(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱装置を備えた循環槽内で所定の温度に加熱しためっき液を循環させながら、一定量のめっき液をめっき処理部に供給するめっき液供給系と、
前記めっき処理部に残っためっき処理後のめっき液を回収し、前記循環槽内のめっき液と同じ温度に加熱して該循環槽に戻すめっき液回収系と、
前記循環槽内に新液またはめっき液成分を補給するめっき液補給系を有することを特徴とするめっき装置。
【請求項２】
前記めっき液供給系は、常に一定量のめっき液を循環させながら保管して、この保管した一定量のめっき液をめっき処理部に供給するめっき液保管槽と、前記めっき液保管槽を通過させてめっき液を循環またはめっき液処理部に供給する主流路と、前記めっき液保管槽の上流側で分岐し該めっき液保管槽を迂回して主流路に合流するバイパス流路とを有し、前記めっき液保管槽内に保管されためっき液は、自然流下によってめっき処理部に供給されることを特徴とする請求項１記載のめっき装置。
【請求項３】
前記循環槽には、不活性ガスを導入して内部をパージする不活性ガス導入部が接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のめっき装置。
【請求項４】
前記めっき液回収系は、回収しためっき液を一時的に保管して加熱する中継槽を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のめっき装置。
【請求項５】
前記中継槽には、不活性ガスを導入して内部をパージする不活性ガス導入部が接続されていることを特徴とする請求項４記載のめっき装置。
【請求項６】
前記めっき液補給系は、複数のめっき液成分を予め混合して加熱する予備槽を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のめっき装置。
【請求項７】
前記予備槽には、不活性ガスを導入して内部をパージする不活性ガス導入部が接続されていることを特徴とする請求項６記載のめっき装置。
【請求項８】
前記めっき液供給系と前記めっき液回収系で保持されるめっき液の総液量は、１時間当りのめっき液の使用処理量の０.１〜１.０倍に設定されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のめっき装置。
【請求項９】
前記めっき液供給系と前記めっき液回収系で保持されるめっき液は、その総液量の５〜５０％が定期的または任意の時期に廃棄され、不足した分が前記めっき液補給系から補充されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のめっき装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき装置に関し、特に半導体基板等の基板の表面に設けた配線用の微細な凹部に、銅や銀等の導電体を埋め込んで埋め込み配線を形成したり、このようにして形成した配線の表面を保護する保護膜を形成したりするのに使用される無電解めっき装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この無電解めっき装置としては、無電解めっき液をオーバーフローさせつつ保持するめっき処理槽と、このめっき処理槽の上部に配置され、基板等の被処理材を横向きに保持する上下動自在な保持部とを有し、この保持部で保持した被処理材をめっき処理槽内のめっき液に浸漬（いわゆるどぶづけ）させるようにしたものや、基板等の被処理材を上向き（フェースアップ）に保持する保持部と、この保持部で保持した被処理材の上面（被めっき面）に無電解めっき液を供給するめっき液供給部とを有し、この保持部で保持した被処理材の上面に沿って無電解めっき液を流すようにしたもの等が一般に知られている。
【０００３】
近年、半導体チップの高速化、高集積化に伴い、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、めっきが一般的である。いずれにしても、基板の表面に銅層を成膜した後、その表面を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦に研磨するようにしている。
【０００４】
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、この上に埋め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コンタクトホールを形成するためのＳｉＯ２エッチング等に際して、コンタクトホールの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、更には銅配線にあっては銅の拡散が懸念されている。
【０００５】
このため、銀や銅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Ｎｉ−Ｂ合金膜等からなる保護膜（めっき膜）で配線の表面を選択的に覆って保護することが考えられる。ここで、Ｎｉ−Ｂ合金膜は、例えばニッケルイオン、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等を有する無電解めっき液を使用した無電解めっきを施すことによって、銅等の表面に選択的に形成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
無電解めっきの適用箇所は、銅配線の主たる埋め込み材（Ｃｕ）、バリヤメタル上のシード層の形成、またはシードの補強（Ｃｕ）、さらにはバリヤメタルそのものの形成、銅配線材の蓋材形成（いずれもＮｉ−Ｐ，Ｎｉ−Ｂ，Ｃｏ−Ｐ，Ｎｉ−Ｗ−Ｐ，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｐ，Ｃｏ−Ｗ−Ｐ，Ｃｏ−Ｗ−Ｂ）などがあるが、いずれの無電解めっきプロセスでも被処理材の全面に亘る膜厚の均一性が要求される。
【０００７】
ここで、フェースアップ方式を採用した無電解めっき装置にあっては、１回のめっき処理に使用されるめっき液の量が一般に少なく、このため、めっき液の使用方式として、１回のめっき処理毎にめっき液を捨てる、いわゆるワンパス式（使い捨て）が採用されていたが、これでは、めっき液の使用量が多くなってランニングコストが高くなってしまう。
【０００８】
このため、めっき液を回収しながら循環させて再使用する、いわゆる循環式を採用することが考えられる。この循環式を採用しためっき液の循環・回収システムにあっては、一般にめっき液を溜めて循環させる循環槽が備えられ、この循環槽内で一定の温度に加熱した一定量のめっき液を被処理材の被めっき面に供給してめっき処理を行い、めっき処理後に被処理材の被めっき面上に残っためっき液を回収して、循環槽に戻すように構成されている。
【０００９】
しかし、例えば半導体装置の製造に際しては、半導体装置のアルカリ金属汚染を防止するため、ナトリウムフリーの還元剤を添加しためっき液を使用しためっきを行うことが望まれるが、ナトリウムフリーの還元剤は、一般に不安定で分解しやすく、特に高温に維持すると更に分解しやすくなる。このため、循環槽内でめっき液を加熱して高温にすると、循環槽内のめっき液が分解しやすくなって、一般にかなり大きな容積を有する循環槽内に貯められるめっき液の消費が多くなってしまう。しかも、めっき処理後に回収した戻りのめっき液をバッチ方式で循環槽に入れると、循環槽内に保持しためっき液の温度が変動し、めっき膜の膜厚にばらつきに繋がってしまう。更に、循環槽等に保持されためっき液の液面は空気と接しており、このため、空気中の酸素がめっき液中に取り込まれてめっき液中の溶存酸素量が増加し、還元剤の酸化作用が抑制されてめっきが析出しづらくなり、また、めっき液が空気に触れることで分解を促進することにもなる。
【００１０】
なお、めっき液を循環槽内で加熱することなく、その供給の途中で必要量のみ加熱する、いわゆるインライン加熱式を採用することで、めっき液の高温による分解に伴う消費量の増大を抑えることも考えられる。しかし、インライン加熱方式を採用すると、めっき液の温度管理が一般に困難であるばかりでなく、めっき液を加熱するための、かなり大型のヒータ等の加熱装置が必要となって、設備の大型化に繋がってしまう。これを防止するため、ヒータ等の加熱装置として小型のものを使用すると、熱源表面の温度とめっき液の温度との温度差を大きくする必要があり、このように熱源表面の温度とめっき液の温度との温度差を大きくすると、熱源の表面に生成物ができやすくなるばかりでなく、熱源の表面で局部的にめっき液が過熱状態になって分解してしまうおそれがある。
【００１１】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、めっき液の使用量を極力少なく抑えつつ、めっき液を常に最適な状態に維持して、被処理材の被めっき面により均一なめっき膜を容易に形成できるようにしためっき装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、加熱装置を備えた循環槽内で所定の温度に加熱しためっき液を循環させながら、一定量のめっき液をめっき処理部に供給するめっき液供給系と、前記めっき処理部に残っためっき処理後のめっき液を回収し、前記循環槽内のめっき液と同じ温度に加熱して該循環槽に戻すめっき液回収系と、前記循環槽内に新液またはめっき液成分を補給するめっき液補給系を有することを特徴とするめっき装置である。
【００１３】
このように、非めっき時に循環槽内の加熱しためっき液を循環させながら、めっき処理部に残っためっき処理後の温度の低下しためっき液を回収し加熱して循環槽に戻し、しかも、めっき液補給系から循環槽内に新液またはめっき液成分を別途補給することで、必要最低限のめっき液を使用しためっき液の循環・再生システムを構築して、めっき液の高温による分解に伴う消費量を極力少なく抑えることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記めっき液供給系は、常に一定量のめっき液を循環させながら保管して、この保管した一定量のめっき液をめっき処理部に供給するめっき液保管槽と、前記めっき液保管槽を通過させてめっき液を循環またはめっき液処理部に供給する主流路と、前記めっき液保管槽の上流側で分岐し該めっき液保管槽を迂回して主流路に合流するバイパス流路とを有し、前記めっき液保管槽内に保管されためっき液は、自然流下によってめっき処理部に供給されることを特徴とする請求項１記載のめっき装置である。これにより、例えば無電解めっきで直径２００ｍｍのウエハ表面に保護膜形成用の銅めっきを行う際には、約１００〜２００ｃｃのめっき液が、直径３００ｍｍのウエハ表面に保護膜形成用の銅めっきを行う際には、約２００〜４００ｃｃのめっき液が必要となるが、この所定量のめっき液を、液温を低下させることなく、常に一定の温度に保持した状態でめっき処理部に供給することができる。
【００１５】
そして、めっき処理時に、めっき液保管槽内に保管した一定量（例えば、３５０ｃｃ）のめっき液を、めっき液の自重による自然落下によって、瞬時（例えば１〜５秒）にめっき処理部に供給することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記循環槽には、不活性ガスを導入して内部をパージする不活性ガス導入部が接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のめっき装置である。これにより、循環槽内のめっき液の液面が空気と接触し、空気中の酸素をめっき液中に取込んでめっき液中の溶存酸素量が増加し、還元剤の酸化作用を抑制してめっきが析出しづらくなることを防止することができる。この不活性ガスは、例えばＮ２ガスである。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記めっき液回収系は、回収しためっき液を一時的に保管して加熱する中継槽を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のめっき装置である。これにより、回収しためっき液を中継槽で所定の温度に確実に加熱した状態で、循環槽に戻すことができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、前記中継槽には、不活性ガスを導入して内部をパージする不活性ガス導入部が接続されていることを特徴とする請求項４記載のめっき装置である。これにより、中継槽内のめっき液の液面が空気と接触し、空気中の酸素をめっき液中に取込んでめっき液中の溶存酸素量が増加し、還元剤の酸化作用を抑制してめっきが析出しづらくなることを防止することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、前記めっき液補給系は、複数のめっき液成分を予め混合して加熱する予備槽を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のめっき装置である。これにより、複数のめっき液成分を混合して作製した新液（めっき液）を所定の温度に加熱して循環槽に供給（補給）することで、循環槽内のめっき液の液温が新液の補給の際に変動してしまうことを防止することができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、前記予備槽には、不活性ガスを導入して内部をパージする不活性ガス導入部が接続されていることを特徴とする請求項６記載のめっき装置である。これにより、予備槽内のめっき液の液面が空気と接触し、空気中の酸素をめっき液中に取込んでめっき液中の溶存酸素量が増加し、還元剤の酸化作用を抑制してめっきが析出しづらくなることを防止することができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、前記めっき液供給系と前記めっき液回収系で保持されるめっき液の総液量は、１時間当りのめっき液の使用処理量の０.１〜１.０倍に設定されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のめっき装置である。このように、少量のめっき液を使用することで、循環槽として、小容量のものを使用することができる。また、ランニングコストの低減につながる。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、前記めっき液供給系と前記めっき液回収系で保持されるめっき液は、その総液量の５〜５０％が定期的または任意の時期に廃棄され、不足した分が前記めっき液補給系から補充されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のめっき装置である。これにより、循環槽内に保持されて循環されるめっき液のメタルイオン濃度を一定の管理幅の中にコントロールすることができ、分解生成物の量も一定量に維持することが可能となり、めっき膜質の安定性につながるとともに、ランニングコストの低減にもなる。
【００２３】
【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、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ＳｉＯ２からなる絶縁膜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コンタクトホール３と配線用の溝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銅シード層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、半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基板Ｗのコンタクトホール３及び溝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、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅層７を除去して、コンタクトホール３及び配線用の溝４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の内部に銅シード層６と銅層７からなる配線８を形成する。次に、基板Ｗの表面に、例えば無電解Ｎｉ−Ｂめっきを施して、図１（ｄ）に示すように、配線８の露出表面にＮｉ−Ｂ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。
【００２５】
図２乃至図４は、本発明の実施の形態の無電解めっき装置を示す。この無電解めっき装置は、例えば図１におけるバリア層５の形成、銅シード層６の補強、銅層７を堆積、更には、保護膜（めっき膜）９の形成に使用される。
【００２６】
この無電解めっき装置は、半導体ウエハ等の基板（被処理材）Ｗを該基板Ｗの表面（被めっき面）を上向き（フェースアップ）にして保持する基板保持部１０を有している。この基板保持部１０は、下記のように、基板Ｗを加熱する加熱流体を保持する加熱流体保持部２６を有する処理槽１２と、この処理槽１２の周囲を包囲する円筒状のハウジング１４とから主に構成され、このハウジング１４の上端には、中空円板状の支持板１６が固着され、この支持板１６の内周面にシールリング１８が下方に突出して取付けられている。
【００２７】
処理槽１２の周縁部上面には、基板Ｗの周縁部を支持するリング状の基板ステージ２０と、基板Ｗの外周部に位置して基板Ｗのずれを防止するガイドリング２２が取付けられている。そして、この処理槽１２は、ハウジング１４に対して相対的に上下動自在で、処理槽１２をハウジング１４に対して相対的に下降させた状態で、ハウジング１４の内部に基板Ｗを挿入し、この基板Ｗを基板ステージ２０の上面に載置して保持し、この状態で処理槽１２をハウジング１４に対して相対的に上昇させることで、シールリング１８を基板Ｗの上面の外周縁部に圧接させて、ここをシールして基板Ｗを保持し、これによって、基板Ｗの上面とシールリング１８で包囲され上方に開口しためっき処理部２４を形成する。そして、この逆の動作で基板Ｗの保持を解くようになっている。更に、図示しないモータの駆動に伴って、基板保持部１０で基板Ｗを保持したまま、処理槽１２とハウジング１４が一体に回転するようになっている。
【００２８】
処理槽１２の上面には、例えば温水、アルコールまたは有機溶液等の加熱流体を保持し該加熱流体に基板Ｗの裏面を接触させて基板Ｗを加熱する加熱流体保持部２６が設けられている。この加熱流体保持部２６は、上方に開く横断面ラッパ状の流路で構成され、この加熱流体保持部２６は、例えば、純水を７０℃に加熱する純水加熱部（ヒータ）を途中に介装した流体供給パイプに接続されている。そして、この加熱流体保持部２６をオーバーフローした加熱流体は、処理槽１２とハウジング１４との間を通って外部に流出するようになっている。なお、ハウジング１４の周囲には、加熱流体の飛散を防止する飛散防止カバー（図示せず）が配置されている。
【００２９】
基板保持部１０の上方に位置して、基板Ｗの上面とシールリング１８で形成されためっき処理部２４内に、所定の温度、例えば７０℃に加熱しためっき液（無電解めっき液）Ｑを供給するめっき液供給部３０が配置されている。このめっき液供給部３０は、上下動かつ揺動自在な揺動アーム３２を有し、この揺動アーム３２の自由端に、めっき処理部２４の開口部を略覆う形状に形成された円板状のヘッド部３４が取付けられている。そして、このヘッド部３４は、揺動アーム３２の揺動に伴って、図３に示すように、基板処理部１０の上方を覆う位置と待避位置との間を移動し、これによって、めっき処理にあたっては、ヘッド部３４を基板保持部１０で保持した基板Ｗの上方を覆う所定の位置に位置させ、それ以外は、ヘッド部３４を待避位置に待避させることで、ヘッド部３４が基板Ｗの搬送等を阻害してしまうことを防止するようになっている。
【００３０】
ヘッド部３４のほぼ中心に位置して、下方に開口するめっき液供給ノズル３６が、このめっき液供給ノズル３６の上方に位置して、めっき１回分の所定量のめっき液を保管する容積を有するめっき液保管槽３８がそれぞれ配置され、めっき液供給ノズル３６とめっき液保管槽３８は、めっき液配管４０で接続されている。めっき液保管槽３８には、めっき液供給管４２とめっき液排出管４４がそれぞれ接続され、下記のように、非めっき時には、めっき液保管槽３８内にめっき液を循環させることで、めっき液保管槽３８の内部に、常に一定の温度で、所定量のめっき液を保管し、めっき処理時には、このめっき液保管槽３８の内部に保管しためっき液を、その自重によって、めっき液供給ノズル３６から瞬時（例えば５〜１０秒）に基板Ｗの上面とシールリング１８で形成されためっき処理部２４内に供給できるようになっている。
【００３１】
めっき液供給ノズル３６の上方に位置して、例えば、めっきの前処理洗浄を行う洗浄液や、触媒付与処理を行う触媒付与液等のめっき前処理液を保管するめっき前処理液保管槽４６が備えられ、このめっき前処理液保管槽４６とめっき液供給ノズル３６とはめっき前処理液配管４８で接続されている。更に、めっき前処理液保管槽４６には、めっき前処理液供給管５０とめっき前処理液排出管５２がそれぞれ接続され、前述のめっき液の場合と同様に、非めっき前処理時には、めっき前処理液保管槽４６の内部に、常に一定の温度で、所定量のめっき前処理液を保持し、めっき前処理時に、めっき前処理液保管槽４６の内部に保管しためっき前処理液を、その自重によって、めっき液供給ノズル３６から瞬時（例えば５〜１０秒）に基板Ｗの上面とシールリング１８で形成されためっき処理部２４内に供給できるようになっている。なお、この例では、めっき液供給ノズル３６がめっき前処理液を供給するノズルを兼用した例を示しているが、別々に設けてもよい。また複数のめっき前処理を行う場合には、複数のめっき前処理液保管槽を備え、これらの各めっき前処理液保に保持しためっき前処理液を順次基板Ｗの被めっき面に供給するようにしてもよいことは勿論である。
【００３２】
このように構成することで、基板保持部１０で基板Ｗを保持した状態で、例えば洗浄や触媒付与等の前処理とめっき処理を１槽で連続して行うことができる。このめっきの前処理洗浄を行う洗浄液としては、Ｈ２ＳＯ４，ＨＦ，ＨＣｌ，ＮＨ３，ＤＭＡＢ（ジメチルアミンボラン）またはしゅう酸等が、触媒付与処理を行う触媒付与液としては、ＰｄＳＯ４やＰｄＣｌ２等が挙げられる。
【００３３】
ヘッド部３４には、基板保持部１０で保持した基板Ｗの上面（被めっき面）に純水を供給する純水供給ノズル５４が備えられている。これにより、めっき処理後の基板の表面に純水供給ノズル５４から純水を供給することで、めっき処理とめっき処理後の純水によるリンス洗浄とを１槽で連続して行うことができるようになっている。
【００３４】
ヘッド部３４には、基板保持部１０で保持した基板Ｗの被めっき面に供給されためっき液を回収するめっき液回収ノズル５６が備えられ、これにより、下記のように、めっき処理後にめっき処理部２４に残っためっき液をめっき液回収ノズル５６から回収して再使用するようになっている。更に、基板保持部１０で保持した基板Ｗの被めっき面に供給されためっき前処理液を回収するめっき前処理液回収ノズル５８が備えられ、必要に応じて、めっき前処理液をめっき前処理液回収ノズル５８から回収して再使用できるようになっている。
【００３５】
めっき液供給ノズル３６には、例えばＮ２ガス等の加熱した不活性ガスを導入する不活性ガス導入路（不活性ガス導入部）６０が接続され、この不活性ガス導入路６０からめっき液供給ノズル３６の内部に導入された加熱した不活性ガスは、めっき液供給ノズル３６の内部をパージした後、基板保持部１０で保持した基板Ｗに向けて噴射されるようになっている。これにより、基板保持部１０で保持した基板Ｗと該基板Ｗの上面を覆うように位置させたヘッド部３４との間の空間に不活性ガスを導入し、この空間を所定の温度の不活性ガス雰囲気に保持することで、めっき液の液面が空気と接触し、空気中の酸素をめっき液中に取込んでめっき液中の溶存酸素量が増加し、還元剤の酸化作用を抑制してめっきが析出しづらくなることを防止し、同時にめっき液の液温がめっき中に低下することを防止することができるようになっている。このＮ２ガス等の不活性ガスの温度は、例えばめっき液の液温が７０℃の時、６０〜７０℃（めっき液の温度−１０℃〜めっき液の温度）、好ましくは６５〜７０℃（めっき液の温度−５℃〜めっき液の温度）程度である。
【００３６】
めっき液保管槽３８には洗浄液導入路（洗浄液導入部）６２ａが、めっき前処理液保管槽４６には洗浄液導入路（洗浄液導入部）６２ｂがそれぞれ接続されている。これによって、この洗浄液導入路６２ａからめっき液保管槽３８に導入された洗浄液が、この内部、めっき液配管４０及びめっき液供給ノズル３６の内部を順に流れ、また洗浄液導入路６２ｂからめっき前処理液保管槽４６に導入された洗浄液が、この内部、めっき前処理液配管４８及びめっき液供給ノズル３６の内部を順に流れ、これらの内壁面に生成された付着物を洗浄して除去できるようになっている。この洗浄は、定期的、或いは任意の時期に行うことができる。この洗浄液としては、例えば、純水や、ＨＮＯ３，王水またはＨＦ等の洗浄用薬品が挙げられる。
【００３７】
なお、この例にあっては、ヘッド部３４の内部に、基板保持部１０で保持した基板Ｗとヘッド部３４で囲まれ保温空間をめっき液の温度付近に保つヒータ６４が内蔵されている。
【００３８】
図４は、この無電解めっき装置におけるめっき液の循環・再生システムの全体構成を示す。このシステムは、めっき液供給系７０とめっき液回収系７２とからなり、めっき液を循環させるめっき液循環系と、このめっき液循環系に新液（めっき液）を補給するめっき液補給系７４とから主に構成されている。
【００３９】
めっき液供給系７０は、前述のめっき液保管槽３８と、このめっき液保管槽３８に接続しためっき液供給管４２及びめっき液排出管４４と、めっき液配管４０とを備えている。めっき液供給管４２及びめっき液排出管４４は、例えば温水式熱交換器７６ａを有する加熱装置（ヒータ）７８ａを備えた循環槽８０に接続され、めっき液供給管４２には、循環ポンプ８２が介装されている。これにより、循環ポンプ８２の駆動に伴って、循環槽８０内のめっき液をめっき液供給管４２からめっき液保管槽３８内に導入し、更にめっき液排出管４４から循環槽８０に戻して循環させるか、または、めっき液保管槽３８内のめっき液をめっき液配管４０からめっき処理部２４に供給する主流路８４が構成されている。ここで、循環槽８０内のめっき液は、加熱装置７８ａにより所定の温度、例えば７０℃に加熱される。
【００４０】
めっき液保管槽３８の上流側と下流側に位置して、めっき液供給管４２とめっき液排出管４４には開閉弁８６ａ，８６ｂが介装され、めっき液配管４０にも開閉弁８６ｃが介装されている。
【００４１】
更に、めっき液供給系７０には、めっき液保管槽３８の上流側に配置した開閉弁８６ａの上流側で主流路８４から分岐し、めっき液保管槽３８を迂回して、めっき液保管槽３８の下流側に配置した開閉弁８６ｂの下流側で主流路８４に合流するバイパス流路８８が備えられている。このバイパス流路８８内に開閉弁８６ｄが介装されている。めっき液保管槽３８には、内部に開閉弁８６ｅを介装した空気抜き管９０が接続されている。
【００４２】
これにより、非めっき時には、開閉弁８６ａ，８６ｂを開き、他の開閉弁８６ｃ，８６ｄ，８６ｅを閉じることで、一定の温度に加熱しためっき液をめっき液供給管４２、めっき液保管槽３８及びめっき液排出管４４に沿って順次循環させる。そして、めっき液をめっき処理部２４に供給する直前で、開閉弁８６ｄのみを開き、他の開閉弁８６ａ〜８６ｃ，８６ｅを閉じて、めっき液をバイパス流路８８に沿って迂回させるとともに、めっき液保管槽３８内に一定流量のめっき液を保管する。この状態で、開閉弁８６ｃ，８６ｅを開くことで、めっき液保管槽３８内に保管した一定流量のめっき液を該めっき液の自重による自然落下で、めっき液供給ノズル３６（図２参照）を通じてめっき処理部２４に瞬時（例えば、５〜１０秒）に供給するようになっている。
【００４３】
めっき液回収系７２は、前述のめっき液回収ノズル５６に接続しためっき液回収管９２を有し、このめっき液回収管９２は、循環槽８０に接続されている。そして、このめっき液回収管９２には、めっき液の戻り方向に沿って、真空ポンプ９４により真空排気可能な気液分離器９６、例えば温水式熱交換器７６ｂを有する加熱装置（ヒータ）７８ｂを備えた中継槽９８及び開閉弁８６ｆが順に配置されている。
【００４４】
これにより、めっき処理部２４に残っためっき処理後のめっき液は、真空ポンプ９４の駆動により気液分離器９６に入り、ここで分離された液体（めっき液）が中継槽９８に入る。そして、この中継槽９８に入っためっき液は、ここで循環槽８０内のめっき液と同じ所定の温度、例えば７０℃に加熱され、開閉弁８６ｆを開くことで、循環槽８０に戻る。このように、戻りのめっき液を加熱して循環槽８０に戻すことで、循環槽８０内のめっき液の液温が、この戻りのめっき液によって変動（低下）することを防止することができる。
【００４５】
めっき液補給系７４は、複数のめっき液成分供給槽１００ａ，１００ｂ…と、例えば温水式熱交換器７６ｃを有する加熱装置（ヒータ）７８ｃを備えた予備槽１０２とを有し、各めっき液成分供給槽１００ａ，１００ｂ…と予備槽１０２とは、供給ポンプ１０４ａ，１０４ｂ…を有するめっき液成分供給管１０６ａ，１０６ｂ…で接続されている。更に、予備槽１０２と循環槽８０とは、新液補給ポンプ１０８を有する新液補給管１１０で接続されている。
【００４６】
ここで、めっき液成分供給槽１００ａ，１００ｂ…は、還元剤、ｐＨ調整剤、及びメタル材料を含んだその他の液を個別に保持する、少なくとも３槽以上備えられている。例えば、Ｎｉ−Ｂ無電解めっきの場合には、めっき液成分供給槽１００ａでニッケルイオンの還元剤としてのＤＭＡＢ（ジメチルアミンボラン）を、めっき液成分供給槽１００ｂでｐＨ調整剤としてのＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を、めっき液成分供給槽１００ｃでＮｉイオン及びその他の成分をそれぞれ保持するようになっている。
【００４７】
これにより、めっき液成分供給槽１００ａ，１００ｂ…に保持した各めっき液成分を予備槽１０２内に供給し、ここで混合して新液（めっき液）を作製し、この新液を所定の温度、例えば７０℃に加熱した後、循環槽８０内に供給（補給）する。このように、新液を所定の温度に加熱して循環槽８０内のめっき液に加えることで、循環槽８０内のめっき液の液温が、この戻り新液によって変動（低下）することを防止することができる。
【００４８】
この新液の補給を、定期的または任意の時期に行うことで、例えばＮｉイオン等のメタルイオン濃度をある管理幅の中にコントロールすることができる。例えば、めっき液循環系内のめっき液の総液量を１Ｌとして、ウエハ全面に７０ｎｍのＮｉを析出させる場合を考える。この時、Ｎｉイオン濃度にもよるが、約２０枚のウエハが処理でき、Ｎｉイオン濃度が約２０％（１００％から８０％）ダウンしたとする。このような場合に、Ｎｉイオンを含むめっき液（補充液）のＮｉイオンを基準濃度より濃い、ある濃度にしておいて、図６に示すように、定期的に（この場合は２０枚ごと）１Ｌのうちの一定量（たとえば０.４Ｌ）のめっき液を廃液し、この廃液した量と、めっきによって消費されためっき液の合計の量のめっき液（補充液）を補充することで、Ｎｉイオン濃度をある管理幅の中にコントロールできる。この定期的に廃棄するめっき量は、めっき液循環系内のめっき液の総液量の５〜５０％であることが好ましい。
【００４９】
前記循環槽８０、中継槽９８及び予備槽１０２には、これらの各槽８０，９８，１０２の内部を不活性ガスでパージする不活性ガス導入路（不活性ガス導入部）１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃがそれぞれ接続されている。これにより、各槽８０，９８，１０２の内部を不活性ガスでパージすることで、各槽８０，９８，１０２内のめっき液の液面が空気と接触し、空気中の酸素をめっき液中に取込んでめっき液中の溶存酸素量が増加し、還元剤の酸化作用を抑制してめっきが析出しづらくなることを防止することができる。この不活性ガスは、例えばＮ２ガスである。
【００５０】
このように構成しためっき液の循環・回収システムによれば、非めっき時に循環槽８０内の加熱しためっき液を循環させながら、めっき処理部２４に残っためっき処理後の温度の低下しためっき液を回収し加熱して循環槽８０に戻し、しかも、めっき液補給系７４から循環槽８０内に新液またはめっき液成分を別途補給することで、必要最低限のめっき液を使用しためっき液の循環・再生システムを構築して、めっき液の高温による分解に伴う消費量を極力抑えることができる。しかも、このように、必要最低限のめっき液を使用しためっき液の循環・再生システムを構築することで、めっき液供給系７０とめっき液回収系７２からなるめっき液循環系で保持されるめっき液の総液量を、例えば１時間当りのめっき液の使用処理量の０.１〜１.０倍に設定し、この量に見合った容積を有する循環槽８０を使用して、めっき液の消費量を少なく抑え、かつ設備としての小型化を図ることができる。
【００５１】
この実施の形態の無電解めっき装置によるめっき処理を、図５を参照して説明する。先ず処理槽１２をハウジング１４に対して相対的に下降させた状態で、基板Ｗをハウジング１４の内部に挿入して、基板ステージ２０の上に載置保持する。なお、この時、ヘッド部３４は待避位置にある。この状態で、処理槽１２をハウジング１４に対して相対的に上昇させ、シールリング１８を基板Ｗの上面の外周縁部に圧接させて、ここをシールして基板Ｗを保持し、これによって、基板Ｗの上面とシールリング１８で包囲され上方に開口しためっき処理部２４を形成する。
【００５２】
次に、ヘッド部３４を基板保持部１０の直上方位置まで移動させ、更に下降させる。この状態で、めっき前処理液保管槽４６で保持した、例えば洗浄液や触媒付与液等の一定量のめっき前処理液を、その自重により、めっき前処理液供給ノズルを兼用しためっき液供給ノズル３６から基板保持部１０で保持した基板の被めっき面に瞬時に供給してめっき前処理を行う。このめっき前処理終了後、基板Ｗの被めっき面上に残っためっき前処理液をめっき前処理液回収ノズル５８で回収し、必要に応じて再利用する。
【００５３】
次に、処理槽１２の加熱流体保持部２６内に、めっき液と同じ温度、例えば７０℃に加熱した温水等の加熱流体を導入し、基板保持部１０で保持した基板Ｗの裏面を処理槽１２の加熱流体保持部２６内に導入した加熱流体に接触させ、オーバーフローさせる。そして、基板Ｗが加熱流体で加熱されて、加熱流体と同じ温度、例えば７０℃に達した時に、めっき液保管槽３８で保管した一定量（例えば直径２００ｍｍウエハでは約１００〜２００ｃｃ、直径３００ｍｍウエハでは約２００〜４００ｃｃ）で一定の温度のめっき液を、その自重により、めっき液供給ノズル３６から基板保持部１０で保持した基板の被めっき面に瞬時に供給してめっき処理を行う。
【００５４】
つまり、前述のように、開閉弁８６ａ，８６ｂを開き、他の開閉弁８６ｃ，８６ｄ，８６ｅを閉じて、一定の温度に加熱しためっき液をめっき液供給管４２、めっき液保管槽３８及びめっき液排出管４４に沿って順次循環さておいた状態から、開閉弁８６ｄのみを開き、他の開閉弁８６ａ〜８６ｃ，８６ｅを閉じて、めっき液をバイパス流路８８に沿って迂回させるとともに、めっき液保管槽３８内に一定流量のめっき液を保管し、この状態で、開閉弁８６ｃ，８６ｅを開くことで、めっき液保管槽３８内に保管した一定流量のめっき液を該めっき液の自重による自然落下で、めっき液供給ノズル３６（図２参照）を通じてめっき液をめっき処理部２４に瞬時（例えば、５〜１０秒）に供給する。
【００５５】
このめっき処理時に、不活性ガス導入路６０からめっき液供給ノズル３６の内部に加熱した不活性ガスを導入し、この不活性ガスでめっき液供給ノズル３６の内部をパージし、更に基板保持部１０で保持した基板Ｗと該基板Ｗの上面を覆うように位置させたヘッド部３４との間の空間に不活性ガスを導入し、この空間を所定の温度の不活性ガス雰囲気に保持する。
【００５６】
そして、必要に応じて、ヒータ６４でめっき液を加熱して、めっき液の温度がめっき中に低下することを防止する。これにより、基板Ｗは、その全面に亘って加熱流体の温度に維持され、均一な膜厚のめっき膜が成長する。しかも、基板Ｗの外周縁部も加熱流体に浸漬されているので、基板の外周縁部の温度が低下することはない。この時、例えば基板Ｗを回転させて、被めっき面の水素の離脱、溶存酸素濃度を均一な状態にすることもできる。
【００５７】
めっき処理が完了した後、加熱流体保持部２６内への加熱流体の導入を停止して、導入側から排出し、基板Ｗの上面のシールリング１８で包囲されためっき処理部２４内のめっき液をめっき液回収ノズル５６から吸引等により回収する。  つまり、基板Ｗを回転させてめっき処理部２４に残っためっき処理後のめっき液を基板の周縁部に集め、このめっき液をめっき液回収ノズル５６で吸取る。すると、この気体を含んだめっき液は、気液分離器９６に入り、ここで分離された液体（めっき液）のみが中継槽９８に入る。そして、この中継槽９６に入っためっき液を、ここで循環槽８０内のめっき液と同じ所定の温度、例えば７０℃に加熱し、開閉弁８６ｆを開いて循環槽８０に戻す。
【００５８】
そして、不活性ガス導入路６０からの不活性ガスの導入を停止した後、基板Ｗを回転させつつ、純水供給ノズル５４から純水を基板Ｗの被めっき面に向けて噴射して、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。しかる後、基板Ｗを高速で回転させて液切りを行う。
【００５９】
そして、ヘッド部３４を上昇させ、待避部に待避させた後、処理槽１２をハウジング１４に対して相対的に下降させて基板Ｗの保持を解き、しかる後、ロボットのハンド等でめっき後の基板を次工程に搬送する。
【００６０】
前述のようにして１枚の基板に対するめっき処理を行い、この処理した基板Ｗの数が一定の枚数（例えば２０枚）に達した時に、前述のように、一定量（例えば０.４Ｌ）のめっき液を廃液し、廃液した量とめっきによって消費された量の合計の量の基準濃度より濃い、ある濃度にしためっき液（補充液）を補充し、これによって、Ｎｉイオン等のメタルイオン濃度をある管理幅の中にコントロールする。これにより、連続しためっき処理が可能となる。
【００６１】
図７は、本発明の第２の実施の形態の無電解めっき装置におけるめっき液の循環・回収システムの一部を示す。この例は、第１の実施の形態におけるめっき液保管槽３８（図２及び図４参照）を省略し、配管の内部を流れるめっき液の液量により、一定量のめっき液をめっき処理部２４に供給するようにしたものである。つまり、めっき液供給系７０は、互いに連通させためっき液供給管４２及びめっき液排出管４４と、めっき処理部２４の上方に下方に向けて配置されためっき液吐出管１１４を有しており、めっき液供給管４２には流量計１１６が介装され、めっき液排出管４４及びめっき液吐出管１１４には、開閉弁８６ｇ，８６ｈがそれぞれ介装されている。その他の構成は、第１の実施の形態のものと同様である。
【００６２】
この例によれば、非めっき時には、開閉弁８６ｇを開き、開閉弁８６ｈを閉じることで、めっき液をめっき液供給管４２からめっき液排出管４４に沿って循環させ、めっき時に開閉弁８６ｇを閉じ、開閉弁８６ｈを開き、この時に流れるめっき液の流量を流量計１１６で計測し、この計測値が所定の量に達した時に、開閉弁８６ｇを開き、開閉弁８６ｈを閉じることで、一定量のめっき液をめっき処理部２４に供給するようになっている。
【００６３】
図８は、本発明の第３の実施の形態の無電解めっき装置におけるめっき液の循環・回収システムの一部を示す。この例は、第１の実施の形態における予備槽１０２（図２及び図４参照）を省略し、めっき液補給系７４として、めっき液成分供給槽１００ａ，１００ｂ…と循環槽８０とをめっき液成分供給管１０６ａ，１０６ｂ…で直接結んだものを使用したものである。その他の構成は、第１の実施の形態のものと同様である。
【００６４】
この例によれば、めっき液成分供給槽１００ａ，１００ｂ…に保持した各めっき液成分を循環槽８０内に供給（補給）することで、新液（めっき液）を供給（補給）することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、必要最低限のめっき液を使用しためっき液の循環・再生システムを構築して、めっき液の高温による分解に伴う消費量を極力少なく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】銅めっきにより銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の無電解めっき装置の断面図である。
【図３】同じく、無電解めっき装置の平面図である。
【図４】同じく、無電解めっき装置におけるめっき液の循環・回収システムの全体を示す図である。
【図５】同じく、無電解めっき装置でめっきを行う時の処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】同じく、新液（めっき液）の補充（補給）の説明に付する図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の無電解めっき装置におけるめっき液の循環・回収システムの一部を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態の無電解めっき装置におけるめっき液の循環・回収システムの一部を示す図である。
【符号の説明】
１０  基板保持部
１２  処理槽
１４  ハウジング
１８  シールリング
２０  基板ステージ
２４  めっき処理部
２６  加熱流体保持部
３０  めっき液供給部
３４  ヘッド部
３６  めっき液供給ノズル
３８  めっき液保管槽
４０  めっき液配管
４２  めっき液供給管
４４  めっき液排出管
４６  前処理液保管槽
５４  純水供給ノズル
５６  めっき液回収ノズル
５８  前処理液回収ノズル
７０  めっき液供給系
７２  めっき液回収系
７４  めっき液補給系
７６ａ，７６ｂ，７６ｃ  温水式熱交換器
７８ａ，７８ｂ，７８ｃ  加熱装置
８０  循環槽
８２  循環ポンプ
８４  主流路
８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｄ，８６ｅ，８６ｆ，８６ｇ，８６ｈ  開閉弁
８８  バイパス流路
９２  めっき液回収管
９６  気液分離器
９８  中継槽
１００ａ，１００ｂ、１００ｃ  めっき液成分供給槽
１０２  予備槽
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ  供給ポンプ
１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ  めっき液成分供給管
１０８  新液補給ポンプ
１１０  新液補給管
１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ  不活性ガス導入路（不活性ガス導入部）
【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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