徴とする請求項８記載のめっき方法である。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、前記導電体層と前記アノードとの間の通電の際に、前記導電体層と前記アノードとの間に流す電流の電流密度を時間経過に伴って増大させることを特徴とする請求項９記載のめっき方法である。
請求項１１に記載の発明は、前記導電体層と前記アノードとの間を通電させる操作と通電させない操作を、前記導電体層を前記多孔質体から離した状態で連続して行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のめっき方法である。
【００１９】
請求項１２に記載の発明は、基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部で保持した基板の被めっき面の周縁部に当接して該周縁部を水密的にシールするシール材と、該基板と接触して通電させるカソード電極を備えたカソード部と、前記カソード部の上方に上下動自在に配置され、アノードと保水性を有する多孔質体とを上下に備えた電極ヘッドと、前記アノードと前記基板保持部で保持した基板の被めっき面との間に、金属イオン、支持電解質及びハロゲンイオンと、有機イオウ化合物、高分子化合物または有機窒素化合物のうち少なくとも一種の化合物を有するめっき液を注入するめっき注入手段と、前記多孔質体を前記基板保持部で保持した基板の被めっき面に任意の圧力で押圧し該被めっき面から離間させる押圧離間機構と、前記カソード電極と前記アノードとの間にめっき電圧を印加する電源と、前記押圧離間機構と前記電源を制御する制御部を有することを特徴とするめっき装置である。
【００２０】
請求項１３に記載の発明は、前記多孔質体及び前記基板保持部の少なくとも一方を自転及び／または公転させる駆動機構を更に有することを特徴とする請求項１２記載のめっき装置である。
請求項１４に記載の発明は、前記多孔質体及び前記基板保持部の少なくとも一方を上下運動及び／または振動させる駆動機構を更に有することを特徴とする請求項１２記載のめっき装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、配線溝や微細孔等の配線用の微細凹部中に優先的にめっき膜を析出させ、しかも、配線溝や微細孔等の形状のばらつき（大きさや幅の違い）に影響されることなく、表面がより平坦なめっき膜を成膜できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。この実施の形態は、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、配線材料としての銅を埋込んで銅層からなる配線を形成するようにした例を示しているが、他の配線材料を使用しても良いことは勿論である。
【００２３】
図１を参照して、半導体装置における銅配線形成例を説明する。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２を堆積し、この絶縁膜２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微細孔（ビアホール）３と配線溝（トレンチ）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。
【００２４】
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の微細孔３及び配線溝４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜２上に銅層７を堆積させる。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）などにより、絶縁膜２上のバリア層５、シード層６及び銅層７を除去して、微細孔３及び配線溝４内に充填させた銅層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１（ｃ）に示すように、絶縁膜２の内部にシード層６と銅層７からなる配線（銅配線）８を形成する。
【００２５】
次に、図１（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。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態におけるめっき装置を備えた基板処理装置の平面図を示す。図２に示すように、この基板処理装置は、例えばスミフボックス等の内部に多数の半導体ウエハ等の基板を収納した搬送ボックス１０を着脱自在な矩形状の装置フレーム１２を備えている。この装置フレーム１２の内部には、ロード・アンロードステーション１４と、このロード・アンロードステーション１４との間で基板を授受する走行自在な搬送ロボット１６が備えられている。そして、搬送ロボット１６を挟んで該搬送ロボット１６の両側には、一対のめっき装置１８が配置され、更に、搬送ロボット１６を挟んで一方の側には、洗浄・乾燥装置２０、ベベルエッチング・裏面洗浄装置２２及び膜厚測定器２４が直列に配置され、他方の側には、熱処理（アニール）装置２６、前処理装置２８、無電解めっき装置３０及び研磨装置３２が直列に配置されている。
【００２７】
ここで、装置フレーム１２には遮光処理が施され、これによって、この装置フレーム１２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。
【００２８】
図３は、めっき装置１８の概要を示す。図３に示すように、めっき装置１８は、水平方向に揺動自在な揺動アーム５００を備え、この揺動アーム５００の先端に電極ヘッド５０２が回転自在に支承されている。一方、電極ヘッド５０２の下方に位置して、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５０４が上下動自在に配置され、この基板保持部５０４の上方には、該基板保持部５０４の周縁部を囲繞するようにカソード部５０６が配置されている。
【００２９】
なお、この例では、電極ヘッド５０２として、その径が基板保持部５０４の径より僅かに小さい径を有するものを使用し、電極ヘッド５０２と基板保持部５０４との相対位置を変化させることなく、基板保持部５０４で保持した基板Ｗの表面（被めっき面）のほぼ全面に亘ってめっきを行えるようにした例を示している。また、この例では、表面を上向きにして基板を保持してめっきを行うようにした、いわゆるフェースアップ方式を採用しためっき装置に適用した例を示しているが、表面を下向きにして基板を保持してめっきを行うようにした、いわゆるフェースアップ方式を採用しためっき装置や、基板を鉛直方向に配置してめっきを行うようにした、いわゆる竪置きタイプのめっき装置にも適用できることは勿論である。
【００３０】
基板保持部５０４の上面の周縁部には、内部に設けた真空通路５０４ａに連通するリング状の真空吸着溝５０４ｂが設けられ、この真空吸着溝５０４ｂを挟んだ内外の両側に、シールリング５０８，５１０が装着されている。これにより、基板保持部５０４の上面に基板Ｗを載置し、真空通路５０４ａを介して真空吸着溝５０４ｂ内を真空吸引することで、基板Ｗをその周縁部を吸着して保持するようになっている。
揺動アーム５００は、図示しないサーボモータからなる上下動モータとボールねじを介して上下動し、図示しない旋回モータを介して、旋回（揺動）するようになっている。なお、モータの代わりに空気圧アクチュエータを使用しても良いことは勿論である。
【００３１】
前記カソード部５０６は、この例では６分割されたカソード電極５１２と、このカソード電極５１２の上方を覆うように取付けた環状のシール材５１４とを有している。シール材５１４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。これにより、基板保持部５０４が上昇した時に、この基板保持部５０４で保持した基板Ｗの周縁部にカソード電極５１２が押付けられて通電し、同時にシール材５１４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５１２を汚染することを防止するようになっている。
【００３２】
なお、この例において、カソード部５０６は、上下動不能で基板保持部５０４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５１４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。
【００３３】
前記電極ヘッド５０２は、共に下方に開口した有底円筒状で、同心状に配置した回転ハウジング５２２と上下動ハウジング５２０とを有している。そして、回転ハウジング５２２は、揺動アーム５００の自由端に取付けた回転体５２４の下面に固着されて該回転体５２４と一体に回転するよう構成されている。一方、上下動ハウジング５２０は、その上部において回転ハウジング５２２の内部に位置して、この回転ハウジング５２２と一体に回転し、相対的に上下動するように構成されている。上下動ハウジング５２０は、下端開口部を多孔質体５２８で閉塞することで、内部に円板状のアノード５２６を配置し、内部に該アノード５２６を浸漬させるめっき液Ｑを導入するアノード室５３０を区画形成している。
【００３４】
この多孔質体５２８は、この例では、多孔質材を３層に積層した多層構造となっている。すなわち、多孔質体５２８は、主にめっき液を保持する役割を果たすめっき液含浸材５３２と、このめっき液含浸材５３２の下面に取付けられた多孔質パッド５３４から構成され、この多孔質パッド５３４は、基板Ｗに直接接触する下層パッド５３４ａと、この下層パッド５３４ａとめっき液含浸材５３２との間に介装される上層パッド５３４ｂから構成されている。そして、めっき液含浸材５３２と上層パッド５３４ｂは、上下動ハウジング５２０の内部に位置し、下層パッド５３４ａで上下動ハウジング５２０の下端開口部を閉塞するようになっている。
【００３５】
このように、多孔質体５２８を多層構造とすることで、例えば基板Ｗと接触する多孔質パッド５３４（下層パッド５３４ａ）として、十分な平坦性を有するものを使用することが可能となる。つまり、この下層パッド５３４ａは、基板Ｗの表面（被めっき面）と接触する面（表面）の平担性がある程度高く、めっき液が通過できる微細貫通穴を有し、少なくとも接触面が絶縁物もしくは絶縁性の高い物質で形成されていることが望ましい。この下層パッド５３４ａに要求される平担性は、例えば、最大粗さ（Ｒmax）が数十μｍ以下程度である。
【００３６】
また、下層パッド５３４ａに要求される微細貫通穴は、接触面での平坦性を保つために丸穴の貫通孔が好ましく、更に、微細貫通穴の穴径や単位面積当たりの個数などはめっきする膜質や配線パターンによって最適値が異なるが、両者とも小さい方が凹部内におけるめっき成長の選択性を向上させる上で好ましい。具体的な、微細貫通穴の穴径や単位面積当たりの個数としては、例えば、穴径３０μｍ以下、好ましくは５〜２０μｍの微小貫通孔が、気孔率で５０％以下の状態で存在すれば良い。
更に、下層パッド５３４ａは、ある程度の固さであることが好ましく、例えば、その引張り強度が５〜１００ｋｇ／ｃｍ2、曲げ弾性強度が２００〜１００００ｋｇ／ｃｍ2程度であればよい。
【００３７】
この下層パッド５３４ａは、更に親水性の材料であることが好ましく、例えば下記に示す材料に対し親水化処理または親水基を重合させたものが用いられる。このような材料の例としては、多孔ポリエチレン（ＰＥ）、多孔ポリプロピレン（ＰＰ）、多孔ポリアミド、多孔ポリカーボネートまたは多孔ポリイミド等が挙げられる。このうち、多孔ＰＥ、多孔ＰＰ、多孔ポリアミド等は、超高分子のＰＥ、ＰＰ、ポリアミド等の細かい粉を原料とし、これを押し固め、焼結成形することにより調製したものであり、フィルダスＳ（三菱樹脂（株）製）、サンファインＵＨ、サンファインＡＱ（ともに旭化成（株）製）、Ｓｐａｃｙ（スペイシーケミカル社製）等の商品名で市販されている。また、多孔ポリカーボネートは、例えば、ポリカーボネートフィルムにアクセラレーターで加速した高エネルギーの重金属（銅等）を貫通させ、これにより生成する直線上のトラック（軌跡）を選択的にエッチングすることにより調製されるものである。
【００３８】
この下層パッド５３４ａは、基板Ｗの表面と接触する面（表面）を圧縮加工、機械加工等により平坦化加工したものであっても良く、これにより、微小溝でのより高い優先析出が期待できる。
【００３９】
一方、めっき液含浸材５３２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。
【００４０】
このようにめっき液含浸材５３２をアノード室５３０内に配し、このめっき液含浸材５３２によって大きな抵抗を発生させることで、銅層７（図１参照）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。
【００４１】
電極ヘッド５０２には、基板保持部５０４で保持した基板Ｗの表面（被めっき面）に下層パッド５３４ａを任意の圧力で押圧し、該下層パッド５３４ａを基板Ｗの表面から離間させる、この例ではエアバック５４０からなる押圧離間機構が備えられている。つまり、この例では、回転ハウジング５２２の天井壁の下面と上下動ハウジング５２０の天井壁の上面との間に、リング状のエアバック（押圧離間機構）５４０が配置され、このエアバック５４０は、加圧流体導入管５４２を介して、加圧流体供給源５５４に接続されている。
【００４２】
これにより、揺動アーム５００を所定の位置（プロセス位置）に上下動不能に固定した状態で、エアバック５４０の内部を圧力Ｐで加圧することで、基板保持部５０４で保持した基板Ｗの表面（被めっき面）に下層パッド５３４ａを任意の圧力でより均一に押圧し、上記圧力Ｐを大気圧に戻すことで、下層パッド５３４ａの押圧を解いて、下層パッド５３４ａを基板Ｗの表面から離間させることができる。
【００４３】
上下動ハウジング５２０には、この内部にめっき液を導入するめっき液導入管５４４と、加圧流体を導入する加圧流体導入管（図示せず）が取付けられており、アノード５２６の内部には、多数の細孔５２６ａが設けられている。これにより、めっき液Ｑは、めっき液導入管５４４からアノード室５３０内に導入され、アノード室５３０の内部を加圧することで、アノード５２６の細孔５２６ａ内を通過してめっき液含浸材５３２の上面に達し、この内部から多孔質パッド５３４（上層パッド５３４ｂ及び下層パッド５３４ａ）の内部を通過して、基板保持部５０４で保持した基板Ｗの上面に達する。
【００４４】
なお、アノード室５３０の内部は、化学反応により発生するガスも含み、このため、圧力が変化することがある。このため、アノード室５３０内の圧力は、プロセス中のフィードバック制御によりある設定値にコントロールされるようになっている。
【００４５】
ここで、アノード５２６は、例えば、銅めっきを行う場合にあっては、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。白金、チタン等の不溶解性金属あるいは金属の上に白金や酸化イリジウム等をコーティング（めっき）した不溶解性電極であってもよく、交換等が不要なことから、不溶解性金属あるいは不溶解性電極であることが好ましい。更に、めっき液の流通のしやすさ等から、網状であってもよい。
【００４６】
カソード電極５１２はめっき電源５５０の陰極に、アノード５２６はめっき電源５５０の陽極にそれぞれ電気的に接続される。このめっき電源５５０、前記押圧離間機構としてのエアバック５４０に加圧流体を供給する加圧流体供給源５４４、及び前記回転ハウジング５２２と前記上下動ハウジング５２０とを一体に回転させる回転体５２４等は、制御部５５２から出力される制御信号により制御される。
【００４７】
この例において、めっき液Ｑとして、金属イオンとしての銅イオン、支持電解質及びハロゲンイオンと、有機イオウ化合物、高分子化合物または有機窒素化合物のうち少なくとも一種の化合物を含むめっき液を使用している。
めっき液Ｑ中の銅イオン濃度は、好ましくは３０〜６０ｇ／Ｌである。支持電解質としては硫酸を用いるのが好ましく、このように支持電解質として硫酸を用いた場合のめっき液Ｑ中の硫酸濃度は、好ましくは１０〜１００ｇ／Ｌである。また、ハロゲンイオンとしては塩素イオンを用いるのが好ましく、このようにハロゲンイオンとして塩素イオンを用いた場合のめっき液中の塩素イオン濃度は、好ましくは３０〜９０ｍｇ／Ｌである。
【００４８】
有機イオウ化合物としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルジチオカルバミルプロピルスルホン酸、Ｏ−エチル−Ｓ−（３−プロピルスルホン酸）−ジチオカルボネート、ビス−（スルホプロピル）ジスルフィド等やそれらの塩類が挙げられる。有機イオウ化合物の添加量は、一般には０．１〜１００ｐｐｍの範囲で、１〜５０ｐｐｍの範囲であることが好ましい。
【００４９】
高分子化合物は、プロピレンオキサイド基またはプロピレンオキサイド基とエチレンオキサイド基を有していることが好ましい。この種の高分子化合物としては、ポリプロピレングリコールあるいはそれらのランダムまたはブロック重合ポリマーあるいはそれらの誘導体等のポリエーテル類、ポリ（オキシエチレン・オキシプロピレン）グリコールあるいはそれらのランダムまたはブロック重合ポリマーあるいはそれらの誘導体等のポリエーテル類が挙げられる。高分子化合物の添加量は、一般には１０〜５００ｍｇ／Ｌの範囲で、５０〜３００ｍｇ／Ｌの範囲であることが好ましい。
【００５０】
有機窒素化合物としては、ポリアルキレンイミンおよびその誘導体、Ｎ−染料置換体化合物等のチオ尿素誘導体、サフラニン化合物、アミド類が挙げられる。有機窒素化合物の添加量は、一般には０．０１〜１００ｍｇ／Ｌの範囲で、０．１〜５０ｍｇ／Ｌの範囲であることが好ましい。
【００５１】
次に、このめっき装置でめっきを行う時の操作について説明する。先ず、基板保持部５０４の上面に基板Ｗを吸着保持した状態で、基板保持部５０４を上昇させて、例えば図１に示すシード層（導電体層）６を形成した基板Ｗの被めっき面の周縁部をカソード電極５１２に接触させて通電可能な状態となし、更に、基板Ｗの被めっき面の周縁部上面にシール材５１４を圧接させ、基板Ｗの被めっき面の周縁部を水密的にシールする。
【００５２】
一方、電極ヘッド５０２にあっては、アイドリングを行ってめっき液の置換及び泡抜き等を行っている位置（アイドリング位置）から、めっき液Ｑを内部に保持した状態で、所定の位置（プロセス位置）に位置させる。つまり、揺動アーム５００を一旦上昇させ、更に旋回させることで、電極ヘッド５０２を基板保持部５０４の直上方位置に位置させ、しかる後、下降させて所定の位置（プロセス位置）に達した時に停止させる。そして、アノード室５３０内を加圧して、電極ヘッド５０２で保持しためっき液Ｑを多孔質パッド５３４の下面から吐出させて液張りを行う。次に、エアバック５４０内に加圧空気を導入して、下層パッド５３４ａを下方に押付けて、基板保持部５０４で保持した基板Ｗの上面（被めっき面）に下層パッド５３４ａを所定の圧力で接触させる。
【００５３】
この液張り後、下層パッド５３４ａを基板Ｗの表面に接触させた状態で、基板保持部５０４で保持した基板Ｗを、例えば１回転／ｓｅｃの速度で２回転させて下層パッド５３４ａの表面（下面）に擦り付けて、基板Ｗの回転を停止させる。これにより、基板Ｗの表面（下面）を下層パッド５３４ａに馴染ませる。なお、基板Ｗを固定しておいて、下層パッド５３４ａの方を回転させるようにしてもよいことは勿論である。そして、基板Ｗの回転を停止させた後、好ましくは、２秒以内にカソード電極５１２をめっき電源５５０の陰極に、アノード５２６をめっき電源５５０の陽極にそれぞれ接続し、基板Ｗの被めっき面（シード層６）とアノード５２６との間に、電流密度が、例えば、１〜５０ｍＡ／ｃｍ２の電流を流して基板Ｗの被めっき面（シード層６の表面）へのめっきを行う。
【００５４】
このように、多孔質体５２８を構成する下層パッド５３４ａと基板保持部５０４で保持した基板Ｗの被めっき面とを互いに接触させつつ、下層パッド５３４ａと基板Ｗとを相対運動させ、しかる後に、前述のように、金属イオンとしての銅イオン、支持電解質及びハロゲンイオンと、有機イオウ化合物、高分子化合物または有機窒素化合物のうち少なくとも一種の化合物を含むめっき液Ｑを使用した電解めっきを行うことにより、配線パターン上部におけるめっき膜の析出を抑制してめっき速度を低下させ、配線溝４や微細孔３（図１参照）の中に優先的にめっき膜を析出させることができる。
【００５５】
そして、所定時間、例えば０．１〜１００秒間電解めっきを継続した後、カソード電極５１２及びアノード５２６のめっき電源５５０との接続を解くとともに、エアバック５４０内を大気圧に戻して、下層パッド５３４ａを基板Ｗの被めっき面から引き離し、このまま所定時間、例えば０．１〜１００秒間放置する。
【００５６】
上記の操作、すなわち、下層パッド５３４ａを基板Ｗの表面に接触させ、この状態で、下層パッド５３４ａと基板Ｗとを相対移動させ、この相対移動を停止させた後、カソード電極５１２をめっき電源５５０の陰極に、アノード５２６をめっき電源５５０の陽極にそれぞれ接続して所定時間めっきを行い、しかる後、カソード電極５１２及びアノード５２６のめっき電源５５０との接続を解くとともに、下層パッド５３４ａを基板Ｗの被めっき面から引き離して所定時間放置する操作を１サイクルとして、このサイクルを、所定回数、例えば１５回繰り返す。これにより、基板Ｗの表面（被めっき面）に、配線用の微細凹部を埋めるのに十分な膜厚の銅層７（図１（ｂ）参照）を成膜したのち、電極ヘッド５０２を旋回させて元の位置（アイドリング位置）に戻す。
なお、下層パッド５３４ａを基板Ｗの表面に接触させ、この状態で、下層パッド５３４ａと基板Ｗとを相対移動させ、この相対移動を停止させた後、下層パッド５３４ａを基板Ｗの被めっき面から引き離して、カソード電極５１２をめっき電源５５０の陰極に、アノード５２６をめっき電源５５０の陽極にそれぞれ接続して所定時間めっき（非接触めっき）を行い、しかる後、カソード電極５１２及びアノード５２６のめっき電源５５０との接続を解いて所定時間放置する操作を１サイクルとして、このサイクルを、所定回数、例えば１５回繰り返すようにしてもよい。
【００５７】
このように、金属イオン、支持電解質及びハロゲンイオンと、有機イオウ化合物、高分子化合物または有機窒素化合物のうち少なくとも一種の化合物を有するめっき液Ｑを使用し、基板表面（導電体層）を下層パッド（多孔質体）５３４ａに接触させつつ該基板表面とアノード５２６との間を通電させる操作と、基板表面とアノード５２６との間の通電を解いて基板表面を下層パッド（多孔質体）５３４ａから離す操作を繰り返して、配線用の微細凹部内に金属を埋込むことで、配線溝や微細孔等の微細凹部中に優先的にめっき膜を析出させ、しかも、配線溝や微細孔等の形状のばらつき（幅や大きさの違い）に影響されることなく、表面がより平坦なめっき膜を成膜できる。
【００５８】
なお、基板Ｗの被めっき面（シード層６）とアノード５２６との間に流す電流の電流密度を、例えば前記サイクルを１２回繰り返すのであれば、最初の６回は１０ｍＡ／ｃｍ２に、後の６回は２０ｍＡ／ｃｍ２にそれぞれ設定して、時間経過に伴って増大させるようにしてもよい。
【００５９】
なお、この例では、基板保持部５０４を回転させて、基板保持部５０４で保持した基板Ｗと下層パッド５３４ａとを相対移動させるようにした例を示しているが、下層パッド５３４ａと基板保持部５０４で保持した基板Ｗの少なくとも一方を公転させるようにしてもよい。更に、下層パッド５３４ａと基板保持部５０４で保持した基板Ｗの少なくとも一方を、上下運動及び／または振動させるようにしてもよい。
【００６０】
図４は、めっき液の組成や液温等を管理してめっき装置１８に供給するめっき液管理供給システムを示す。図４に示すように、めっき装置１８の電極ヘッド５０２を浸漬させてアイドリングを行うめっき液トレー６００が備えられ、このめっき液トレー６００は、めっき液排出管６０２を介してリザーバ６０４に接続されており、めっき液排出管６０２を通して排出されためっき液は、リザーバ６０４に入る。
【００６１】
そして、このリザーバ６０４に入っためっき液は、ポンプ６０６の駆動に伴って、めっき液調整タンク６０８に入る。このめっき液調整タンク６０８には、温度コントローラ６１０や、サンプル液を取出して分析するめっき液分析ユニット６１２が付設され、更に、めっき液分析ユニット６１２の分析によって不足する成分を補給する成分補給管６１４が接続されており、めっき液調整タンク６０８内のめっき液は、ポンプ６１６の駆動に伴って、めっき液供給管６１８に沿って流れ、フィルタ６２０を通過して、めっき液トレー６００に戻されるようになっている。
【００６２】
このように、めっき液調整タンク６０８でめっき液の組成及び温度を一定に調整し、この調整しためっき液をめっき装置１８の電極ヘッド５０２に供給して、該電極ヘッド５０２で保持することで、めっき装置１８の電極ヘッド５０２に、常に一定の組成及び温度を有するめっき液を供給することができる。
【００６３】
図５及び図６は、基板を洗浄（リンス）し乾燥させるようにした洗浄・乾燥装置２０の一例を示す。つまり、この洗浄・乾燥装置２０は、まず化学洗浄及び純水洗浄（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装置であり、基板Ｗのエッジ部を把持するクランプ機構４２０を備えた基板保持部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。
【００６４】
基板保持部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。
【００６５】
また、洗浄・乾燥装置２０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、洗浄・乾燥装置２０の上部には、装置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。
【００６６】
このような構成の洗浄・乾燥装置２０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の表面の洗浄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。
【００６７】
図７にベベルエッチング・裏面洗浄装置２２の一例を示す。このベベルエッチング・裏面洗浄装置２２は、基板のエッジ（ベベル）部に付着した銅層７（図１参照）のエッチングと裏面洗浄を同時に行い、しかも、基板表面に設けた回路形成部における銅の自然酸化膜の成長を抑えるようにしたもので、有底円筒状の防水カバー９２０の内部に位置して基板Ｗをフェースアップでその周縁部の円周方向に沿った複数箇所でスピンチャック９２１により水平に保持して高速回転させる基板保持部９２２と、この基板保持部９２２で保持された基板Ｗの表面側のほぼ中央部上方に配置されたセンタノズル９２４と、基板Ｗの周縁部の上方に配置されたエッジノズル９２６とを備えている。センタノズル９２４及びエッジノズル９２６は、それぞれ下向きで配置されている。また基板Ｗの裏面側のほぼ中央部の下方に位置して、バックノズル９２８が上向きで配置されている。前記エッジノズル９２６は、基板Ｗの直径方向及び高さ方向を移動自在に構成されている。
【００６８】
このエッジノズル９２６の移動幅Ｌは、基板の外周端面から中心部方向に任意の位置決めが可能になっていて、基板Ｗの大きさや使用目的等に合わせて、設定値の入力を行う。通常、２ｍｍから５ｍｍの範囲でエッジカット幅Ｃを設定し、裏面から表面への液の回り込み量が問題にならない回転速度以上であれば、その設定されたカット幅Ｃ内の銅層等を除去することができる。
【００６９】
次に、このベベルエッチング・裏面洗浄装置２２による洗浄方法について説明する。まず、スピンチャック９２１を介して基板を基板保持部９２２で水平に保持した状態で、基板Ｗを基板保持部９２２と一体に水平回転させる。この状態で、センタノズル９２４から基板Ｗの表面側の中央部に酸溶液を供給する。この酸溶液としては非酸化性の酸であればよく、例えばフッ酸、塩酸、硫酸、クエン酸、蓚酸等を用いる。一方、エッジノズル９２６から基板Ｗの周縁部に酸化剤溶液を連続的または間欠的に供給する。この酸化剤溶液としては、オゾン水、過酸化水素水、硝酸水、次亜塩素酸ナトリウム水等のいずれかを用いるか、またはそれらの組み合わせを用いる。
【００７０】
これにより、基板Ｗの周縁部のエッジカット幅Ｃの領域では上面及び端面に成膜された銅層等は酸化剤溶液で急速に酸化され、同時にセンタノズル９２４から供給されて基板の表面全面に拡がる酸溶液によってエッチングされ溶解除去される。このように、基板周縁部で酸溶液と酸化剤溶液を混合させることで、予めそれらの混合水をノズルから供給するのに比べて急峻なエッチングプロフィールを得ることができる。このときそれらの濃度により銅のエッチングレートが決定される。また、基板の表面の回路形成部に銅の自然酸化膜が形成されていた場合、この自然酸化物は基板の回転に伴って基板の表面全面に亘って広がる酸溶液で直ちに除去されて成長することはない。なお、センタノズル９２４からの酸溶液の供給を停止した後、エッジノズル９２６からの酸化剤溶液の供給を停止することで、表面に露出しているシリコンを酸化して、銅の付着を抑制することができる。
【００７１】
一方、バックノズル９２８から基板の裏面中央部に酸化剤溶液とシリコン酸化膜エッチング剤とを同時または交互に供給する。これにより基板Ｗの裏面側に金属状で付着している銅等を基板のシリコンごと酸化剤溶液で酸化しシリコン酸化膜エッチング剤でエッチングして除去することができる。なおこの酸化剤溶液としては表面に供給する酸化剤溶液と同じものにする方が薬品の種類を少なくする上で好ましい。またシリコン酸化膜エッチング剤としては、フッ酸を用いることができ、基板の表面側の酸溶液もフッ酸を用いると薬品の種類を少なくすることができる。これにより、酸化剤供給を先に停止すれば疎水面が得られ、エッチング剤溶液を先に停止すれば飽水面（親水面）が得られて、その後のプロセスの要求に応じた裏面に調整することもできる。
【００７２】
このように酸溶液すなわちエッチング液を基板に供給して、基板Ｗの表面に残留する金属イオンを除去した後、更に純水を供給して、純水置換を行ってエッチング液を除去し、その後、スピン乾燥を行う。このようにして基板表面の周縁部のエッジカット幅Ｃ内の銅層の除去と裏面の銅汚染除去を同時に行って、この処理を、例えば８０秒以内に完了させることができる。なお、エッジのエッジカット幅を任意（２ｍｍ〜５ｍｍ）に設定することが可能であるが、エッチングに要する時間はカット幅に依存しない。
【００７３】
図８及び図９は、熱処理（アニール）装置２６を示す。この熱処理装置２６は、基板Ｗを出し入れするゲート１０００を有するチャンバ１００２の内部に位置して、基板Ｗを、例えば４００℃に加熱するホットプレート１００４と、例えば冷却水を流して基板Ｗを冷却するクールプレート１００６が上下に配置されている。また、クールプレート１００６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１００８が昇降自在に配置されている。更に、アニール時に基板Ｗとホットプレート１００４との間に酸化防止用のガスを導入するガス導入管１０１０と、該ガス導入管１０１０から導入され、基板Ｗとホットプレート１００４との間を流れたガスを排気するガス排気管１０１２がホットプレート１００４を挟んで互いに対峙する位置に配置されている。
【００７４】
ガス導入管１０１０は、内部にフィルタ１０１４ａを有するＮ２ガス導入路１０１６内を流れるＮ２ガスと、内部にフィルタ１０１４ｂを有するＨ２ガス導入路１０１８内を流れるＨ２ガスとを混合器１０２０で混合し、この混合器１０２０で混合したガスが流れる混合ガス導入路１０２２に接続されている。
【００７５】
これにより、ゲート１０００を通じてチャンバ１００２の内部に搬入した基板Ｗを昇降ピン１００８で保持し、昇降ピン１００８を該昇降ピン１００８で保持した基板Ｗとホットプレート１００４との距離が、例えば０．１〜１．０ｍｍ程度となるまで上昇させる。この状態で、ホットプレート１００４を介して基板Ｗを、例えば４００℃となるように加熱し、同時にガス導入管１０１０から酸化防止用のガスを導入して基板Ｗとホットプレート１００４との間を流してガス排気管１０１２から排気する。これによって、酸化を防止しつつ基板Ｗをアニールし、このアニールを、例えば数十秒〜６０秒程度継続してアニールを終了する。基板の加熱温度は１００〜６００℃が選択される。
【００７６】
アニール終了後、昇降ピン１００８を該昇降ピン１００８で保持した基板Ｗとクールプレート１００６との距離が、例えば０〜０．５ｍｍ程度となるまで下降させる。この状態で、クールプレート１００６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、基板を冷却し、この冷却終了後の基板を次工程に搬送する。
なお、この例では、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。
【００７７】
図１０乃至図１６は、基板の無電解めっきの前処理を行う前処理装置２８を示す。この前処理装置２８は、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。
【００７８】
この出力軸６４の内部には、図１３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。
【００７９】
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。
【００８０】
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１４及び図１５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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
更に、図１６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。
【００８６】
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。
【００８７】
この前処理装置２８によれば、図１０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１１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１２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。
【００８８】
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。
【００８９】
図１７乃至図２３に無電解めっき装置３０を示す。この無電解めっき装置３０は、図１（ｄ）に示す保護膜９を形成するためのものあり、めっき槽２００（図２１及び図２３参照）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。
【００９０】
基板ヘッド２０４は、図１７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。
【００９１】
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。
【００９２】
吸着ヘッド２３４の下面周縁部には、図１８乃至図２０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。
【００９３】
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。
【００９４】
これにより、図１８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１９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２０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。
【００９５】
図２１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２３参照）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。
【００９６】
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。
【００９７】
このめっき槽２００は、図２３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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
図２２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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
この無電解めっき装置３０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。
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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１６との受渡し位置まで移動させ、この搬送ロボット１６に基板Ｗを受渡して次工程に搬送する。
【０１０８】
この無電解めっき装置３０には、図２３に示すように、無電解めっき装置３０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。
【０１０９】
このめっき液管理ユニット３３０は、無電解めっき装置３０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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
図２４は、研磨装置（ＣＭＰ装置）３２の一例を示す。この研磨装置３２は、上面に研磨布（研磨パッド）８２０を貼付して研磨面を構成する研磨テーブル８２２と、基板Ｗをその被研磨面を研磨テーブル８２２に向けて保持するトップリング８２４とを備えている。そして、研磨テーブル８２２とトップリング８２４とをそれぞれ自転させ、研磨テーブル８２２の上方に設置された砥液ノズル８２６より砥液を供給しつつ、トップリング８２４により基板Ｗを一定の圧力で研磨テーブル８２２の研磨布８２０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。なお、研磨パッドとして、予め砥粒を入れた固定砥粒方式を採用したものを使用してもよい。
【０１１２】
このようなＣＭＰ装置３２を用いて研磨作業を継続すると研磨布８２０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８２８を設け、このドレッサー８２８によって、研磨する基板Ｗの交換時などに研磨布８２０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８２８のドレッシング面（ドレッシング部材）を研磨テーブル８２２の研磨布８２０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。また、研磨テーブル８２２に基板の表面の状態を監視するモニタを取付け、その場（In-situ）で研磨の終点（エンドポイント）を検出してもよく、またその場（In-situ）で基板の仕上がり状態を検査するモニタを取付けてもよい。
【０１１３】
図２５及び図２６は、反転機を備えた膜厚測定器２４を示す。同図に示すように、この膜厚測定器２４は反転機３３９を備え、この反転機３３９は、反転アーム３５３，３５３を備えている。この反転アーム３５３，３５３は、基板Ｗの外周をその左右両側から挟み込んで保持し、これを１８０°回動することで反転させる機能を有する。そしてこの反転アーム３５３，３５３（反転ステージ）の直下に円形の取付け台３５５を設置し、取付け台３５５上に複数の膜厚センサＳを設置する。取付け台３５５は駆動機構３５７によって上下動自在に構成されている。
【０１１４】
そして基板Ｗの反転時には、取付け台３５５は、基板Ｗの下方の実線の位置に待機しており、反転の前又は後に点線で示す位置まで上昇して膜厚センサＳを反転アーム３５３，３５３に把持した基板Ｗに接近させ、その膜厚を測定する。
【０１１５】
この例によれば、搬送ロボットのアームなどの制約がないため、取付け台３５５上の任意の位置に膜厚センサＳを設置できる。また、取付け台３５５は上下動自在な構成となっているので、測定時に基板Ｗとセンサ間の距離を調整することも可能である。また、検出目的に応じた複数の種類のセンサを取付けて、各々のセンサの測定毎に基板Ｗと各センサ間の距離を変更することも可能である。但し取付け台３５５が上下動するため、測定時間をやや要することになる。
【０１１６】
ここで、膜厚センサＳとして、例えば渦電流センサが使用される。渦電流センサは渦電流を発生させ、基板Ｗを導通して帰ってきた電流の周波数や損失を検出することにより膜厚を測定するものであり、非接触で用いられる。更に膜厚センサＳとしては、光学的センサも好適である。光学的センサは、試料に光を照射し、反射する光の情報から膜厚を直接的に測定することができるものであり、金属膜だけでなく酸化膜などの絶縁膜の膜厚測定も可能である。膜厚センサＳの設置位置は図示のものに限定されず、測定したい箇所に任意の個数を取付ける。
【０１１７】
次に、このように構成された基板処理装置によって、図１（ａ）に示す、シード層６を形成した基板に銅配線を形成する一連の処理を、図２７を更に参照して説明する。
先ず、表面にシード層６を形成した基板Ｗを搬送ボックス１０から一枚ずつ取出し、ロード・アンロードステーション１４に搬入する。そして、このロード・アンロードステーション１４に搬入した基板Ｗを搬送ロボット１６で膜厚測定器２４に搬送し、この膜厚測定器２４でイニシャル膜厚（シード層６の膜厚）を測定し、しかる後、必要に応じて、基板を反転させてめっき装置１８に搬送し、このめっき装置１８で、図１（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅層７を堆積させて、銅の埋込みを行う。
【０１１８】
そして、この銅層７を形成した基板を、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送して、基板Ｗの純水による洗浄を行ってスピン乾燥させるか、またはめっき装置１８にスピン乾燥機能が備えられている場合には、このめっき装置１８で基板Ｗのスピン乾燥（液切り）を行って、この乾燥後の基板をベベルエッチング・裏面洗浄装置２２に搬送する。
【０１１９】
このベベルエッチング・裏面洗浄装置２２では、基板Ｗのベベル（エッジ）部に付着した不要な銅をエッチング除去すると同時に、基板の裏面を純水等で洗浄し、しかる後、前述と同様に、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送して、基板Ｗの純水による洗浄を行ってスピン乾燥させるか、またはベベルエッチング・裏面洗浄装置２２にスピン乾燥機能が備えられている場合には、このベベルエッチング・裏面洗浄装置２２で基板Ｗのスピン乾燥を行って、この乾燥後の基板を、搬送ロボット１６で熱処理装置２６に搬送する。
【０１２０】
この熱処理装置２６で基板Ｗの熱処理（アニール）を行う。そして、この熱処理後の基板Ｗを搬送ロボット１６で膜厚測定器２４に搬送し、ここで銅の膜厚を測定し、この測定結果と前述のイニシャル膜厚の測定結果との差から、銅層７（図１（ｂ）参照）の膜厚を求め、この測定後の膜厚によって、例えば次に基板に対するめっき時間を調整し、また膜厚が不足する場合には、再度めっきによる銅の追加の成膜を行う。そして、この膜厚測定後の基板Ｗを、搬送ロボット１６により研磨装置３２に搬送する。
【０１２１】
この研磨装置３２で、図１（ｃ）に示すように、基板Ｗの表面に堆積した不要な銅層７及びシード層６を研磨除去して、基板Ｗの表面を平坦化する。この時、例えば、膜厚や基板の仕上がり具合をモニタで検査し、このモニタで終点（エンドポイント）を検知した時に、研磨を終了する。そして、この研磨後の基板Ｗを搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送し、この洗浄・乾燥装置２０で基板表面を薬液で洗浄し、更に純水で洗浄（リンス）した後、高速回転させてスピン乾燥させる。そして、このスピン乾燥後の基板Ｗを搬送ロボット１６で前処理装置２８に搬送する。
【０１２２】
この前処理装置２８で、例えば基板表面へのＰｄ触媒の付着や、基板の露出表面に付着した酸化膜の除去等の少なくとも一方のめっき前処理を行う。そして、このめっき前処理後の基板を、前述のように、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送して、基板Ｗの純水による洗浄を行ってスピン乾燥させるか、または前処理装置２８にスピン乾燥機能が備えられている場合には、この前処理装置２８で基板Ｗのスピン乾燥（液切り）を行って、この乾燥後の基板を搬送ロボット１６で無電解めっき装置３０に搬送する。
【０１２３】
この無電解めっき装置３０で、図１（ｄ）に示すように、露出した配線８の表面に、例えば無電解Ｃｏ−Ｗ−Ｐめっきを施して、配線８の外部への露出表面に、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金膜からなる保護膜（めっき膜）９を選択的に形成して配線８を保護する。この保護膜９の膜厚は、０．１〜５００ｎｍ、好ましくは、１〜２００ｎｍ、更に好ましくは、１０〜１００ｎｍ程度である。この時、例えば、保護膜９の膜厚をモニタして、この膜厚が所定の値に達した時、つまり終点（エンドポイント）を検知した時に、無電解めっきを終了する。
【０１２４】
そして、無電解めっきが終了した基板を、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥装置２０に搬送し、この洗浄・乾燥装置２０で基板表面を薬液で洗浄し、更に純水で洗浄（リンス）した後、高速回転させてスピン乾燥させる。そして、このスピン乾燥後の基板Ｗを搬送ロボット１６でロード・アンロードステーション１４を経由して搬送ボックス１０内に戻す。
なお、この例は、配線材料として、銅を使用した例を示しているが、この銅の他に、銅合金、銀及び銀合金等を使用しても良い。
【実施例１】
【０１２５】
図２８に示すように、幅０．１８μｍ、深さ１．０μｍの微細な配線溝４０を０．１８μｍの間隔で多数密に形成するとともに、幅２０μｍ、深さ１．０μｍのやや幅広の配線溝４２を単独で形成した、直径２００ｍｍのシリコンウェーハ基材４４の表面に、ＰＶＤ法によりバリア層を成膜し、次いで同法により、導電体層としての銅シード層を８０ｎｍ成膜した試料を用意した。
【０１２６】
そして、この試料の表面に、めっき液として、下記の組成の硫酸銅めっき液を用い、図３に示すめっき装置とほぼ同様な構成のめっき装置を使用した電解めっきを行って、銅シード層の表面に約５００ｎｍの銅めっき膜４６を成膜した。
・硫酸銅五水和物：２００ｇ／Ｌ
・硫  酸        ：５０ｇ／Ｌ
・塩  素        ：６０ｍｇ／Ｌ
・イオウ化合物（Ｎ，Ｎ−ジメチルジチオカルバミルプロピルスルホン酸）：５ｍｇ／Ｌ
・高分子化合物（ポリプロピレングリコール（分子量＝７００））：１００ｍｇ／Ｌ
・窒素化合物（サフラニン化合物、ヤヌスグリーンＢ）：２ｍｇ／Ｌ
【０１２７】
めっき条件は、先ず基板保持部５０４で試料を保持し、この試料に設けた銅シード層と下層パッド（多孔質体）５３４ａを接触させた状態で、試料を２秒間回転運動させた。そして、試料の回転を停止させ、試料の銅シード層とアノード５２６との間に電流を電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２で１０秒間流した。そして、試料の銅シード層とアノード５２６との間の通電を停止した後、下層パッド５３４ａを試料の銅シード層から離し、２〜３秒間放置した。この銅シード層と下層パッド５３４ａとの接触から一連の操作を1サイクルとして１５回繰り返した。
【０１２８】
そして、成膜された試料の溝部分を割断して、割断面をＳＥＭで観察し、やや幅広の配線溝４２内に成膜された銅めっき膜４６の膜厚Ｂの配線が形成されない部分の基材表面に成膜された銅めっき膜４６の膜厚ｆに対する比を平坦化指標（＝Ｂ／ｆ）とし、やや幅広の配線溝４２内に成膜された銅めっき膜４６の表面と、多数の微細な配線溝４０が密集している部分に成膜された銅めっき膜４６の表面との距離（段差）を表面段差ｄとして銅めっき膜４６を評価した。なお、この平坦化指標及び表面段差の評価法は、以下の実施例及び比較例においても同様である。
【実施例２】
【０１２９】
実施例１と同様の試料を用い、実施例１と同様なめっき条件で、試料の表面に電解めっきを行って、銅シード層の表面に約５００ｎｍの銅めっき膜４６（図２８参照）を成膜した。但し、高分子化合物として、実施例１におけるポリプロピレングリコールの代わりにポリオキシプロピレントリオール（分子量＝３００）を１５０ｍｇ／Ｌ添加しためっき液を使用した。そして、実施例１と同様に、成膜された銅めっき膜の平坦化指標及び表面段差を評価した。
【実施例３】
【０１３０】
実施例１と同様の試料を用い、実施例１と同様な組成のめっき液を使用して、試料の表面に電解めっきを行って、銅シード層の表面に約５００ｎｍの銅めっき層４６（図２８参照）を成膜した。めっき条件は、先ず試料に設けた銅シード層と下層パッド（多孔質体）５３４ａを接触させ、下層パッド５３４ａを３秒間振動させた。そして、下層パッド５３４ａの振動を停止させ、試料の銅シード層とアノード５２６との間に電流を電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２で１０秒間流した。そして、試料の銅シード層とアノード５２６との間の通電を停止した後、下層パッド５３４ａを試料の銅シード層から離し、２〜３秒間放置した。この銅シード層と下層パッド５３４ａとの接触から一連の操作を1サイクルとして１５回繰り返した。そして、実施例１と同様に、成膜された銅めっき膜４６の平坦化指標及び表面段差を評価した。
【実施例４】
【０１３１】
実施例１と同様の試料を用い、実施例１と同様な組成のめっき液を使用して、試料の表面に電解めっきを行って、銅シード層の表面に約５００ｎｍの銅めっき層４６（図２８参照）を成膜した。めっき条件は、先ず試料に設けた銅シード層と下層パッド（多孔質体）５３４ａを接触させ、基板保持部５０４で保持した試料を２秒間回転運動させた。そして、試料の回転を停止させ、試料の銅シード層とアノード５２６との間に電流を電流密度５ｍＡ／ｃｍ２で１０秒間流した。そして、試料の銅シード層とアノード５２６との間の通電を停止した後、下層パッド５３４ａを試料の銅シード層から離し、２〜３秒間放置した。この銅シード層と下層パッド５３４ａとの接触から一連の操作を1サイクルとして６回繰り返した。次に、試料の銅シード層とアノード５２６との間に流す電流の電流密度を５ｍＡ／ｃｍ２から２０ｍＡ／ｃｍ２に代えて、前述と同様なサイクルを６回繰り返した。そして、実施例１と同様に、成膜された銅めっき膜４６の平坦化指標及び表面段差を評価した。
【比較例】
【０１３２】
実施例１と同様の試料を用い、実施例１と同様な組成のめっき液を使用して、試料の表面に電解めっきを行って、銅シード層の表面に約５００ｎｍの銅めっき層４６（図２８参照）を成膜した。電解めっきを行う際のめっき条件として、多孔質体を使用することなく、試料の銅シード層とアノードとの間に電流密度を１０ｍＡ／ｃｍ２の電流を１５０秒間流した。そして、実施例１と同様に、成膜された銅めっき膜４６の平坦化指標及び表面段差を評価した。
【０１３３】
実施例１〜４および比較例の評価結果を表１にそれぞれ示す。
【表１】
2005187884.tif 000003
【０１３４】
この表１から、実施例１〜４では、微細な配線溝４０及びやや幅広な配線溝４２とも銅で充填されており、しかも成膜された銅めっき膜４６は、溝形状に影響されずほぼ平坦であることが判る。これに対して、比較例では、微細な配線溝４０は銅で充填されているものの、やや幅広な配線溝４２は銅で充填されておらず、また成膜された銅めっき膜４６は、溝形状によりかなり大きな段差が生じていることが判る。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】半導体装置における配線形成例を工程順に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるめっき装置を備えた基板処理装置の平面図である。
【図３】図２に示すめっき装置の要部を示す概要図である。
【図４】めっき液管理供給システムの一例を示す系統図である。
【図５】図２に示す洗浄・乾燥装置の一例を示す縦断正面図である。
【図６】同じく、平面図である。
【図７】図２に示すベベルエッチング・裏面洗浄装置の一例を示す概略図である。
【図８】図２に示す熱処理装置の一例を示す縦断正面図である。
【図９】同じく、平断面図である。
【図１０】図２に示す前処理装置の基板受渡し時における正面図である。
【図１１】同じく、薬液処理時における正面図である。
【図１２】同じく、リンス時における正面図である。
【図１３】同じく、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１４】同じく、図１３のＡ部拡大図である。
【図１５】同じく、基板固定時における図１４相当図である。
【図１６】同じく、系統図である。
【図１７】図２に示す無電解めっき装置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１８】同じく、図１７のＢ部拡大図である。
【図１９】同じく、基板固定時における基板ヘッドを示す図１８相当図である。
【図２０】同じく、めっき処理時における基板ヘッドを示す図１８相当図である。
【図２１】同じく、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２２】同じく、洗浄槽を示す断面図である。
【図２３】同じく、系統図である。
【図２４】図２に示す研磨装置の一例を示す概要図である。
【図２５】図２に示す膜厚測定器における反転機付近の概略正面図である。
【図２６】同じく、反転アーム部分の平面図である。
【図２７】図２に示す基板処理装置における処理フロー図である。
【図２８】実施例及び比較例における評価方法の説明に付する図である。
【符号の説明】
【０１３６】
３  微細孔（微細凹部）
４  配線溝（微細凹部）
７  銅層
８  配線
９  保護膜
１０  搬送ボックス
１８  めっき装置
２０  洗浄・乾燥装置
２２  ベベルエッチング・裏面洗浄装置
２４  膜厚測定器
２６  熱処理装置
２８  前処理装置
３０  無電解めっき装置
３２  研磨装置
５６  ハウジング部
５８  基板ホルダ
６０  処理ヘッド
１００  処理槽
１０２  蓋体
１２０  薬液タンク
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
３２０  熱交換器
３２２  加熱装置
３２４  攪拌ポンプ
３３０  めっき液管理ユニット
３３２  溶存酸素濃度計
４２２  基板保持部
４３４  洗浄スポンジ
４３６  旋回アーム
５００  揺動アーム
５０２  電極ヘッド
５０４  基板保持部
５０４ａ  真空通路
５０４ｂ  真空吸着溝
５０６  カソード部
５１２  カソード電極
５１４  シール材
５２０  上下動ハウジング
５２２  回転ハウジング
５２４  回転体
５２６  アノード
５２８  多孔質体
５３０  アノード室
５３２  めっき液含浸材
５３４  多孔質パッド
５３４ａ  下層パッド
５３４ｂ  上層パッド
５４０  エアバック（押圧離間機構）
５４４  めっき液導入管
５５０  めっき電源
６００  めっき液トレー
６０４  リザーバ
６０８  めっき液調整タンク
６１０  温度コントローラ
６１２  めっき液分析ユニット
８２０  研磨布
８２２  研磨テーブル
８２４  トップリング
８２８  ドレッサー
９２２  基板保持部
９２４  センタノズル
９２６  エッジノズル
９２８  バックノズル
１００２  チャンバ
１００４  ホットプレート
１００６  クールプレート
【図１】
2005187884.tif 000004
【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】
2005187884.tif 000020
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2005187884.tif 000023
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2005187884.tif 000028
【図２６】
2005187884.tif 000029
【図２７】
2005187884.tif 000030
【図２８】
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