(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に銅を成膜して該銅を微細窪み内に埋込んだ基板の表面を研磨するにあたり、
水溶性の無機酸あるいはその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類の１種類以上と、ヒドロキシキノリン類の１種類以上を含む研磨液中で基板の表面を電解研磨し、
前記研磨液中に添加したヒドロキシキノリン類と反応して銅の表面に生成されるオキシン銅皮膜を同時に研削することを特徴とする銅を含む研磨面の電気化学的・化学的・機械的な複合研磨方法。
【請求項２】
直流またはパルス電流の一方、或いはこれらの重畳電流を流して電解研磨を行うことを特徴とする請求項１記載の研磨方法。
【請求項３】
電解研磨開始時に、銅の表面積に対して電流密度が０．５〜５．０Ａ／ｄｍ２となる電流を流して電解研磨を行うことを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法。
【請求項４】
基板の表面に成膜した銅と向かわせて前記研磨液中に多数の陽極と陰極とを該陰極を前記陽極より基板により近接させて交互に配置し、この陽極と陰極との間に電圧を印加して、この時のバイポーラ現象により発生する銅表面の正の極性により銅の表面に前記オキシン銅皮膜を生成す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研磨方法。
【請求項５】
前記研磨液中における前記陰極と前記陽極との間の極間抵抗が１０〜５０Ωｃｍであり、前記陰極と前記陽極との間に印加される電圧が１０〜１００Ｖであることを特徴とする請求項４記載の研磨方法。
【請求項６】
表面に銅を成膜して該銅を微細窪みに埋込んだ基板の表面を研磨する研磨装置であって、
水溶性の無機酸あるいはその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類の１種類以上と、ヒドロキシキノリン類の１種類以上を含む研磨液を用いた電解研磨と、前記研磨液中に添加したヒドロキシキノリン類と反応して銅の表面に生成されるオキシン銅皮膜の研削を同時に行うようにしたことを特徴とする研磨装置。
【請求項７】
基板を下向きで保持する基板保持部と、
水溶性の無機酸あるいその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類の１種類以上と、ヒドロキシキノリン類の１種類以上を含む研磨液を保持する研磨槽と、
前記研磨槽内に保持した研磨液中に浸漬させて配置した陰極板と、
前記陰極板に対向させて前記研磨槽内に保持した研磨液中に浸漬させて配置した研磨具と、
前記基板保持部で保持した基板と前記研磨具を相対移動させる相対移動機構を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項８】
前記陰極板の表面には、面内を全長に亘って連続して延びる多数の溝が形成されていることを特徴とする請求項７記載の研磨装置。
【請求項９】
基板を保持する基板保持部と、
水溶性の無機酸あるいはその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類の１種類以上と、ヒドロキシキノリン類の１種類以上を含む研磨液を保持する研磨槽と、
多数の陽極と陰極とを該陰極を前記陽極より前記基板保持部で保持した基板により近接させ絶縁して交互に配置した電極板と、
前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加する電源と、
前記電極板に対向させて前記研磨槽内に保持した研磨液中に浸漬させて配置した研磨具と、
前記基板保持部で保持した基板と前記研磨具を相対移動させる相対移動機構を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項１０】
前記電極板の表面には、面内を全長に亘って延びる多数の溝が設けられていることを特徴とする特徴とする請求項９記載の研磨装置。
【請求項１１】
請求項７記載の研磨装置と、請求項９記載の研磨装置とを同一モジュール内の仕切られた部屋の中に配置し、各研磨装置間の基板の移動を前記モジュール内に配置した旋回アームによって行うことを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨方法及び研磨装置に関し、特に多層配線構造の半導体装置を形成するため、層間絶縁層に設けた配線用溝に銅等の導電体を埋込んで埋込み配線を形成する際、基板上に堆積した余剰な銅等を除去（研磨）するのに使用される研磨方法及び研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法によって、基板のほぼ全表面に銅を成膜して基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋込み、余剰な銅を化学機械的研磨（ＣＭＰ）により除去する、いわゆる、ダマシンプロセスによって一般に形成される。
【０００３】
図１８（ａ）〜（ｃ）は、この種の銅配線基板Ｗの製造例を工程順に示すもので、図１８（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酸化膜や他のLow-k材等からなる絶縁層２を堆積し、この絶縁層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シード層７を形成する。バリア層５としては、Ｔａ／ＴａＮ混合層、ＴｉＮ，ＷＮ，ＳｉＴｉＮ，ＣｏＷＰ，ＣｏＷＢ膜等が挙げられる。
【０００４】
そして、図１８（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基材１のコンタクトホール３及び配線用溝４内に銅を充填するとともに、絶縁層２上に銅膜６を堆積する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁層２上の銅膜６を除去して、コンタクトホール３及び配線用溝４に充填させた銅膜６の表面と絶縁層２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１８（ｃ）に示すように、銅膜６からなる配線を形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このダマシン法は、未だ完成された技術とはいえず、解決すべき多くの課題を抱えている。つまり、前述のように、絶縁層２に配線用溝４等を形成し、表面にバリア層５とシード層７を堆積させた後、配線用溝４等の内部に銅金属を確実に埋め込むためには、絶縁層２の表面上に過剰な銅膜６を堆積させる必要があり、この時、必然的に銅膜６の表面に凹凸が形成される。そして、この過剰な銅膜６を平坦化しつつ研磨する時、以下のような改善すべき点がある。
【０００６】
▲１▼  研磨速度を上げるために研磨圧力を高くすると、研磨後の銅表面にスクラッチ傷やディッシング、エロージョン、リセスなどが生じて製品の品質が低下しやすく、このため、研磨速度を上げることができずに、生産性を犠牲にせざるを得ない。
▲２▼  今後、絶縁層材料として、硬度の低いlow-k材料の採用が広まることが予想され、このようにlow-k材料を採用するとこの問題は一層深刻となる。
▲３▼  ＣＭＰ工程では使用される研磨用スラリー液（研磨液）のコストが大きな比重を占め、研磨用スラリー液を回収して再使用することが望まれるが、現状の技術ではこの実用化が容易でない。
▲４▼  このため、生産ラインから排出される研磨用スラリーの量も多くなり、環境保全のためにも好ましくない。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、基板表面に堆積させた過剰の銅膜を、製品の品質低下を防止しつつ、より効率的に、かつ安価に研磨するのに使用される研磨方法及び研磨装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
ヒドロキシキノリン類の１種類以上を含む研磨液中で、銅を陽極として電解すると、自然分解するため濃度制御が困難な酸化剤を使用することなく、銅の溶解に伴い銅とヒドロキシキノリンとが反応して銅の表面に不溶性のオキシン銅皮膜が生成される。この時の銅と８−ヒドロキシキノリンとの反応式を下記に示す。
【化１】
0003813865.tif 000002
この不溶性のオキシン銅は、機械的に極めて脆弱で、研磨パッド等の研磨具を使用した研磨によって容易に研削除去される。しかも、比較的高い電気抵抗を示し、オキシン銅で覆われた部分への通電が抑制される。
【００１７】
請求項１に記載の発明は、表面に銅を成膜して該銅を微細窪み内に埋込んだ基板の表面を研磨するにあたり、水溶性の無機酸あるいはその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類の１種類以上と、ヒドロキシキノリン類の１種類以上を含む研磨液中で基板の表面を電解研磨し、前記研磨液中に添加したヒドロキシキノリン類と反応して銅の表面に生成されるオキシン銅皮膜を同時に研削することを特徴とする銅を含む研磨面の電気化学的・化学的・機械的な複合研磨方法である。
【００１８】
これにより、銅とヒドロキシキノリン類とが反応して銅の表面に生成される不溶性のオキシン銅皮膜の研削除去を繰り返しながら研磨することができる。このオキシン銅皮膜は、比較的高い電気抵抗を示し、このオキシン銅皮膜で覆われた部分への通電は抑制され、金属面が露出している部分へ電流が集中する性質があり、しかも機械的にきわめて脆弱で、回転する低い圧力の研磨パッド等の研磨具で容易に研削除去できる。このため、例えば半導体基板製造のダマシン法における、絶縁層表面の凹凸ある過剰な銅膜の研磨に際し、ヒドロキシキノリン類を含む研磨液中で銅表面を陽極として電解しながら、同時にその表面を研磨パッド等の研磨具で研磨すると、銅表面に生成されたオキシン銅皮膜は、凸部のみが選択的に研削除去され、露出した銅表面には電流が集中して直ちに再度オキシン銅皮膜が生成される。これによって、有効な電流を通電しながらこの操作を継続することで、従来の技術よりも速い速度で、しかも効果的に平坦化しながら銅膜を研磨することが可能となる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、直流またはパルス電流の一方、或いはこれらの重畳電流を流して電解研磨を行うことを特徴とする請求項１記載の研磨方法である。
請求項３に記載の発明は、電解研磨開始時に、銅の表面積に対して電流密度が０．５〜５．０Ａ／ｄｍ２となる電流を流して電解研磨を行うことを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法である。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、基板の表面に成膜した銅と向かわせて前記研磨液中に多数の陽極と陰極とを該陰極を前記陽極より基板により近接させて交互に配置し、この陽極と陰極との間に電圧を印加して、この時のバイポーラ現象により発生する銅表面の正の極性により銅の表面に前記オキシン銅皮膜を生成す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研磨方法である。
これにより、例えば基板の表面に堆積させた余剰な銅膜の除去が進んで、バリア層等の下地層が露出し、これによって、電気接点等の外部端子から銅膜への一様な通電ができなくなった時でも、バイポーラ現象を利用することで、銅の表面にオキシン銅皮膜を生成することができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、前記研磨液中における前記陰極と前記陽極との間の極間抵抗が１０〜５０Ωｃｍであり、前記陰極と前記陽極との間に印加される電圧が１０〜１００Ｖであることを特徴とする請求項４記載の研磨方法である。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、表面に銅を成膜して該銅を微細窪みに埋込んだ基板の表面を研磨する研磨装置であって、水溶性の無機酸あるいはその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類の１種類以上と、ヒドロキシキノリン類の１種類以上を含む研磨液を用いた電解研磨と、前記研磨液中に添加したヒドロキシキノリン類と反応して銅の表面に生成されるオキシン銅皮膜の研削を同時に行うようにしたことを特徴とする研磨装置である。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、基板を下向きで保持する基板保持部と、水溶性の無機酸あるいはその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類の１種類以上と、ヒドロキシキノリン類の１種類以上を含む研磨液を保持する研磨槽と、前記研磨槽内に保持した研磨液中に浸漬させて配置した陰極板と、前記陰極板に対向させて前記研磨槽内に保持した研磨液中に浸漬させて配置した研磨具と、前記基板保持部で保持した基板と前記研磨具を相対移動させる相対移動機構を有することを特徴とする研磨装置である。
請求項８に記載の発明は、前記陰極板の表面には、面内を全長に亘って連続して延びる多数の溝が形成されていることを特徴とする請求項７記載の研磨装置である。これにより、溝を通過させて研磨液を供給するとともに、生成物や水素ガス、酸素ガス等を排出することができる。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、基板を保持する基板保持部と、水溶性の無機酸あるいはその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類の１種類以上と、ヒドロキシキノリン類の１種類以上を含む研磨液を保持する研磨槽と、多数の陽極と陰極とを該陰極を前記陽極より前記基板保持部で保持した基板により近接させ絶縁して交互に配置した電極板と、前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加する電源と、前記電極板に対向させて前記研磨液中に浸漬させて配置した研磨具と、前記基板保持部で保持した基板と前記研磨具を相対移動させる相対移動機構を有することを特徴とする研磨装置である。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、前記電極板の表面には、面内を全長に亘って延びる多数の溝が設けられていることを特徴とする特徴とする請求項９記載の研磨装置である。
請求項１１に記載の発明は、請求項７記載の研磨装置と、請求項９記載の研磨装置とを同一モジュール内の仕切られた部屋の中に配置し、各研磨装置間の基板の移動を前記モジュール内に配置した旋回アームによって行うことを特徴とする研磨装置である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明に使用される研磨液は、水溶性の無機酸あるいはその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類の少なくとも一種以上と、ヒドロキシキノリン類の１種以上を含んでいるが、この研磨液の組成及びその性質、研磨液中のヒドロキシキノリン類の作用及び効果、研磨液を用いた研磨に使用される研磨装置の構成を順に説明し、更にこの研磨液を用いて実際に研磨を行った時の実施例について説明する。
【００２７】
〔研磨液の組成及びその性質〕
本発明に使用される研磨液に含まれる水溶性の無機酸あるいはその塩類としては、りん酸、ピロりん酸、硫酸、硝酸、塩酸スルファミン酸、フッ化水素酸などの無機酸あるいはこれら無機酸のカリウム塩あるいはアンモニウム塩が挙げられる。また、水溶性の有機酸あるいはその塩類としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、蓚酸、マロン酸、マイレン酸、コハク酸、クエン酸、グルコン酸、酪酸、グリシン、アミノ安息香酸、ニコチン酸、メタンスルホン酸などの有機酸あるいはこれら有機酸のカリウン塩、アンモニウム塩、アルキルアミン基あるいはヒドロシアルキルアミン塩が挙げられる。これらは、単独あるいは２種類以上の混合溶液として用いてもよく、この水溶性の無機酸あるいはその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類の濃度（総濃度）は、例えば０.０１〜５．０ｍｏｌ／Ｌである。研磨液の導伝率は、例えば０．５〜１００ｍＳ／ｃｍで、電解電流を１Ａ／ｄｍ２以上とする時は、好ましくは５ｍＳ／ｃｍ以上である。
【００２８】
ヒドロキシキノリン類は、例えば、２−ヒドロキシキノリン、４−ヒドロキシキノリン、５−ヒドロキシキノリンあるいは８−ヒドロキシキノリンのいずれか１種類以上が使用されるが、性能および価格の面から８−ヒドロキシキノリンが最も適切である。その濃度は、例えば０.００１〜１．０重量％、好ましくは０.０５〜０.２重量％である。この８−ヒドロキシキノリンは、一部で工業用薬品として使用されており、比較的低価格で容易に入手することができる。
【００２９】
ここで、水溶性の無機酸あるいはその塩類、または水溶性の有機酸あるいはその塩類、および８−ヒドロキシキノリンを含む研磨液中で銅を陽極として電解研磨すると、銅は溶解と同時に８−ヒドロキシキノリンと前述の反応式に従って反応して、銅の表面に不溶性のオキシン銅が生成され、このオキシン銅は、電解の継続ととともに燐片状の皮膜となって成長する。このオキシン銅皮膜は、電気抵抗が高く、電圧の上昇をきたすが、更に電解を継続すると、銅表面から脱落し、この脱落した後に新たなオキシン銅が生成し皮膜に成長することを繰り返す。
【００３０】
研磨液は、そのｐＨが、例えば３〜１１の広い範囲で使用されるが、研磨液中で銅を陽極とした電解研磨で銅の表面に不溶性のオキシン銅皮膜が特に生成しやすいｐＨの領域は５〜９であり、オキシン銅皮膜は、その厚みが最大１ｍｍにも成長する。研磨液のｐＨは、研磨工程の目的および進行度により選定することができる。すなわち、基本的には全工程に亘りオキシン銅皮膜が最も生成されやすい中性領域で使用されるが、例えば絶縁層の全面が銅膜に覆われている前段では、研磨液のｐＨを低くし、高い電流密度で電解研磨を主体に銅を速やかに除去することもできる。この場合は、りん酸濃度を高くし、平滑化効果を上げるためにアルキレングリコール類あるいはアルキレングリコールアルキルエーテルなどを添加併用するのが好ましい。また、研磨の最終工程は、バリア層の研磨選択性を高めるため、研磨液のｐＨを低く、或いは高くすることもできる。
【００３１】
研磨液に、銅の変色及び腐食防止剤として、ベンゾトリアゾールやその誘導体、ベンゾイミダゾールまたはフェナセチンなどを、例えば１０〜１０００ｍｇ／Ｌの濃度で添加することで、銅の変色や腐食を効果的に防止することができる。しかし、ｐＨが８以上の研磨液にベンゾトリアゾールを１００ｍｇ／Ｌ以上添加すると、銅の表面に安定な錯体皮膜が過剰に生成され、オキシン銅の生成が防げられる。このため、薬品の種類と濃度は、研磨液の状態に応じて適切に選定する必要がある。
【００３２】
研磨液に界面活性剤を添加することで、絶縁層や配線用溝に埋込んだ銅配線の過剰な研磨を抑制し、残存するバリア層の研磨速度を高くして、銅膜の研磨の最終工程に適するようにすることができる。この場合、選択的研磨性、砥粒の分散性、水洗性、後の処理工程への影響などを総合的に勘案すると、非イオン系のポリオキシエチレングリコールアルキルエーテル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレン縮合物、アセチレン系グリコール類、エチレンジアミンポリオキシアルキレングリコールなどの界面活性剤が適切である。
【００３３】
研磨液に含まれる研磨砥粒としては、銅の研磨が目的となる前段の工程では、アルミナ、コロイダルシリカあるいはアルミナとコロイダルシリカとを併用したものを使用することが好ましく、後段の工程のバリア層を含む研磨には、コロイダルシリカを使用することが好ましい。
【００３４】
また、例えば絶縁層上に堆積した過剰な銅膜の膜厚が１０００ｎｍを超えるような厚い場合には、研磨砥粒を含まず、りん酸およびアルキレングリコール類などを含み、電解時に銅表面の分極作用が大きい研磨液を使用し、３Ａ／ｄｍ２以上の電流で電解研磨して、過剰な銅膜の大半を高速度で研磨することも効率的である。この研磨液は、銅の研磨混入による性状変化が少なく、研磨装置からの排液を回収し、ろ過した後、濃度の調整することにより、再度使用する工程の合理化が図れる。
【００３５】
〔研磨液中のヒドロキシキノリン類の作用および効果〕
導電性成分として、蓚酸アンモニウム：１０ｇ／Ｌ、グリシン：１０ｇ／Ｌ、りん酸：３０ｇ／Ｌを純水に添加して溶解させ、アンモニア水を加えて、ｐＨを８．５に調整し、次いで、８−ヒドロキシキノリン：２ｇ／Ｌを添加し溶解させた研磨液を用意した。この研磨液の温度を２５℃に保ち、光沢硫酸銅めっきで得られた銅箔試片を研磨液中に浸漬させたところ、銅箔面に薄い黄緑色のオキシン銅が生成された。予め重量を測った複数の銅箔試片を研磨液中に浸漬させ、一定時間毎に１枚ずつ引き上げ、表面のオキシン銅皮膜を拭き取り、水洗、乾燥及び秤量して銅箔の減量を求めた。その結果を図１に示す。この図１により、研磨液中で銅は徐々に溶解してオキシン銅を生成するが、数分後に銅の表面がオキシン銅の皮膜で覆われると銅の溶解が殆ど停止することが判る。
【００３６】
一対の銅箔を陽極と陰極として、前述と同様な研磨液中に互いに対峙させて浸漬させ、直流電源（整流器）から両極極間に電圧を印加して、３Ａ／ｄｍ２の一定電流を流した。この時の両極間の電圧を測定した結果を図２に示す。この図２により、当初は低い電圧で通電されるが、銅の表面にオキシン銅の皮膜が生成されると抵抗が次第に大きくなり、数分後には初期のほぼ２倍の電圧となることが判る。
【００３７】
前項と同様の実験を、両極間の電圧を５.０Ｖの一定に保ちながら電解して行った。この時の電流の変化と銅箔の減量を経時的に測定した結果を図３に示す。この図３から、当初は４Ａ／ｄｍ２の電流が流れたが、時間とともに電流が低下し、数分後には、初期の１／２以下となり、また、銅箔の減量も通電量にほぼ一致することが判る。
【００３８】
また、この時に銅箔の表面に生成されるオキシン銅皮膜は、機械的に脆弱で、特に研磨液中で生成され濡れた状態では容易に拭き落とすことができることが確かめられている。従って、例えば研磨パッド等の研磨具の圧力を１００〜３００ｇ／ｃｍ２に低くして研削しても、銅（オキシン銅皮膜）の十分な研磨速度を確保することができる。
【００３９】
以上により、ヒドロキシキノリン類と銅が反応して生成されるオキシン銅皮膜の性状から、半導体装置製造のダマシン法において、絶縁層上の過剰な銅膜を平坦に研磨する際、ヒドロキシキノリン類を含む研磨液中で銅面を陽極として電解研磨しつつ、回転する研磨パッド等の研磨具により研磨することで、電解により銅膜の表面に生成されたオキシン銅皮膜が、凸部のみ選択的に研削除去され、凹部は保護される。そして、有効な電流を流してこの操作を継続することにより、銅膜を平坦化する研磨を効率的に行い、かつ銅配線層の損傷の少ない製品を製造できることが判る。
【００４０】
〔研磨液を用いた研磨に使用される研磨装置の構成〕
前述の研磨液を用いた研磨に使用される研磨装置について以下説明する。
図４は、本発明の第１の実施の形態の研磨装置１０ａを示す。この研磨装置１０ａは、上方に開口して内部に研磨液１２を保持する有底円筒状の研磨槽１４と、研磨槽１４の上方に配置され基板Ｗを着脱自在に下向きに保持する基板保持部１６ａとを有している。
【００４１】
研磨槽１４は、モータ等の駆動に伴って回転する主軸１８に直結され、底部には、例えばＳＵＳ，Ｐｔ／Ｔｉ，Ｉｒ／Ｔｉ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂなど研磨液に対して安定でかつ電解により不動体化しない金属からなり、研磨液１２中に浸漬されてカソードとなる平板状の陰極板２０が水平に配置されている。この陰極板２０の上面には、縦及び横方向に面内の全長に亘って直線状に延びる格子状の長溝２０ａが設けられている。更に、陰極板２０の上面には、例えば、連続発泡体式で不織布タイプの硬度研磨パッド（例えば：ロデールニッタ社  ＳＵＢＡ８００）からなる研磨具２２が貼り付けられている。
【００４２】
これによって、主軸１８の回転に伴って研磨槽１４が研磨具２２と一体に回転し、研磨液１２の供給に伴って研磨液１２が長溝２０ａを通って流れ、しかも電解研磨に伴って生成される生成物や、水素ガス、酸素ガス等も長溝２０ａを通って基板Ｗと研磨具２２の間から外方に排出されるようになっている。
【００４３】
なお、この例では、研磨槽１４が回転するようにした例を示しているが、スクロール運動（並進回転運動）するようにしたり、往復動するようにしたりしてもよい。また、長溝２０ａの形状は、陰極板２０の中央部と外周部とで電流密度に差が生じてしまうことを防止するとともに、研磨液や水素ガス等が長溝２０ａに沿ってスムーズに流れるようにするため、研磨槽１４がスクロール運動を行う場合には、格子状であることが好ましく、また研磨槽１４が往復動を行う場合には、この移動方向に沿った平行であることが好ましい。
【００４４】
基板保持部１６ａは、回転速度が制御可能な回転機構と研磨圧力が調整可能な上下動機構を備えた支持ロッド２４の下端に連結され、この下面に、例えば真空吸着方式で基板Ｗを吸着保持するようになっている。
基板保持部１６ａの下面外周部には、基板保持部１６ａで基板Ｗを吸着保持した時、基板Ｗの周縁部乃至ベベル部と接触して、基板Ｗの表面に堆積した銅膜６（図１０（ａ）参照）を陽極（アノード）にする電気接点２６が設けられている。この電気接点２６は、支持ロッド２４に内蔵されたロール摺動コネクタおよび配線２８ａにより、外部に配置した直流及びパルス電流電源としての整流器３０の陽極端子へ結線され、前記陰極板２０は、配線２８ｂを介して整流器３０の陰極端子に結線される。
【００４５】
この整流器３０は、例えば低電圧仕様で、８インチウエハの場合は、１５Ｖ×２０Ａ程度、１２インチウエハの場合は、１５Ｖ×３０Ａ程度の容量のものが使用される。パルス電流の周波数は、例えば通常〜ｍsec.までのものが使用される。
更に、研磨槽１４の上方に位置して、この内部に研磨液１２を供給する研磨液供給ユニット３２が配置され、更に各機器及び運転全般を調節し管理する制御ユニット３４および安全装置（図示せず）などが備えられている。
【００４６】
この研磨装置１０ａは、図１０（ａ）に示すように、基板Ｗの表面に堆積した余剰な銅膜６が一様に連続している時に該銅膜６を研磨するのに適するもので、その研磨動作について説明する。
【００４７】
研磨槽１４内に研磨液１２を供給し、この研磨液１２が研磨槽１４をオーバフローする状態で、例えば９０ｒｐｍ程度の回転速度で研磨槽１４と研磨具２２を一体に回転させる。一方、銅めっき等のめっき処理を施した基板Ｗを基板保持部１６ａで下向きに吸着保持しておく。この状態で、基板Ｗを前記研磨槽１４とは反対方向に、例えば９０ｒｐｍ程度の回転速度で回転させながら下降させ、この基板Ｗの表面（下面）を、例えば３００ｇ／ｃｍ２程度の一定の圧力で研磨具２２の表面に接触させ、同時に、整流器３０により陰極板２０と電気接点２６との間に直流、または、例えば基板上の銅の表面積当たりの電流密度が１〜４Ａ／ｄｍ２程度で、例えば１０×１０−３秒間通電し、同じく１０×１０−３秒間停止するパルス電流を流す。
【００４８】
すると、銅膜は、従来の技術よりも速い速度で、しかも効果的に平坦化されながら研磨される。つまり、前述のように、研磨液１２として、ヒドロキシキノリン類を含むものを使用し、銅を陽極として電解研磨すると、図５（ａ）に示すように、銅とヒドロキシキノリン類とが反応して銅膜６の表面に不溶性のオキシン銅皮膜６ａが生成される。このオキシン銅皮膜６ａは、機械的にきわめて脆弱であり、回転する低い圧力の研磨具で容易に研削除去できる。このため、研磨具２２で研磨すると、図５（ｂ）に示すように、銅膜６の凸部表面に生成されたオキシン銅皮膜６ａが主に研削除去され、この研削除去された部分で銅膜６が外部に露出する。すると、オキシン銅皮膜６ａは、比較的高い電気抵抗を示し、このオキシン銅皮膜６ａで覆われた部分への通電は抑制され、金属面が露出している部分６ｂへ電流が集中する性質があり、このため、図５（ｃ）に示すように、先に研磨されて銅膜６が露出した表面にオキシン銅皮膜６ａが直ちに生成され、前述と同様に、この後に生成されたオキシン銅皮膜６ａが主に研削除去される。つまり、銅膜６の凹部の表面は、オキシン銅皮膜６ａで覆われたままの状態で、ここの研磨が抑制され、これによって、銅膜６の凸部のみが選択的に研削除去される。銅の不動態化を利用した複合電解研磨である。
【００４９】
この時、陰極板２０の表面に設けた長溝２０ａから基板Ｗと研磨具２２との間に研磨液１２が供給され、この研磨液１２中に浮遊する粒子や、反応によって生成される水素ガス等は長溝２０ａの中を通過して外方にスムーズに流出する。
そして、研磨終了後、基板保持部１６ａで保持した基板Ｗを上昇させ、この基板Ｗの回転を停止して、研磨終了後の基板Ｗを次工程に搬送する。
【００５０】
図６は、本発明の第２の実施の形態の研磨装置１０ｂを示す。この研磨装置１０ｂの前記図４に示す研磨装置１０ａと異なる点は、研磨槽１４の底部に、内部に多数の陰極ロッド１４０と陽極ロッド４２とを交互に配置した、絶縁材からなる電極板４４を水平に配置した点である。ここに、この電極板４４の上面には、縦及び横方向に面内の全長に亘って直線状に延びる格子状の長溝４４ａが設けられている。そして、陽極ロッド４２は、この長溝４４ａに沿って、その上面が長溝４４ａの底面とほぼ面一となるように配置され、陰極ロッド１４０は、この長溝４４ａに沿って、その上面が長溝４４ａの底面から、例えば１０〜３０ｍｍ下方に位置するように配置され、この陰極ロッド１４０の上方には、発生する微少なガス及び研磨液が流通できる有孔性の充填材１４５が充填されている。
【００５１】
そして、全ての陽極ロッド４２は、配線４６ｂを介して外部に配置された直流及びパルス電流電源としての整流器１４８の陽極端子へ結線されており、また全ての陰極ロッド１４０は、配線４６ａを介して互いに整流器１４８の陰極端子に結線されている。
この整流器１４８は、例えば低電圧仕様で、１００Ｖ×１０Ａ程度の容量のものが使用される。パルス電流の周波数は、例えば通常〜ｍsec.までのものが使用される。
【００５２】
これにより、電極板４４に金属（銅）を近接して配置し、この電極板４４の陰極ロッド１４０と陽極ロッド４２との間に整流器１４８から電圧を印加すると、この時のバイポーラ現象により、金属（銅）の表面の陰極ロッド１４０に近接した位置に、局部的に正の極性が発生するようになっている。
更に、この例にあっては、研磨槽１４をオーバフローした研磨液１２を回収し、ろ過した後、再生する研磨液再生ユニット５０が備えられている。また、基板保持部１６ｂとして、電気接点を有さないものが使用されている。
【００５３】
この研磨装置１０ｂは、図１０（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に堆積した余剰な銅膜６の研磨が進み、バリア層５が表面に露出して銅膜６が島状になった時に基板の表面のバリア層５及び銅膜６を研磨するのに適するものである。つまり、このように、銅膜６が島状になると、電気接点等の外部端子から銅膜６への一様な通電ができなくなる。このような場合でも、この実施の形態の研磨装置１０ｂによれば、バイポーラ現象を利用し、銅の表面を局部的に正の極性とすることで、銅の表面にオキシン銅皮膜を生成することができる。
この研磨装置１０ｂの研磨動作は、電解研磨の際に電極板４４に設けた陰極ロッド１４０と陽極ロッド４２との間に、例えば５０Ｖの電圧を印加する以外は、前述の研磨装置１０ａの場合と同様である。
【００５４】
この研磨装置１０ｂによれば、バリア層５及び銅膜６とが表面に露出している場合であっても、銅膜６の過剰な研磨を抑制し、残存するバリア層５の研磨速度を高くして、両者を同一レートで平坦に研磨し、しかも配線となる銅膜６の欠損を防ぐことができる。つまり、前述のように、研磨液１２として、ヒドロキシキノリン類を含むものを使用し、銅をバイポーラ現象により正極化して電解研磨すると、図７（ａ）に示すように、銅とヒドロキシキノリン類とが反応して銅膜６の表面に不溶性のオキシン銅皮膜６ａが生成される。このオキシン銅皮膜６ａは、電解液に溶けず、このため、このオキシン銅皮膜６ａで覆われた銅膜６はケミカルエッチングを受けない。このため、バリア層５の表面のみが電解研磨され、このバリア層５の電解研磨によって、図７（ｂ）に示すように、銅膜６がバリア層５のなす平面から上方に突出する。すると、このように、上方に突出した銅膜６の表面には、前述のように、機械的にきわめて脆弱で、回転する低い圧力の研磨具で容易に研削除去できるオキシン銅皮膜６ａが生成されており、このためこのオキシン銅皮膜６ａが研削除去されて平坦となる。しかも、回転する低い圧力の研磨具２２で銅膜６（オキシン銅皮膜６ａ）を研削除去するため、銅膜６の表面が欠損することを防止することができる。
なお、バリア層５が露出する前にあっては、前述の研磨装置１０ａの場合と同様にして、銅膜６の凸部のみが選択的に研削除去される。
第１研磨処理液と第２研磨処理液は、組成を変えてもよい。第２研磨工程では導電性の異なる銅膜とバリア膜を同時に同じレートで研磨する必要があるため、銅膜は不動態膜化するが、バリア膜は化学研磨要素を多くした研磨液が必要となる。
【００５５】
図８は、図４に示す研磨装置１０ａと図６に示す研磨装置１０ｂとを備えた配線形成装置の平面配置図を示す。この配線形成装置は、ハウジング５２の内部に位置して、ロード・アンロード部５４と、このロード・アンロード部５４の反対側から順に配置された銅めっき装置１５６、洗浄装置１５８、アニール装置１６０、図４に示す研磨装置（第１研磨装置）１０ａ、図６に示す研磨装置（第２研磨装置）１０ｂ及び洗浄乾燥装置１６２とを有し、更に搬送経路６６に沿って走行自在で、これらの間で基板の受渡しを行う搬送装置６８が備えられている。
【００５６】
次に、図９及び図１０を参照して配線形成処理について説明する。表面にシード層７を形成した基板Ｗ（図１８（ａ）参照）をロード・アンロード部５４から搬送装置６８で一枚ずつ取り出し、銅めっき装置１５６に搬入する。そして、このこの銅めっき装置１５６で、例えば電解銅めっき処理を行って、図１０（ａ）に示すように、基板Ｗの表面に銅膜６を形成する。
次に、この銅めっき処理後の基板Ｗを洗浄装置１５８に搬送して洗浄し、しかる後、アニール装置１６０に搬送する。そして、銅膜６を堆積させた基板Ｗに熱処理を施して銅膜６をアニールし、第１研磨装置１０ａに搬送する。
【００５７】
そして、この第１研磨装置１０ａで、基板Ｗの表面に（被めっき面）に第１研磨処理を施し、これによって、バリア層５の上面に堆積させた銅膜６を研磨し、バリア層５の銅膜６の膜厚が所定の値に達した時に第１研磨を終了する。このように、第１研磨装置１０ａで第１研磨を行うことで、研磨速度を速くすることができる。しかる後、この基板Ｗを第２研磨装置１０ｂに搬送して基板Ｗの表面に第２研磨処理を施す。この時、図１０（ｂ）に示すように、バリア層５が露出した時点で、絶縁層２上のバリア層５と銅膜６の表面とを同時に研磨し、これによって、図１０（ｃ）に示すように、絶縁層２の表面と銅膜６からなる配線の表面が同一平面となるようにする。すなわち、第２研磨装置１０ｂにあっては、従来の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）に合わせバイポーラ現象を利用し、銅の表面を局部的に正の極性とすることで、銅の表面にオキシン銅皮膜を生成することができ、このため、バリア層５が露出して銅膜６が島状に分離した状態になっても、研磨処理を継続することができる。
そして、この研磨処理後の基板を洗浄乾燥装置１６２に搬送し、ここで基板を洗浄し乾燥させた後、搬送装置６８でロード・アンロード部５４の元のカセットに戻す。
【００５８】
図１１及び図１２は、本発明の更に他の実施の形態の研磨装置１０ｃを示す。この研磨装置１０ｃは、図４に示す研磨装置（第１研磨装置）１０ａと図６に示す第２研磨装置（第２研磨装置）１０ｂとを同一モジュール７０内の仕切られた部屋の中に配置し、この部屋の内部に配置した旋回アーム７２によって、基板Ｗの第１研磨装置１０ａと第２研磨装置１０ｂとの間の受渡しを行うようにしたものである。すなわち、この研磨装置１０ｃは、図１２に示すように、着脱自在な電極リング７４を備え、旋回アーム７２の自由端に連結された基板保持部７６を有し、この電極リング７４を装着した基板保持部７６によって第１研磨装置１０ａの基板保持部１６ａを、電極リング７４を外した基板保持部７６によって第２研磨装置１０ｂの基板保持部１６ｂをそれぞれ構成するようになっている。そして、モジュール７０の内部に、電極リング７４を着脱する電極リング着脱ステージ７８が配置されている。
【００５９】
この例によれば、電極リング７４を装着した状態で、モジュール７０の外部で基板を基板保持部７６で吸着保持してモジュール７０の内部に搬入し、この電極リング７４を装着した基板保持部７６で第１研磨装置１０ａを構成して、前述と同様な第１研磨処理を行う。そして、この第１研磨処理終了後、基板Ｗを保持したまま、基板保持部７６を電極リング着脱ステージ７８に移動させ、ここで電極リング７４を外し、この電極リング７４を外した基板保持部７６で第２研磨装置１０ｂを構成して、前述と同様な第２研磨処理を行う。そして、この第２研磨処理終了後の基板を基板保持部７６で保持したまま、モジュール７０の外部に搬送する。
【００６０】
この研磨装置１０ｃにあっては、図１３に示すように、図８に示す第１研磨装置１０ａと第２研磨装置１０ｂの配置位置に研磨装置１０ｃを配置することで、連続した配線形成処理を行うことができる。
【００６１】
図１４乃至図１６は、本発明の更に他の実施の形態の研磨装置１０ｄを示す。この研磨装置１０ｄは、前述の第１研磨処理と第２研磨処理を同一の研磨槽内で行えるようにしたもので、前記図６に示す研磨装置１０ｂと異なる点は、図４に示す研磨装置１０ａに備えられている基板保持部１６ａと整流器（第１整流器）３０とを備え、この第１整流器３０の陽極から延びる配線２８ａを基板保持部１６ａの電気接点２６に結線し、陰極から延びる配線２８ｂを整流器（第２整流器）１４８の陰極から延びる配線４６ａに繋ぎ、更に、この整流器３０，１４８の切換えを行えるようにしたものである。
【００６２】
また、この例にあっては、研磨槽１４がスクロール運動を行うように構成されているとともに、研磨槽１４及び電極板４４の内部に上下に連通する研磨液流通路５１（図１５参照）が設けられ、この研磨液流通路５１から研磨液１２が研磨槽１４の内部に供給されるようになっている。
【００６３】
更に、電極板４４の上面に、例えば深さＨ１が３ｍｍ程度の長溝４４ａが設けられ、この長溝４４ａの底面と陽極ロッド４２の上面が面一となり、また長溝４４ａで仕切られて矩形状に突出した各部の中央に陰極ロッド１４０が配置され、この陰極ロッド１４０の上部には、例えば深さＨ２が１ｍｍの凹部４４ｂが設けられ、この凹部４４ｂと長溝４４ａとが十字状に延びる連通溝４４ｃを介して互いに連通するようになっている。
これにより、研磨液流通路５１から研磨槽１４内に供給された研磨液１２は、長溝４４ａに沿って流れ、更に連通溝４４ｃから凹部４４ｂの内部に達し、これによって、陰極ロッド１４０及び陽極ロッド４２の上面が研磨液１２に接触する。
【００６４】
この例によれば、第１整流器３０から電気接点２６と陰極ロッド１４０との間に電圧を印加して、前述の第１研磨処理を行い、整流器を切換えて、第２整流器１４８から陰極ロッド１４０と陽極ロッド４２との間に電圧を印加して、前述の第２研磨処理を行うことができる。
【００６５】
図１９乃至図２７は、図８に備えられている銅めっき装置１５６を構成する電気めっき装置を示す。この電気めっき装置は、図１９に示すように、略円筒状で内部にめっき液４５を収容するめっき処理槽４６と、このめっき処理槽４６の上方に配置されて基板Ｗを保持するヘッド部４７とから主に構成されている。なお、図６は、ヘッド部４７で基板Ｗを保持してめっき液４５の液面を上昇させためっき位置にある時の状態を示している。
【００６６】
前記めっき処理槽４６には、上方に開放し、アノード４８を底部に配置しためっき室４９を有し、このめっき室４９内にめっき液４５を保有するめっき槽５０が備えられている。前記めっき槽５０の内周壁には、めっき室４９の中心に向かって水平に突出するめっき液噴出ノズル５３が円周方向に沿って等間隔で配置され、このめっき液噴出ノズル５３は、めっき槽５０の内部を上下に延びるめっき液供給路に連通している。
【００６７】
更に、この例では、めっき室４９内のアノード４８の上方位置に、例えば３ｍｍ程度の多数の穴を設けたパンチプレート２２０が配置され、これによって、アノード４８の表面に形成されたブラックフィルムがめっき液４５によって巻き上げられ、流れ出すことを防止するようになっている。
【００６８】
また、めっき槽５０には、めっき室４９内のめっき液４５を該めっき室４９の底部周縁から引抜く第１めっき液排出口５７と、めっき槽５０の上端部に設けた堰部材５８をオーバフローしためっき液４５を排出する第２めっき液排出口５９と、この堰部材５８をオーバフローする前のめっき液４５を排出する第３めっき液排出口１２０が設けられ、更に、堰部材５８の下部には、図２５に示すように、所定間隔毎に所定幅の開口２２２が設けられている。
【００６９】
これによって、めっき処理時にあって、供給めっき量が大きい時には、めっき液を第３めっき液排出口１２０から外部に排出する共に、図２５（ａ）に示すように、堰部材５８をオーバフローさせ、更に開口２２２を通過させて第２めっき液排出口５９からも外部に排出する。また、めっき処理時にあって、供給めっき量が小さい時には、めっき液を第３めっき液排出口１２０から外部に排出すると共に、図２５（ｂ）に示すように、開口２２２を通過させて第２めっき液排出口５９からも外部に排出し、これによって、めっき量の大小に容易に対処できるようになっている。
【００７０】
更に、図２５（ｄ）に示すように、めっき液噴出ノズル５３の上方に位置して、めっき室４９と第２めっき液排出口５９とを連通する液面制御用の貫通孔２２４が円周方向に沿った所定のピッチで設けられ、これによって、非めっき時にめっき液を貫通孔２２４を通過させ第２めっき液排出口５９から外部に排出することで、めっき液の液面を制御するようになっている。なお、この貫通孔２２４は、めっき処理時にオリフィスの如き役割を果たして、ここから流れ出すめっき液の量が制限される。
【００７１】
図２０に示すように、第１めっき液排出口５７は、めっき液排出管６０ａを介してリザーバ２２６に接続され、このめっき液排出管６０ａの途中に流量調整器６１ａが介装されている。第２めっき液排出口５９と第３めっき液排出口１２０は、めっき槽５０の内部で合流した後、めっき液排出管６０ｂを介して直接リザーバ２２６に接続されている。
【００７２】
このリザーバ２２６に入っためっき液４５は、リザーバ２２６からポンプ２２８によりめっき液調整タンク４０に入る。このめっき液調整タンク４０には、温度コントローラ２３０や、サンプル液を取り出して分析するめっき液分析ユニット２３２が付設されており、単一のポンプ２３４の駆動に伴って、めっき液調整タンク４０からフィルタ２３６を通して、めっき液４５が銅めっき装置１５６のめっき液噴出ノズル５３に供給されるようになっている。このめっき液調整タンク４０から銅めっき装置１５６に延びるめっき液供給管５５の途中に、二次側の圧力を一定にする制御弁５６が備えられている。
【００７３】
図１９に戻って、めっき室４９の内部の周辺近傍に位置して、該めっき室４９内のめっき液４５の上下に分かれた上方の流れでめっき液面の中央部を上方に押上げ、下方の流れをスムーズにするとともに、電流密度の分布をより均一になるようにした鉛直整流リング６２と水平整流リング６３が該水平整流リング６３の外周端をめっき槽５０に固着して配置されている。
【００７４】
一方、ヘッド部４７には、回転自在な下方に開口した有底円筒状で周壁に開口９４を有するハウジング７０と、下端に押圧リング２４０を取付けた上下動自在な押圧ロッド２４２が備えられている。ハウジング７０の下端には、図１０及び図２３及び図２４に示すように、内方に突出するリング状の基板保持部７２が設けられ、この基板保持部７２に、内方に突出し、上面の先端が上方に尖塔状に突出するリング状のシール材２４４が取付けられている。更に、このシール材２４４の上方にカソード電極用接点７６が配置されている。また、基板保持部７２には、水平方向に外方に延び、更に外方に向けて上方に傾斜して延びる空気抜き穴７５が円周方向に沿って等間隔に設けられている。
【００７５】
これによって、図１９に示すように、めっき液４５の液面を下げた状態で、図２３及び図２４に示すように、基板Ｗを吸着ハンドＨ等で保持してハウジング７０の内部に入れて基板保持部７２のシール材２４４の上面に載置し、吸着ハンドＨをハウジング７０から引抜いた後、押圧リング２４０を下降させる。これにより、基板Ｗの周縁部をシール材２４４と押圧リング２４０の下面で挟持して基板Ｗを保持し、しかも基板Ｗを保持した時に基板Ｗの下面とシール材２４４が圧接して、ここを確実にシールし、同時に、基板Ｗとカソード電極用接点７６とが通電するようになっている。
【００７６】
図１９に戻って、ハウジング７０は、モータ２４６の出力軸２４８に連結されて、モータ２４６の駆動によって回転するように構成されている。また、押圧ロッド２４２は、モータ２４６を囲繞する支持体２５０に固着したガイド付きシリンダ２５２の作動によって上下動するスライダ２５４の下端にベアリング２５６を介して回転自在に支承したリング状の支持枠２５８の円周方向に沿った所定位置に垂設され、これによって、シリンダ２５２の作動によって上下動し、しかも基板Ｗを保持した時にハウジング７０と一体に回転するようになっている。
【００７７】
支持体２５０は、モータ２６０の駆動に伴って回転するボールねじ２６１と螺合して上下動するスライドベース２６２に取付けられ、更に上部ハウジング２６４で囲繞されて、モータ２６０の駆動に伴って、上部ハウジング２６４と共に上下動するようになっている。また、めっき槽５０の上面には、めっき処理時にハウジング７０の周囲を囲繞する下部ハウジング２５７が取付けられている。
【００７８】
これによって、図２２に示すように、支持体２５０と上部ハウジング２６４とを上昇させた状態で、メンテナンスを行うことができるようになっている。また、堰部材５８の内周面にはめっき液の結晶が付着し易いが、このように、支持体２５０と上部ハウジング２６４とを上昇させた状態で多量のめっき液を流して堰部材５８をオーバフローさせることで、堰部材５８の内周面へのめっき液の結晶の付着を防止することができる。また、めっき槽５０には、めっき処理時にオーバフローするめっき液の上方を覆うめっき液飛散防止カバー５０ｂが一体に設けられているが、このめっき液飛散防止カバー５０ｂの下面に、例えばＨＩＲＥＣ（ＮＴＴアドバンステクノロジ社製）等の超撥水材をコーティングすることで、ここにめっき液の結晶が付着することを防止することができる。
【００７９】
ハウジング７０の基板保持部７２の上方に位置して、基板Ｗの芯出しを行う基板芯出し機構２７０が、この例では円周方向に沿った４カ所に設けられている。図２６は、この基板芯出し機構２７０の詳細を示すもので、これは、ハウジング７０に固定した門形のブラケット２７２と、このブラケット２７２内に配置した位置決めブロック２７４とを有し、この位置決めブロック２７４は、その上部において、ブラケット２７２に水平方向に固定した枢軸２７６を介して揺動自在に支承され、更にハウジング７０と位置決めブロック２７４との間に圧縮コイルばね２７８が介装されている。これによって、位置決めブロック２７４は、圧縮コイルばね２７８を介して枢軸２７６を中心に下部が内方に突出するように付勢され、その上面２７４ａがストッパとしての役割を果たしブラケット２７２の上部下面２７２ａに当接することで、位置決めブロック２７４の動きが規制されるようになっている。更に、位置決めブロック２７４の内面は、上方に向けて外方に拡がるテーパ面２７４ｂとなっている。
【００８０】
これによって、例えば搬送ロボット等の吸着ハンドで基板を保持しハウジング７０内に搬送して基板保持部７２の上に載置した際、基板の中心が基板保持部７２の中心からずれていると圧縮コイルばね２７８の弾性力に抗して位置決めブロック２７４が外方に回動し、搬送ロボット等の吸着ハンドによる把持を解くと、圧縮コイルばね２７８の弾性力で位置決めブロック２７４が元の位置に復帰することで、基板の芯出しを行うことができるようになっている。
【００８１】
図２７は、カソード電極用接点７６のカソード電極板２０８に給電する給電接点（プローブ）７７を示すもので、この給電接点７７は、プランジャで構成されているとともに、カソード電極板２０８に達する円筒状の保護体２８０で包囲されて、めっき液から保護されている。
【００８２】
次に、この銅めっき装置（電気めっき装置）１５６によるめっき処理について説明する。
先ず、銅めっき装置１５６に基板を受渡す時には、図８に示す搬送ロボット６８の吸着ハンドと該ハンドで表面を下に向けて吸着保持した基板Ｗを、ハウジング７０の開口９４からこの内部に挿入し、吸着ハンドを下方に移動させた後、真空吸着を解除して、基板Ｗをハウジング７０の基板保持部７２上に載置し、しかる後、吸着ハンドを上昇させてハウジング７０から引抜く。次に、押圧リング２４０を下降させて、基板Ｗの周縁部を基板保持部７２と押圧リング２４０の下面で挟持して基板Ｗを保持する。
【００８３】
そして、めっき液噴出ノズル５３からめっき液４５を噴出させ、同時にハウジング７０とそれに保持された基板Ｗを中速で回転させ、めっき液４５が所定の量まで充たされ、更に数秒経過した時に、ハウジング７０の回転速度を低速回転（例えば、１００ｍｉｎ−１）に低下させ、アノード４８を陽極、基板処理面を陰極としてめっき電流を流して電解めっきを行う。
【００８４】
通電を終了した後、図２５（ｄ）に示すように、めっき液噴出ノズル５３の上方に位置する液面制御用の貫通孔２２４のみからめっき液が外部に流出するようにめっき液の供給量を減少させ、これにより、ハウジング７０及びそれに保持された基板をめっき液面上に露出させる。このハウジング７０とそれに保持された基板Ｗが液面より上にある位置で、高速（例えば、５００〜８００ｍｉｎ−１）で回転させてめっき液を遠心力により液切りする。液切りが終了した後、ハウジング７０が所定の方向に向くようにしてハウジング７０の回転を停止させる。
【００８５】
ハウジング７０が完全に停止した後、押圧リング２４０を上昇させる。次に、搬送ロボット２８ｂの吸着ハンドを吸着面を下に向けて、ハウジング７０の開口９４からこの内部に挿入し、吸着ハンドが基板を吸着できる位置にまで吸着ハンドを下降させる。そして、基板を吸着ハンドにより真空吸着し、吸着ハンドをハウジング７０の開口９４の上部の位置にまで移動させて、ハウジング７０の開口９４から吸着ハンドとそれに保持した基板を取り出す。
【００８６】
この銅めっき装置１５６によれば、ヘッド部４７の機構的な簡素化及びコンパクト化を図り、かつめっき処理槽４６内のめっき液の液面がめっき時液面にある時にめっき処置を、基板受渡し時液面にある時に基板の水切りと受渡しを行い、しかもアノード４８の表面に生成されたブラックフィルムの乾燥や酸化を防止することができる。
【００８７】
図２８乃至図３３は、銅めっき装置１５６を構成する他の電気めっき装置を示す。この銅めっき装置には、図２８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２−１が設けられ、この基板処理部２−１に隣接して、めっき液を溜めるめっき液トレー２−２が配置されている。また、回転軸２−３を中心に揺動するアーム２−４の先端に保持され、基板処理部２−１とめっき液トレー２−２との間を揺動する電極部２−５を有する電極アーム部２−６が備えられている。
【００８８】
更に、基板処理部２−１の側方に位置して、プレコート・回収アーム２−７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２−８が配置されている。ここでは、３個の固定ノズル２−８が配置され、その内の１個を純水供給用に用いている。基板処理部２−１は、図２９及び図３０に示すように、めっき面を上にして基板Ｗを保持する基板保持部２−９と、この基板保持部２−９の上方で該基板保持部２−９の周縁部を囲むように配置されたカソード部２−１０が備えられている。更に基板保持部２−９の周囲を囲んで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２−１１が、エアシリンダ２−１２を介して上下動自在に配置されている。
【００８９】
ここで、基板保持部２−９は、エアシリンダ２−１２によって、下方の基板受け渡し位置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との間を昇降するようになっている。また基板保持部２−９は、回転モータ２−１４及びベルト２−１５を介して任意の加速度及び速度で前記カソード部２−１０と一体に回転するように構成されている。この基板受け渡し位置Ａに対向して、電解銅めっき装置のフレーム側面の搬送ロボット（図示せず）側には、基板搬出入口（図示せず）が設けられ、基板保持部２−９がめっき位置Ｂまで上昇したときに、基板保持部２−９で保持された基板Ｗの周縁部に下記のカソード部２−１０のシール部材２−１６とカソード電極２−１７が当接するようになっている。一方、カップ２−１１は、その上端が前記基板搬出入口の下方に位置し、図３０の仮想線で示すように、上昇したときにカソード部２−１０の上方に達するようになっている。
【００９０】
基板保持部２−９がめっき位置Ｂまで上昇した時に、この基板保持部２−９で保持した基板Ｗの周縁部にカソード電極２−１７が押し付けられ基板Ｗに通電される。これと同時にシール部材２−１６の内周端部が基板Ｗの周縁上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板Ｗの上面に供給されるめっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止すると共に、めっき液がカソード電極２−１７を汚染するのを防止している。
【００９１】
電極アーム部２−６の電極部２−５は、図３１に示すように、揺動アーム２−４の自由端に、ハウジング２−１８と、このハウジング２−１８の周囲を囲む中空の支持枠２−１９と、ハウジング２−１８と支持枠２−１９で周縁部を挟持して固定したアノード２−２０とを有している。アノード２−２０は、ハウジング２−１８の開口部を覆っており、ハウジング２−１８の内部には、吸引室２−２１が形成されている。そして吸引室２−２１には、図３２及び図３３に示すように、めっき液を導入排出するめっき液導入管２−２８及びめっき液排出管（図示せず）が接続されている。さらにアノード２−２０には、その全面に亘って上下に連通する多数の通孔２−２０ｂが設けられている。
【００９２】
この実施の形態にあっては、アノード２−２０の下面に該アノード２−２０の全面を覆う保水性材料からなるめっき液含浸材２−２２を取付け、このめっき液含浸材２−２２にめっき液を含ませて、アノード２−２０の表面を湿潤させることで、ブラックフィルムの基板のめっき面への脱落を防止し、同時に基板のめっき面とアノード２−２０との間にめっき液を注入する際に、空気を外部に抜きやすくしている。このめっき液含浸材２−２２は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、テフロン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン及びこれらの誘導体の少なくとも１つの材料からなる織布、不織布またはスポンジ状の構造体、あるいはポーラスセラミックスからなる。
【００９３】
めっき液含浸材２−２２のアノード２−２０への取付けは、次のように行っている。即ち、下端に頭部を有する多数の固定ピン２−２５を、この頭部をめっき液含浸材２−２２の内部に上方に脱出不能に収納し軸部をアノード２−２０の内部を貫通させて配置し、この固定ピン２−２５をＵ字状の板ばね２−２６を介して上方に付勢させることで、アノード２−２０の下面にめっき液含浸材２−２２を板ばね２−２６の弾性力を介して密着させて取付けている。このように構成することにより、めっきの進行に伴って、アノード２−２０の肉厚が徐々に薄くなっても、アノード２−２０の下面にめっき液含浸材２−２２を確実に密着させることができる。したがって、アノード２−２０の下面とめっき液含浸材２−２２との間に空気が混入してめっき不良の原因となることが防止される。
【００９４】
なお、アノードの上面側から、例えば径が２ｍｍ程度の円柱状のＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製のピンをアノードを貫通させて配置し、アノード下面に現れた該ピンの先端面に接着剤を付けてめっき液含浸材と接着固定するようにしても良い。アノードとめっき液含浸材は、接触させて使用することもできるが、アノードとめっき液含浸材との間に隙間を設け、この隙間にめっき液を保持させた状態でめっき処理することもできる。この隙間は２０ｍｍ以下の範囲から選ばれるが、好ましくは０．１〜１０ｍｍ、より好ましくは１〜７ｍｍの範囲から選ばれる。特に、溶解性アノードを用いた場合には、下からアノードが溶解していくので、アノードとめっき液含浸材の間隙は時間を経るにつれて大きくなり、０〜２０ｍｍ程度の隙間ができる。
【００９５】
そして、前記電極部２−５は、基板保持部２−９がめっき位置Ｂ（図３０参照）にある時に、基板保持部２−９で保持された基板Ｗとめっき液含浸材２−２２との隙間が、０．１〜１０ｍｍ程度、好ましくは０．３〜３ｍｍ、より好ましくは０．５〜１ｍｍ程度となるまで下降し、この状態で、めっき液供給管からめっき液を供給して、めっき液含浸材２−２２にめっき液を含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード２−２０との間にめっき液を満たし、基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード２−２０との間にめっき電源から電圧を印加することで、基板Ｗの被めっき面にめっきが施される。
【００９６】
次に、この銅めっき装置（電気めっき装置）１５６によるめっき処理について説明する。
先ず、基板受け渡し位置Ａにある基板保持部２−９にめっき処理前の基板Ｗを搬送ロボット６８（図８参照）で搬入し、基板保持部２−９上に載置する。次にカップ２−１１を上昇させ、同時に基板保持部２−９を前処理・洗浄位置Ｃに上昇させる。この状態で退避位置にあったプレコート・回収アーム２−７を基板Ｗの対峙位置へ移動させ、その先端に設けたプレコートノズルから、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板Ｗの被めっき面に間欠的に吐出する。この時、基板保持部２−９は回転しているため、プレコート液は基板Ｗの全面に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム２−７を退避位置に戻し、基板保持部２−９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。
【００９７】
続いて、電極アーム部２−６を水平方向に旋回させ、電極部２−５がめっき液トレー２−２上方からめっきを施す位置の上方に位置させ、この位置で電極２−５をカソード部２−１０に向かって下降させる。電極部２−５の下降が完了した時点で、アノード２−２０とカソード部２−１０にめっき電圧を印加し、めっき液を電極部２−５の内部に供給して、アノード２−２０を貫通しためっき液供給口よりめっき液含浸材２−２２にめっき液を供給する。この時、めっき液含浸材２−２２は基板Ｗの被めっき面に接触せず、０．１〜１０ｍｍ程度、好ましくは０．３〜３ｍｍ、より好ましくは０．５〜１ｍｍ程度に接近した状態となっている。
【００９８】
めっき液の供給が続くと、めっき液含浸材２−２２から染み出したＣｕイオンを含んだめっき液が、めっき液含浸材２−２２と基板Ｗの被めっき面との間の隙間に満たされ、基板Ｗの被めっき面にＣｕめっきが施される。この時、基板保持部２−９を低速で回転させても良い。
【００９９】
めっき処理が完了すると、電極アーム部２−６を上昇させた後に旋回させて、電極部２−５をめっき液トレー２−２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２−７を退避位置から基板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（図示せず）から基板Ｗ上のめっき液の残部を回収する。このめっき液の残部の回収が終了した後、プレコート・回収アーム２−７を待避位置に戻し、基板Ｗの中央部に純水を吐出し、同時に基板保持部２−９をスピードを増して回転させ基板Ｗの表面のめっき液を純水に置換する。
【０１００】
上記リンス終了後、基板保持部２−９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２−８から純水を供給しつつ基板保持部２−９及びカソード部２−１０を回転させて水洗を実施する。この時、カソード部２−１０に直接供給した純水、又は基板Ｗの面から飛散した純水によってシール部材２−１６、カソード電極２−１７も基板Ｗと同時に洗浄することができる。
【０１０１】
水洗完了後に、固定ノズル２−８からの純水の供給を停止し、更に基板保持部２−９及びカソード部２−１０の回転スピードを増して、遠心力により基板Ｗの表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シール部材２−１６及びカソード電極２−１７も乾燥される。上記乾燥が終了すると基板保持部２−９及びカソード部２−１０の回転を停止させ、基板保持部２−９を基板受渡し位置Ａまで下降させる。
【０１０２】
図３４は、前述のめっき装置を備えた基板処理装置の平面配置図を示す。図示するように、この基板処理装置は、半導体基板を収容した基板カセットの受け渡しを行う搬入・搬出エリア５２０と、プロセス処理を行うプロセスエリア５３０と、プロセス処理後の半導体基板の洗浄及び乾燥を行う洗浄・乾燥エリア５４０を具備する。洗浄・乾燥エリア５４０は、搬入・搬出エリア５２０とプロセスエリア５３０の間に配置されている。搬入・搬出エリア５２０と洗浄・乾燥エリア５４０には隔壁５２１を設け、洗浄・乾燥エリア５４０とプロセスエリア５３０の間には隔壁５２３を設けている。
【０１０３】
隔壁５２１には、搬入・搬出エリア５２０と洗浄・乾燥エリア５４０との間で半導体基板を受け渡すための通路（図示せず）を設け、該通路を開閉するためのシャッター５２２を設けている。また、隔壁５２３にも洗浄・乾燥エリア５４０とプロセスエリア５３０との間で半導体基板を受け渡すための通路（図示せず）を設け、該通路を開閉するためのシャッター５２４を設けている。洗浄・乾燥エリア５４０とプロセスエリア５３０は独自に給排気できるようになっている。
【０１０４】
上記構成の半導体基板配線用の基板処理装置はクリーンルーム内に設置され、各エリアの圧力は、
（搬入・搬出エリア５２０の圧力）＞（洗浄・乾燥エリア５４０の圧力）＞（プロセスエリア５３０の圧力）
に設定され、且つ搬入・搬出エリア５２０の圧力は、クリーンルーム内圧力より低く設定される。これにより、プロセスエリア５３０から洗浄・乾燥エリア５４０に空気が流出しないようにし、洗浄・乾燥エリア５４０から搬入・搬出エリア５２０に空気が流出しないようにし、さらに搬入・搬出エリア５２０からクリーンルーム内に空気が流出しないようにしている。
【０１０５】
搬入・搬出エリア５２０には、半導体基板を収容した基板カセットを収納するロードユニット５２０ａとアンロードユニット５２０ｂが配置されている。洗浄・乾燥エリア５４０には、めっき処理後の処理を行う各２基の水洗部５４１、乾燥部５４２が配置されると共に、半導体基板の搬送を行う搬送部（搬送ロボット）５４３が備えられている。ここに水洗部５４１としては、例えば前端にスポンジがついたペンシル型のものやスポンジ付きローラ形式のものが用いられる。乾燥部５４２としては、例えば半導体基板を高速でスピンさせて脱水、乾燥させる形式のものが用いられる。
プロセスエリア５３０内には、半導体基板のめっきの前処理を行う前処理槽５３１と、銅めっき処理を行うめっき槽（めっき装置）５３２が配置されると共に、半導体基板の搬送を行う搬送部（搬送ロボット）５３３が備えられている。
【０１０６】
図３５は、基板処理装置内の気流の流れを示す。洗浄・乾燥エリア５４０においては、配管５４６より新鮮な外部空気が取込まれ、高性能フィルタ５４４を通してファンにより押込まれ、天井５４０ａよりダウンフローのクリーンエアとして水洗部５４１、乾燥部５４２の周囲に供給される。供給されたクリーンエアの大部分は、床５４０ｂより循環配管５４５により天井５４０ａ側に戻され、再び高性能フィルタ５４４を通してファンにより押込まれて、洗浄・乾燥エリア５４０内に循環する。一部の気流は、水洗部５４１及び乾燥部５４２内からダクト５５２を通って排気される。
【０１０７】
プロセスエリア５３０は、ウエットゾーンといいながらも、半導体基板表面にパーティクルが付着することは許されない。このためプロセスエリア５３０内に天井５３０ａより、ファンにより押込まれて高性能フィルタ５３３を通してダウンフローのクリーンエアを流すことにより、半導体基板にパーティクルが付着することを防止している。
しかしながら、ダウンフローを形成するクリーンエアの全流量を外部からの給排気に依存すると、膨大な給排気量が必要となる。このため、室内を負圧に保つ程度の排気のみをダクト５５３よりの外部排気とし、ダウンフローの大部分の気流を、配管５３４，５３５を通した循環気流でまかなうようにしている。
【０１０８】
循環気流とした場合に、プロセスエリア５３０を通過したクリーンエアは、薬液ミストや気体を含むため、これをスクラバ５３６及びミトセパレータ５３７，５３８を通して除去する。これにより天井５３０ａ側の循環ダクト５３４に戻ったエアは、薬液ミストや気体を含まないものとなり、再びファンにより押込まれて高性能フィルタ５３３を通ってプロセスエリア５３０内にクリーンエアとして循環する。
床部５３０ｂよりプロセスエリア５３０内を通ったエアの一部は、ダクト５５３を通って外部に排出され、薬液ミストや気体を含むエアがダクト５５３を通って外部に排出される。天井５３０ａのダクト５３９からは、これらの排気量に見合った新鮮な空気がプロセスエリア５３０内に負圧に保った程度に供給される。
【０１０９】
上記のように搬入・搬出エリア５２０、洗浄・乾燥エリア５４０及びプロセスエリア５３０のそれぞれの圧力は、
（搬入・搬出エリア５２０の圧力）＞（洗浄・乾燥エリア５４０の圧力）＞（プロセスエリア５３０の圧力）
に設定されている。従って、シャッター５２２，５２４（図３４参照）を開放すると、これらのエリア間の空気の流れは、図３５に示すように、搬入・搬出エリア５２０、洗浄・乾燥エリア５４０及びプロセスエリア５３０の順に流れる。また、排気はダクト５５２及び５５３を通して、図３７に示すように、集合排気ダクト５５４に集められる。
【０１１０】
図３６は、基板処理装置がクリーンルーム内に配置された一例を示す外観図である。搬入・搬出エリア５２０のカセット受渡し口５５５と操作パネル５５６のある側面が仕切壁５５７で仕切られたクリーンルームのクリーン度の高いワーキングゾーン５５８に露出しており、その他の側面は、クリーン度の低いユーティリティゾーン５５９に収納されている。
【０１１１】
上記のように、洗浄・乾燥エリア５４０を搬入・搬出エリア５２０とプロセスエリア５３０の間に配置し、搬入・搬出エリア５２０と洗浄・乾燥エリア５４０の間及び洗浄・乾燥エリア５４０とプロセスエリア５３０の間にはそれぞれ隔壁５２１を設けたので、ワーキングゾーン５５８から乾燥した状態でカセット受渡し口５５５を通して半導体基板配線用の基板処理装置内に搬入される半導体基板は、基板処理装置内でめっき処理され、洗浄・乾燥した状態でワーキングゾーン５５８に搬出されるので、半導体基板面にはパーティクルやミストが付着することなく、且つクリーンルーム内のクリーン度の高いワーキングゾーン５５８をパーティクルや薬液や洗浄液ミストで汚染することはない。
【０１１２】
なお、図３４及び図３５では、基板処理装置が搬入・搬出エリア５２０、洗浄・乾燥エリア５４０、プロセスエリア５３０を具備する例を示したが、プロセスエリア５３０内又はプロセスエリア５３０に隣接してＣＭＰ装置を配置するエリアを設け、該プロセスエリア５３０又はＣＭＰ装置を配置するエリアと搬入・搬出エリア５２０の間に洗浄・乾燥エリア５４０を配置するように構成しても良い。要は半導体基板配線用の基板処理装置に半導体基板が乾燥状態で搬入され、めっき処理の終了した半導体基板が洗浄され、乾燥した状態で排出される構成であればよい。
【０１１３】
上記例では、基板処理装置を半導体基板配線用のめっき装置を例に説明したが、基板は半導体基板に限定されるものではなく、まためっき処理する部分も基板面上に形成された配線部に限定されるものではない。また、上記例では銅めっきを例に説明したが、銅めっきに限定されるものではない。
【０１１４】
図３８は、半導体基板配線用の他の基板処理装置の平面構成を示す図である。図示するように、半導体基板配線用の基板処理装置は、半導体基板を搬入する搬入部６０１、銅めっきを行う銅めっき槽６０２、水洗浄を行う水洗槽６０３，６０４、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行うＣＭＰ部６０５、水洗槽６０６，６０７、乾燥槽６０８及び配線層形成が終了した半導体基板を搬出する搬出部６０９を具備し、これら各槽に半導体基板を移送する図示しない基板移送手段が１つの装置として配置され、半導体基板配線用の基板処理装置を構成している。
【０１１５】
上記配置構成の基板処理装置において、基板移送手段により、搬入部６０１に載置された基板カセット６０１−１から、配線層が形成されていない半導体基板を取り出し、銅めっき槽６０２に移送する。該銅めっき槽６０２において、配線溝や配線孔（コンタクトホール）からなる配線部を含む半導体基板Ｗの表面上に銅めっき層を形成する。
【０１１６】
前記銅めっき槽６０２で銅めっき層の形成が終了した半導体基板Ｗを、基板移送手段で水洗槽６０３及び水洗槽６０４に移送し、水洗を行う。続いて該水洗浄の終了した半導体基板Ｗを基板移送手段でＣＭＰ部６０５に移送し、該ＣＭＰ部６０５で、銅めっき層から配線溝や配線孔に形成した銅めっき層を残して半導体基板Ｗの表面上の銅めっき層を除去する。
【０１１７】
続いて上記のように銅めっき層から配線溝や配線孔からなる配線部に形成した銅めっき層を残して半導体基板Ｗの表面上の不要の銅めっき層の除去が終了した半導体基板Ｗを、基板移送手段で水洗槽６０６及び水洗槽６０７に送り、水洗浄し、更に水洗浄の終了した半導体基板Ｗは乾燥槽６０８で乾燥させ、乾燥の終了した半導体基板Ｗを配線層の形成の終了した半導体基板として、搬出部６０９の基板カセット６０９−１に格納する。
【０１１８】
図３９は、半導体基板配線用の他の基板処理装置の平面構成を示す図である。図３９に示す基板処理装置が図３８に示す装置と異なる点は、銅めっき槽６０２、水洗槽６１０、前処理槽６１１、銅めっき膜の表面に保護膜を形成する蓋めっき槽６１２、ＣＭＰ部６１５、水洗槽６１３、６１４を追加し、これらを含め１つの装置として構成した点である。
【０１１９】
上記配置構成の基板処理装置において、配線溝や配線孔（コンタクトホール）からなる配線部を含む半導体基板Ｗの表面上に銅めっき層を形成する。続いて、ＣＭＰ部６０５で銅めっき層から配線溝や配線孔に形成した銅めっき層を残して半導体基板Ｗの表面上の銅めっき層を除去する。
【０１２０】
続いて、上記のように銅めっき層から配線溝や配線孔からなる配線部に形成した銅めっき層を残して半導体基板Ｗの表面上の銅めっき層を除去した半導体基板Ｗを水洗槽６１０に移送し、ここで水洗浄する。続いて、前処理槽６１１で、後述する蓋めっきを行うための前処理を行う。該前処理の終了した半導体基板Ｗを蓋めっき槽６１２に移送し、蓋めっき槽６１２で配線部に形成した銅めっき層の上に保護膜を形成する。この保護膜としては、例えばＮｉ−Ｂ無電解めっき槽を用いる。保護膜を形成した後、半導体基板Ｗを水洗槽６０６，６０７で水洗浄し、更に乾燥槽６０８で乾燥させる。
そして、銅めっき層上に形成した保護膜の上部をＣＭＰ部６１５で研磨し、平坦化して、水洗槽６１３，６１４で水洗浄した後、乾燥槽６０８で乾燥させ、半導体基板Ｗを搬出部６０９の基板カセット６０９−１に格納する。
【０１２１】
図４０は半導体基板配線用の他の基板処理装置の平面構造を示す図である。図示するように、この基板処理装置は、ロボット６１６を中央に配置し、その周囲のロボットアーム６１６−１が到達する範囲に銅めっきを行う銅めっき槽６０２、水洗槽６０３、水洗槽６０４、ＣＭＰ部６０５、蓋めっき槽６１２、乾燥槽６０８及びロード・アンロード部６１７を配置して１つの装置として構成したものである。なお、ロード・アンロード部６１７に隣接して半導体基板の搬入部６０１及び搬出部６０９が配置されている。
【０１２２】
上記構成の半導体基板配線用の基板処理装置において、半導体基板の搬入部６０１から配線めっきの済んでいない半導体基板がロード・アンロード部６１７に移送され、該半導体基板をロボットアーム６１６−１が受け取り、銅めっき槽６０２に移送し、該めっき槽で配線溝や配線孔からなる配線部を含む半導体基板の表面上に銅めっき層を形成する。該銅めっき層の形成された半導体基板をロボットアーム６１６−１によりＣＭＰ部６０５に移送し、該ＣＭＰ部６０５で銅めっき層から配線溝や配線孔からなる配線部に形成した銅めっき層を残して半導体基板Ｗの表面上の余分な銅めっき層を除去する。
【０１２３】
表面の余分な銅めっき層が除去された半導体基板はロボットアーム６１６−１により、水洗槽６０４に移送され、水洗処理された後、前処理槽６１１に移送され、該前処理槽６１１で蓋めっき用の前処理が行われる。該前処理の終了した半導体基板はロボットアーム６１６−１により、蓋めっき槽６１２に移送され、該蓋めっき槽６１２で、配線溝や配線孔からなる配線部に形成され銅めっき層の上に保護膜を形成する。保護膜が形成された半導体基板はロボットアーム６１６−１により、水洗槽６０４に移送されここで水洗処理された後、乾燥槽６０８に移送され、乾燥した後、ロード・アンロード部６１７に移送される。該配線めっきの終了した半導体基板は搬出部６０９に移送される。
【０１２４】
図４１は、他の半導体基板処理装置の平面構成を示す図である。この半導体基板処理装置は、ロード・アンロード部７０１、銅めっきユニット７０２、第１ロボット７０３、第３洗浄機７０４、反転機７０５、反転機７０６、第２洗浄機７０７、第２ロボット７０８、第１洗浄機７０９、第１ポリッシング装置７１０及び第２ポリッシング装置７１１を配置した構成である。第１ロボット７０３の近傍には、めっき前後の膜厚を測定するめっき前後膜厚測定機７１２、研磨後で乾燥状態の半導体基板Ｗの膜厚を測定する乾燥状態膜厚測定機７１３が配置されている。
【０１２５】
第１ポリッシング装置（研磨ユニット）７１０は、研磨テーブル７１０−１、トップリング７１０−２、トップリングヘッド７１０−３、膜厚測定機７１０−４、プッシャー７１０−５を具備している。第２ポリッシング装置（研磨ユニット）７１１は、研磨テーブル７１１−１、トップリング７１１−２、トップリングヘッド７１１−３、膜厚測定機７１１−４、プッシャー７１１−５を具備している。
【０１２６】
コンタクトホールと配線用の溝が形成され、その上にシード層が形成された半導体基板Ｗを収容したカセット７０１−１をロード・アンロード部７０１のロードポートに載置する。第１ロボット７０３は、半導体基板Ｗをカセット７０１−１から取り出し、銅めっきユニット７０２に搬入し、銅めっき膜を形成する。その時、めっき前後膜厚測定機７１２でシード層の膜厚を測定する。銅めっき膜の成膜は、まず半導体基板Ｗの表面の親水処理を行い、その後銅めっきを行って形成する。銅めっき膜の形成後、銅めっきユニット７０２でリンス若しくは洗浄を行う。時間に余裕があれば、乾燥してもよい。
【０１２７】
第１ロボット７０３で銅めっきユニット７０２から半導体基板Ｗを取り出したとき、めっき前後膜厚測定機７１２で銅めっき膜の膜厚を測定する。その測定結果は、記録装置（図示せず）に半導体基板の記録データとして記録され、なお且つ、銅めっきユニット７０２の異常の判定にも使用される。膜厚測定後、第１ロボット７０３が反転機７０５に半導体基板Ｗを渡し、該反転機７０５で反転させる（銅めっき膜が形成された面が下になる）。第１ポリッシング装置７１０、第２ポリッシング装置７１１による研磨には、シリーズモードとパラレルモードがある。以下、シリーズモードの研磨について説明する。
【０１２８】
シリーズモード研磨は、１次研磨をポリッシング装置７１０で行い、２次研磨をポリッシング装置７１１で行う研磨である。第２ロボット７０８で反転機７０５上の半導体基板Ｗを取り上げ、ポリッシング装置７１０のプッシャー７１０−５上に半導体基板Ｗを載せる。トップリング７１０−２はプッシャー７１０−５上の該半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル７１０−１の研磨面に半導体基板Ｗの銅めっき膜形成面を当接押圧し、１次研磨を行う。該１次研磨では基本的に銅めっき膜が研磨される。研磨テーブル７１０−１の研磨面は、ＩＣ１０００のような発泡ポリウレタン、又は砥粒を固定若しくは含浸させたもので構成されている。該研磨面と半導体基板Ｗの相対運動で銅めっき膜が研磨される。
【０１２９】
銅めっき膜の研磨終了後、トップリング７１０−２で半導体基板Ｗをプッシャー７１０−５上に戻す。第２ロボット７０８は、該半導体基板Ｗを取り上げ、第１洗浄機７０９に入れる。この時、プッシャー７１０−５上にある半導体基板Ｗの表面及び裏面に薬液を噴射しパーティクルを除去したり、つきにくくしたりすることもある。
【０１３０】
第１洗浄機７０９において洗浄終了後、第２ロボット７０８で半導体基板Ｗを取り上げ、第２ポリッシング装置７１１のプッシャー７１１−５上に半導体基板Ｗを載せる。トップリング７１１−２でプッシャー７１１−５上の半導体基板Ｗを吸着し、該半導体基板Ｗのバリア層を形成した面を研磨テーブル７１１−１の研磨面に当接押圧して２次研磨を行う。この２次研磨ではバリア層が研磨される。但し、上記１次研磨で残った銅膜や酸化膜も研磨されるケースもある。
【０１３１】
研磨テーブル７１１−１の研磨面は、ＩＣ１０００のような発泡ポリウレタン、又は砥粒を固定若しくは含浸させたもので構成され、該研磨面と半導体基板Ｗの相対運動で研磨される。このとき、砥粒若しくはスラリーには、シリカ、アルミナ、セリア等が用いられる。薬液は、研磨したい膜種により調整される。
【０１３２】
２次研磨の終点の検知は、光学式の膜厚測定機を用いてバリア層の膜厚を測定し、膜厚が０になったこと又はＳｉＯ２  からなる絶縁膜の表面検知で行う。また、研磨テーブル７１１−１の近傍に設けた膜厚測定機７１１−４として画像処理機能付きの膜厚測定機を用い、酸化膜の測定を行い、半導体基板Ｗの加工記録として残したり、２次研磨の終了した半導体基板Ｗを次の工程に移送できるか否かの判定を行う。また、２次研磨終点に達していない場合は、再研磨を行ったり、なんらかの異常で規定値を超えて研磨された場合は、不良品を増やさないように次の研磨を行わないよう半導体基板処理装置を停止させる。
【０１３３】
２次研磨終了後、トップリング７１１−２で半導体基板Ｗをプッシャー７１１−５まで移動させる。プッシャー７１１−５上の半導体基板Ｗは第２ロボット７０８で取り上げる。この時、プッシャー７１１−５上で薬液を半導体基板Ｗの表面及び裏面に噴射してパーティクルを除去したり、つきにくくすることがある。
【０１３４】
第２ロボット７０８は、半導体基板Ｗを第２洗浄機７０７に搬入し、洗浄を行う。第２洗浄機７０７の構成も第１洗浄機７０９と同じ構成である。半導体基板Ｗの表面は、主にパーティクル除去のために、純水に界面活性剤、キレート剤、またｐＨ調整剤を加えた洗浄液を用いて、ＰＶＡスポンジロールによりスクラブ洗浄される。半導体基板Ｗの裏面には、ノズルからＤＨＦ等の強い薬液を噴出し、拡散している銅をエッチングしたり、又は拡散の問題がなければ、表面と同じ薬液を用いてＰＶＡスポンジロールによるスクラブ洗浄をする。
【０１３５】
上記洗浄の終了後、半導体基板Ｗを第２ロボット７０８で取り上げ、反転機７０６に移し、該反転機７０６で反転させる。該反転させた半導体基板Ｗを第１ロボット７０３で取り上げ第３洗浄機７０４に入れる。第３洗浄機７０４では、半導体基板Ｗの表面に超音波振動により励起されたメガソニック水を噴射して洗浄する。そのとき純水に界面活性剤、キレート剤、またｐＨ調整剤を加えた洗浄液を用いて公知のペンシル型スポンジで半導体基板Ｗの表面を洗浄してもよい。その後、スピン乾燥により、半導体基板Ｗを乾燥させる。
上記のように研磨テーブル７１１−１の近傍に設けた膜厚測定機７１１−４で膜厚を測定した場合は、そのままロード・アンロード部７０１のアンロードポートに載置するカセットに収容する。
【０１３６】
図４２は、他の半導体基板処理装置の平面構成を示す図である。この半導体基板処理装置の図４１に示す半導体基板処理装置と異なる点は、図４１に示す銅めっきユニット７０２の代わりに蓋めっきユニット７５０を設けた点である。
銅膜を形成した半導体基板Ｗを収容したカセット７０１−１は、ロード・アンロード部７０１に載置される。半導体基板Ｗは、カセット７０１−１から取り出され、第１ポリッシング装置７１０または第２ポリッシング装置７１１に搬送されて、ここで銅膜の表面が研磨される。この研磨終了後、半導体基板Ｗは、第１洗浄機７０９に搬送されて洗浄される。
【０１３７】
第１洗浄機７０９で洗浄された半導体基板Ｗは、蓋めっきユニット７５０に搬送され、ここで銅めっき膜の表面に保護膜が形成され、これによって、銅めっき膜が大気中で酸化することが防止される。蓋めっきを施した半導体基板Ｗは、第２ロボット７０８によって蓋めっきユニット７５０から第２洗浄機７０７に搬送され、ここで純水または脱イオン水で洗浄される。この洗浄後の半導体基板Ｗは、ロード・アンロード部７０１に載置されたカセット７０１−１に戻される。
【０１３８】
図４３は、更に他の半導体基板処理装置の平面構成を示す図である。この半導体基板処理装置の図４２に示す半導体基板処理装置と異なる点は、図４２に示す第１洗浄機７０９の代わりにアニールユニット７５１を設けた点である。
前述のようにして、第１ポリッシング装置７１０または第２ポリッシング装置７１１で研磨され、第２洗浄機７０７で洗浄された半導体基板Ｗは、蓋めっきユニット７５０に搬送され、ここで銅めっき膜の表面に蓋めっきが施される。この蓋めっきが施された半導体基板Ｗは、第１ロボット７０３によって、蓋めっきユニット７５０から第３洗浄機７０４に搬送され、ここで洗浄される。
【０１３９】
第１洗浄機７０９で洗浄された半導体基板Ｗは、アニールユニット７５１に搬送され、ここでアニールされる。これによって、銅めっき膜が合金化されて銅めっき膜のエレクトロンマイグレーション耐性が向上する。アニールが施された半導体基板Ｗは、アニールユニット７５１から第２洗浄機７０７に搬送され、ここで純水または脱イオン水で洗浄される。この洗浄後の半導体基板Ｗは、ロード・アンロード部７０１に載置されたカセット７０１−１に戻される。
【０１４０】
図４４は、基板処理装置の他の平面配置構成を示す図である。図４４において、図４１と同一符号を付した部分は、同一又は相当部分を示す。この基板研磨装置は、第１ポリッシング装置７１０と第２ポリッシング装置７１１に接近してプッシャーインデクサー７２５を配置し、第３洗浄機７０４と銅めっきユニット７０２の近傍にそれぞれ基板載置台７２１、７２２を配置し、第１洗浄機７０９と第３洗浄機７０４の近傍にロボット７２３を配置し、第２洗浄機７０７と銅めっきユニット７０２の近傍にロボット７２４を配置し、更にロード・アンロード部７０１と第１ロボット７０３の近傍に乾燥状態膜厚測定機７１３を配置している。
【０１４１】
上記構成の基板処理装置において、第１ロボット７０３は、ロード・アンロード部７０１のロードポートに載置されているカセット７０１−１から半導体基板Ｗを取り出し、乾燥状態膜厚測定機７１３でバリア層及びシード層の膜厚を測定した後、該半導体基板Ｗを基板載置台７２１に載せる。なお、乾燥状態膜厚測定機７１３が、第１ロボット７０３のハンドに設けられている場合は、そこで膜厚を測定し、基板載置台７２１に載せる。第２ロボット７２３で基板載置台７２１上の半導体基板Ｗを銅めっきユニット７０２に移送し、銅めっき膜を成膜する。銅めっき膜の成膜後、めっき前後膜厚測定機７１２で銅めっき膜の膜厚を測定する。その後、第２ロボット７２３は、半導体基板Ｗをプッシャーインデクサー７２５に移送し搭載する。
【０１４２】
〔シリーズモード〕
シリーズモードでは、トップリングヘッド７１０−２がプッシャーインデクサー７２５上の半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル７１０−１に移送し、研磨テーブル７１０−１上の研磨面に該半導体基板Ｗを押圧して研磨を行う。研磨の終点検知は上記と同様な方法で行い、研磨終了後の半導体基板Ｗはトップリングヘッド７１０−２でプッシャーインデクサー７２５に移送され搭載される。第２ロボット７２３で半導体基板Ｗを取り出し、第１洗浄機７０９に搬入し洗浄し、続いてプッシャーインデクサー７２５に移送し搭載する。
【０１４３】
トップリングヘッド７１１−２がプッシャーインデクサー７２５上の半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル７１１−１に移送し、その研磨面に該半導体基板Ｗを押圧して研磨を行う。研磨の終点検知は上記と同様な方法で行い、研磨終了後の半導体基板Ｗは、トップリングヘッド７１１−２でプッシャーインデクサー７２５に移送され搭載される。第３ロボット７２４は、半導体基板Ｗを取り上げ、膜厚測定機７２６で膜厚を測定した後、第２洗浄機７０７に搬入し洗浄する。続いて第３洗浄機７０４に搬入し、ここで洗浄した後にスピンドライで乾燥を行い、その後、第３ロボット７２４で半導体基板Ｗを取り上げ、基板載置台７２２上に載せる。
【０１４４】
〔パラレルモード〕
パラレルモードでは、トップリングヘッド７１０−２又は７１１−２がプッシャーインデクサー７２５上の半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル７１０−１又は７１１−１に移送し、研磨テーブル７１０−１又は７１１−１上の研磨面に該半導体基板Ｗを押圧してそれぞれ研磨を行う。膜厚を測定した後、第３ロボット７２４で半導体基板Ｗを取り上げ、基板載置台７２２上に載せる。
第１ロボット７０３は、基板載置台７２２上の半導体基板Ｗを乾燥状態膜厚測定機７１３に移送し、膜厚を測定した後、ロード・アンロード部７０１のカセット７０１−１に戻す。
【０１４５】
図４５は、基板処理装置の他の平面配置構成を示す図である。この基板処理装置では、シード層が形成されていない半導体基板Ｗに、シード層及び銅めっき膜を形成し、研磨して回路配線を形成する基板処理装置である。
この基板研磨装置は、第１ポリッシング装置７１０と第２ポリッシング装置７１１に接近してプッシャーインデクサー７２５を配置し、第２洗浄機７０７とシード層成膜ユニット７２７の近傍にそれぞれ基板載置台７２１、７２２を配置し、シード層成膜ユニット７２７と銅めっきユニット７０２に接近してロボット７２３を配置し、第１洗浄機７０９と第２洗浄機７０７の近傍にロボット７２４を配置し、更にロード・アンロード部７０１と第１ロボット７０３の近傍に乾燥膜厚測定機７１３を配置している。
【０１４６】
第１ロボット７０３でロード・アンロード部７０１のロードポートに載置されているカセット７０１−１から、バリア層が形成されている半導体基板Ｗを取り出して基板載置台７２１に載せる。次に第２ロボット７２３は、半導体基板Ｗをシード層成膜ユニット７２７に搬送し、シード層を成膜する。このシード層の成膜は無電解めっきで行う。第２ロボット７２３は、シード層の形成された半導体基板をめっき前後膜厚測定機７１２でシード層の膜厚を測定する。膜厚測定後、銅めっきユニット７０２に搬入し、銅めっき膜を形成する。
【０１４７】
銅めっき膜を形成後、その膜厚を測定し、プッシャーインデクサー７２５に移送する。トップリング７１０−２又は７１１−２は、プッシャーインデクサー７２５上の半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル７１０−１又は７１１−１に移送し研磨する。研磨後、トップリング７１０−２又は７１１−２は、半導体基板Ｗを膜厚測定機７１０−４又は７１１−４に移送し、膜厚を測定し、プッシャーインデクサー７２５に移送して載せる。
【０１４８】
次に、第３ロボット７２４は、プッシャーインデクサー７２５から半導体基板Ｗを取り上げ、第１洗浄機７０９に搬入する。第３ロボット７２４は、第１洗浄機７０９から洗浄された半導体基板Ｗを取り上げ、第２洗浄機７０７に搬入し、洗浄し乾燥した半導体基板を基板載置台７２２上に載置する。次に、第１ロボット７０３は、半導体基板Ｗを取り上げ乾燥状態膜厚測定機７１３で膜厚を測定し、ロード・アンロード部７０１のアンロードポートに載置されているカセット７０１−１に収納する。
【０１４９】
図４５に示す基板処理装置においても、回路パターンのコンタクトホール又は溝が形成された半導体基板Ｗ上にバリア層、シード層及び銅めっき膜を形成して、研磨して回路配線を形成することができる。
バリア層形成前の半導体基板Ｗを収容したカセット７０１−１を、ロード・アンロード部７０１のロードポートに載置する。そして、第１ロボット７０３でロード・アンロード部７０１のロードポートに載置されているカセット７０１−１から、半導体基板Ｗを取り出して基板載置台７２１に載せる。次に、第２ロボット７２３は、半導体基板Ｗをシード層成膜ユニット７２７に搬送し、バリア層とシード層を成膜する。このバリア層とシード層の成膜は、無電解めっきで行う。第２ロボット７２３は、めっき前後膜厚測定機７１２で半導体基板Ｗに形成されたバリア層とシード層の膜厚を測定する。膜厚測定後、銅めっきユニット７０２に搬入し、銅めっき膜を形成する。
【０１５０】
図４６は、基板処理装置の他の平面配置構成を示す図である。この基板処理装置は、バリア層成膜ユニット８１１、シード層成膜ユニット８１２、めっきユニット８１３、アニールユニット８１４、第１洗浄ユニット８１５、ベベル・裏面洗浄ユニット８１６、蓋めっきユニット８１７、第２洗浄ユニット８１８、第１アライナ兼膜厚測定器８４１、第２アライナ兼膜厚測定器８４２、第１基板反転機８４３、第２基板反転機８４４、基板仮置き台８４５、第３膜厚測定器８４６、ロード・アンロード部８２０、第１ポリッシング装置８２１、第２ポリッシング装置８２２、第１ロボット８３１、第２ロボット８３２、第３ロボット８３３、第４ロボット８３４を配置した構成である。なお、膜厚測定器８４１，８４２，８４６はユニットになっており、他のユニット（めっき、洗浄、アニール等のユニット）の間口寸法と同一サイズにしているため、入れ替え自在である。
この例では、バリア層成膜ユニット８１１は、無電解Ｒｕめっき装置、シード層成膜ユニット８１２は、無電解銅めっき装置、めっきユニット８１３は、電解めっき装置を用いることができる。
【０１５１】
図４７は、この基板処理装置内での各工程の流れを示すフローチャートである。このフローチャートにしたがって、この装置内での各工程について説明する。先ず、第１ロボット８３１によりロード・アンロードユニット８２０に載置されたカセット８２０ａから取り出された半導体基板は、第１アライナ兼膜厚測定ユニット８４１内に被めっき面を上にして配置される。ここで、膜厚計測を行うポジションの基準点を定めるために、膜厚計測用のノッチアライメントを行った後、銅膜形成前の半導体基板の膜厚データを得る。
【０１５２】
次に、半導体基板は、第１ロボット８３１により、バリア層成膜ユニット８１１へ搬送される。このバリア層成膜ユニット８１１は、無電解Ｒｕめっきにより半導体基板上にバリア層を形成する装置で、半導体装置の層間絶縁膜（例えば、ＳｉＯ２）への銅拡散防止膜としてＲｕを成膜する。洗浄、乾燥工程を経て払い出された半導体基板は、第１ロボット８３１により第１アライナ兼膜厚測定ユニット８４１に搬送され、半導体基板の膜厚、即ちバリア層の膜厚を測定される。
【０１５３】
膜厚測定された半導体基板は、第２ロボット８３２でシード層成膜ユニット８１２へ搬入され、前記バリア層上に無電解銅めっきによりシード層が成膜される。洗浄、乾燥工程を経て払い出された半導体基板は、第２ロボット８３２により含浸めっきユニットであるめっきユニット８１３に搬送される前に、ノッチ位置を定めるために第２アライナ兼膜厚測定器８４２に搬送され、銅めっき用のノッチのアライメントを行う。ここで、必要に応じて銅膜形成前の半導体基板の膜厚を再計測してもよい。
【０１５４】
ノッチアライメントが完了した半導体基板は、第３ロボット８３３によりめっきユニット８１３へ搬送され、銅めっきが施される。洗浄、乾燥工程を経て払い出された半導体基板は、第３ロボット８３３により半導体基板端部の不要な銅膜（シード層）を除去するためにベベル・裏面洗浄ユニット８１６へ搬送される。ベベル・裏面洗浄ユニット８１６では、予め設定された時間でベベルのエッチングを行うとともに、半導体基板裏面に付着した銅をフッ酸等の薬液により洗浄する。この時、ベベル・裏面洗浄ユニット８１６へ搬送する前に、第２アライナ兼膜厚測定器８４２にて半導体基板の膜厚測定を実施して、めっきにより形成された銅膜厚の値を得ておき、その結果により、ベベルのエッチング時間を任意に変えてエッチングを行っても良い。なお、ベベルエッチングによりエッチングされる領域は、基板の周縁部であって回路が形成されない領域、または回路が形成されていても最終的にチップとして利用されない領域である。この領域にはベベル部分が含まれる。
【０１５５】
ベベル・裏面洗浄ユニット８１６で洗浄、乾燥工程を経て払い出された半導体基板は、第３ロボット８３３で基板反転機８４３に搬送され、該基板反転機８４３にて反転され、被めっき面を下方に向けた後、第４ロボット８３４により配線部を安定化させるためにアニールユニット８１４へ投入される。アニール処理前及び／又は処理後、第２アライナ兼膜厚測定ユニット８４２に搬入し、半導体基板に形成された、銅膜の膜厚を計測する。この後、半導体基板は、第４ロボット８３４により第１ポリッシング装置８２１に搬入され、半導体基板の銅層、シード層の研磨を行う。
【０１５６】
この際、砥粒等は所望のものが用いられるが、ディッシングを防ぎ、表面の平面度を出すために、固定砥粒を用いることもできる。第１ポリッシング終了後、半導体基板は、第４ロボット８３４により第１洗浄ユニット８１５に搬送され、洗浄される。この洗浄は、半導体基板直径とほぼ同じ長さを有するロールを半導体基板の表面と裏面に配置し、半導体基板及びロールを回転させつつ、純水又は脱イオン水を流しながら洗浄するスクラブ洗浄である。
【０１５７】
第１の洗浄終了後、半導体基板は、第４ロボット８３４により第２ポリッシング装置８２２に搬入され、半導体基板上のバリア層が研磨される。この際、砥粒等は所望のものが用いられるが、ディッシングを防ぎ、表面の平面度を出すために、固定砥粒を用いることもできる。第２ポリッシング終了後、半導体基板は、第４ロボット８３４により、再度第１洗浄ユニット８１５に搬送され、スクラブ洗浄される。洗浄終了後、半導体基板は、第４ロボット８３４により第２基板反転機８４４に搬送され反転されて、被めっき面を上方に向けられ、更に第３ロボット８３３により基板仮置き台８４５に置かれる。
【０１５８】
半導体基板は、第２ロボット８３２により基板仮置き台８４５から蓋めっきユニット８１７に搬送され、銅の大気による酸化防止を目的に銅面上にニッケル・ボロンめっきを行う。蓋めっきが施された半導体基板は、第２ロボット８３２により蓋めっきユニット８１７から第３膜厚測定器８４６に搬入され、銅膜厚が測定される。その後、半導体基板は、第１ロボット８３１により第２洗浄ユニット８１８に搬入され、純水又は脱イオン水により洗浄される。洗浄が終了した半導体基板は、台１ロボット８３１によりロード・アンロード部８２０に載置されたカセット８２０ａ内に戻される。
アライナ兼膜厚測定器８４１及びアライナ兼膜厚測定器８４２は、基板ノッチ部分の位置決め及び膜厚の測定を行う。
【０１５９】
ベベル・裏面洗浄ユニット８１６は、エッジ（ベベル）銅エッチングと裏面洗浄が同時に行え、また基板表面の回路形成部の銅の自然酸化膜の成長を抑えることが可能である。図４８に、ベベル・裏面洗浄ユニット８１６の概略図を示す。図４８に示すように、ベベル・裏面洗浄ユニット８１６は、有底円筒状の防水カバー９２０の内部に位置して基板Ｗをフェイ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。
【０１６０】
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数以上であれば、その設定されたカット幅Ｃ内の銅膜を除去することができる。
【０１６１】
次に、この洗浄装置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、半導体基板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。
【０１６２】
これにより、半導体基板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膜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。
【０１６３】
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。これにより半導体基板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。
【０１６４】
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。このようにして半導体基板表面の周縁部のエッジカット幅Ｃ内の銅膜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。
【０１６５】
めっき後のＣＭＰ工程前に、アニール処理を行うことが、この後のＣＭＰ処理や配線の電気特性に対して良い効果を示す。アニール無しでＣＭＰ処理後に幅の広い配線（数μｍ単位）の表面を観察するとマイクロボイドのような欠陥が多数見られ、配線全体の電気抵抗を増加させたが、アニールを行うことでこの電気抵抗の増加は改善された。アニール無しの場合に、細い配線にはボイドが見られなかったことより、粒成長の度合いが関わっていることが考えられる。つまり、細い配線では粒成長が起こりにくいが、幅の広い配線では粒成長に伴い、アニール処理に伴うグレン成長の過程で、めっき膜中のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）でも見えないほどの超微細ポアが集結しつつ上へ移動することで配線上部にマイクロボイド用の凹みが生じたという推測ができる。アニールユニットのアニール条件としては、ガスの雰囲気は水素を添加（２％以下）、温度は３００〜４００℃程度で１〜５分間で上記の効果が得られた。
【０１６６】
図５１及び図５２は、アニールユニット８１４を示すものである。このアニールユニット８１４は、半導体基板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、半導体基板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半導体基板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、上端に半導体基板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、アニール時に半導体基板Ｗとホットプレート１００８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、半導体基板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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
これにより、ゲート１０００を通じてチャンバ１００２の内部に搬入した半導体基板Ｗを昇降ピン１００８で保持し、昇降ピン１００８を該昇降ピン１００８で保持した半導体基板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を介して半導体基板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半導体基板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、酸化を防止しつつ半導体基板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。
【０１６９】
アニール終了後、昇降ピン１００８を該昇降ピン１００８で保持した半導体基板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、半導体基板Ｗの温度が１００℃以下となるまで、例えば１０〜６０秒程度、半導体基板を冷却し、この冷却終了後の半導体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。
【０１７０】
図４９は、無電解めっき装置の概略構成図である。図４９に示すように、この無電解めっき装置は、被めっき部材である半導体基板Ｗをその上面に保持する保持手段９１１と、保持手段９１１に保持された半導体基板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半導体基板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。無電解めっき装置は、さらに保持手段９１１の上部外周近傍に設置されて半導体基板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、半導体基板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、前記保持手段９１１を回転駆動するモータＭとを備えている。以下、各部材について説明する。
【０１７１】
保持手段９１１は、その上面に半導体基板Ｗを載置して保持する基板載置部９１３を設けている。この基板載置部９１３は、半導体基板Ｗを載置して固定するように構成されており、具体的には半導体基板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設置している。一方、基板載置部９１３の裏面側には、面状であって半導体基板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半導体基板Ｗの外周縁をシールするシール部９３３を設け、図示の位置から上下動しないように設置されている。
【０１７２】
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半導体基板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るように構成されていて、その先端が半導体基板Ｗの上面周縁部の堰部材９３１の内側に下降して半導体基板Ｗ上のめっき液を吸引するように構成されている。
【０１７３】
次に、この無電解めっき装置の動作を説明する。まず図示の状態よりも保持手段９１１を下降して堰部材９３１との間に所定寸法の隙間を設け、基板載置部９１３に半導体基板Ｗを載置・固定する。半導体基板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を上昇して図示のようにその上面を堰部材９３１の下面に当接させ、同時に半導体基板Ｗの外周を堰部材９３１のシール部９３３によってシールする。このとき半導体基板Ｗの表面は開放された状態となっている。
【０１７４】
次に、裏面ヒータ９１５によって半導体基板Ｗ自体を直接加熱して、例えば半導体基板Ｗの温度を７０℃にし（めっき終了まで維持する）、次に、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半導体基板Ｗの表面の略全体にめっき液を降り注ぐ。半導体基板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半導体基板Ｗの表面に保持される。供給するめっき液の量は、半導体基板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。そしてこの例においては、半導体基板Ｗの温度を７０℃に、めっき液の温度を５０℃に加熱しているので、半導体基板Ｗの被めっき面は例えば６０℃になり、この例におけるめっき反応に最適な温度にできる。このように半導体基板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。なお半導体基板Ｗ自体の加熱のための消費電力は小さくて良く、また半導体基板Ｗ上に溜めるめっき液の量は少ないので、裏面ヒータ９１５による半導体基板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。また半導体基板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。
【０１７５】
そして、モータＭによって半導体基板Ｗを瞬時回転させて被めっき面の均一な液濡れを行い、その後半導体基板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、半導体基板Ｗを１ｓｅｃだけ１００ｒｐｍ以下で回転して半導体基板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。
【０１７６】
上記めっき処理が完了した後、めっき液回収ノズル９６５の先端を半導体基板Ｗの表面周縁部の堰部材９３１の内側近傍に下降し、めっき液を吸い込む。このとき半導体基板Ｗを例えば１００ｒｐｍ以下の回転速度で回転させれば、半導体基板Ｗ上に残っためっき液を遠心力で半導体基板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を下降させて半導体基板Ｗを堰部材９３１から離し、半導体基板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）を半導体基板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。
【０１７７】
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によって半導体基板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。
【０１７８】
図５０は、他の無電解めっき装置の概略構成図である。図５０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。
【０１７９】
このように構成しても、めっき液は、各ノズル９４３−２から半導体基板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によって半導体基板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、半導体基板Ｗとめっき液の他に、その周囲の空気をも加熱するので半導体基板Ｗの保温効果もある。
【０１８０】
なおランプヒータ９１７によって半導体基板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４９に示す裏面ヒータ９１５とを併用して、半導体基板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。また前述の実施例と同様に、半導体基板Ｗを直接、または間接的に冷却する手段を設けて、温度制御を行っても良い。
【０１８１】
（実施例１）
図１７に示すように、不純物拡散領域（図示せず）が形成されているシリコン基板１上に、ＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法により、深さＤ１が約１０００ｎｍのＳｉＯ２からなる絶縁層２を形成し、次いで、公知のフォトエッチング技術により、この絶縁層２の内部に、深さが約７００ｎｍの配線用溝４を形成した。続いて配線用溝４を含む絶縁層２の表面上に、厚さが１５ｎｍのＴａＮ／Ｔａ膜からなるバリア層５をスパッタリング蒸着法により堆積し、次いで、この上にシード層７を形成した。しかる後、電気銅めっき法により、配線用溝４を含む基板上に、厚さＴ１が約９００ｎｍの銅膜６を堆積した試料を用意した。この時、基板表面上の銅膜６は、細い配線用溝４が集合している局部で厚さが約９００ｎｍと最も厚く、広い開口面の溝上部で厚さが約４００ｎｍと最低で、それらの差Ｄは、約５００ｎｍであった。
【０１８２】
この試料を、前記図４に示す研磨装置１０ａの基板保持部１６ａで銅めっき面を下向きにして保持し、試料および研磨具２２をそれぞれ９０ｒｐｍ の回転速度で逆方向に回転させつつ、研磨面に３００ｇ／ｃｍ２の研磨圧力を加え、下記の研磨液中で試料の銅膜６を陽極とした電解研磨を併用しながら第１研磨を行った。
【０１８３】
研磨液として、純水に、蓚酸アンモニウム１.０％、（８５％）りん酸０.５％溶解させ、アンモニア水を加えてｐＨを７.５に調整し、更に、平均粒径が４０ｎｍのコロイダルシリカ３.５％、８−ヒドロキシキノリン０.１％、フェナセチン０.０３％溶解させたものを使用し、この研磨液中に基板の研磨面が浸漬するように研磨液を供給しながら研磨を行った。なお研磨液の温度は、稼働時の研磨面が２５℃±１℃となるように調節した。
【０１８４】
ここで、試料の銅膜６と陰極板２０との間に通電する電流として、基板上の銅の表面積当たりの電流密度が２Ａ／ｄｍ２となる電流を１０×１０−３秒間通電し、同じく１０×１０−３秒間停止するパルス電流を使用した。
６０秒間研磨を続けた結果、基板上に堆積した余剰の銅膜６は、９００ｎｍから約３００ｎｍまで研磨され、最大段差は５００ｎｍから１００ｎｍ以下まで平坦化された。
【０１８５】
次いで、この試料を図６に示す研磨装置１０ｂに移して、第２研磨を行った。この時、研磨装置１０ｂの操作条件、並びに研磨液は前述と同様にして、通電のみを変更した。すなわち、研磨装置１０ｂを稼働させ、銅表面の研磨が始まった後、陰極ロッド４０と陽極ロッド４２との間に、５０Ｖの電圧を直ちに印加した。
この第２研磨を６０秒間続けたところ、ＴａＮ膜からなるバリア層５を含めて余剰な銅膜は全て除去されて、ＳｉＯ２絶縁層２と配線用溝内の銅膜６の表面とが平坦な基板が得られた。
【０１８６】
（実施例２）
実施例１と同じ方法により製作した試料を、図４に示す研磨装置１０ａの基板保持部１６ａで銅めっき面を下向きにして保持し、試料Ｗと研磨具２２を互いに逆方向に約９０ｒｐｍの回転速度で回転させつつ、研磨面に２５０ｇ／ｃｍ２の研磨圧力を加え、下記の研磨液中で試料の銅膜６を陽極とした電解研磨を併用した第１研磨を行った。
【０１８７】
研磨液は、純水中に、蓚酸アンモニウム１.０％、（８５％）りん酸２.０％溶解させ、アンモニア水を加えてｐＨを８.５に調整し、更に、平均粒径が４０ｎｍのコロイダルシリカ３.５％、８−ヒドロキシキノリン０.１５％、非イオン界面活性剤３０ｍｇ／Ｌ溶解させたものを使用し、試料の研磨面がこの研磨液中に浸漬するように研磨液を連続的に供給した。
【０１８８】
試料の銅膜６と陰極板２０との間に通電する電流として、試料上の銅の表面積当たりの電流密度が３Ａ／ｄｍ２となる電流を１０×１０−３秒間通電し、同じく１０×１０−３秒間停止するパルス電流を使用して、４５秒間通電させた。
これらの諸条件で複合電解研磨を行ったところ、基板上に堆積した余剰の銅膜６は、９００ｎｍから３００ｎｍとなり、段差は５００ｎｍから１００ｎｍ以下に減少し、平坦化が進んだ。
【０１８９】
次いで、この試料を、電解を併用することなく、８−ヒドロキシキノリンを含む研磨液を使用して、公知の方法により第２研磨を行った。すなわち、研磨面を下向きに保持した基板を、対向するターンテーブルに装着した硬質および軟質二重構造パッド（例えば、ロデールニッタ社製  ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００）との間で３５０ｇ／ｃｍ２の研磨圧力を加えながら、互いに逆方向に７０ｒｐｍの速度で回転させながら、下記の研磨液を連続的に供給して研磨を行った。
【０１９０】
研磨液として、蓚酸アンモニウム１.０％、過酸化水素１０％、平均粒径が４０ｎｍのコロイダルシリカ５.０％、非イオン界面活性剤３０ｍｇ／Ｌ、５−メチルベンゾトリアゾール０.０５％、８−ヒドロキシキノリン０.１％の組成のものを使用した。銅膜６の表面には、８−ヒドロキシキノリンと銅との反応により生成されるオキシン銅の脆弱性皮膜で覆われ、凸部が選択的に除去されるため、研磨の進行と共に平坦化が更に進められた。
【０１９１】
そして、基板上に堆積した余剰の銅膜６が研磨され、ＴａＮ／Ｔａ膜からなるバリア層５の露出すると、銅表面は、保護膜を生成するインヒビター（５−メチルベンゾトリアゾール）により保護され、有機酸、過酸化水素の作用により、バリア層５のエッチバックがスムーズに行われた。この結果、研磨完了時には、ＳｉＯ２絶縁層２と配線用溝内の銅膜６の表面とがほぼ平面となり、図１７に仮想線で示すように、ディッシングの深さＡ、エロージョンの深さＢともに２０〜５０ｎｍの範囲内に抑えることができた。
【０１９２】
（実施例３）
実施例１と同じ方法により、シリコン基板上に膜厚Ｔ１が約１２００ｎｍの銅膜６を堆積させた試料を用意し、これを２工程に分けて研磨した。銅膜６の最大段差Ｄは、６００ｎｍであった。
【０１９３】
先ず、実施例２と同様に、試料を図４に示す研磨装置１０ａの基板保持部１６ａに銅めっき面を下向きに保持し、試料と研磨具２２とを互いに反対方向に約９０ｒｐｍの回転速度で回転させつつ、研磨面に２５０ｇ／ｃｍ２の研磨圧力を加えて、下記の研磨液中に試料の銅膜６を陽極とした電解研磨を併用した第１研磨を行った。
研磨液として、純水中に（８５％）りん酸を５.０％溶解させ、アンモニア水を加えてｐＨを６.５に調整し、更に、平均粒径が３０ｎｍのγアルミナ２.０％、同じく４０ｎｍのコロイダルシリカ２.０％、８−ヒドロキシキノリン０.１５％、 非イオン界面活性剤５０ｍｇ／Ｌ、 プロピレン尿素を０.１％溶解させたものを使用した。
【０１９４】
ここで、試料の銅膜６と陰極板２０との間に通電する電流として、基板上の銅の表面積当たりの電流密度が４Ａ／ｄｍ２となる電流を１０×１０−３秒間通電し、同じく１０×１０−３秒間停止するパルス電流を使用して、５５間の複合電解研磨を行った。
この結果、基板上に堆積した余剰の銅膜６は、１２００ｎｍから３００ｎｍまで研磨され、凸部の研磨速度は１１００ｎｍ／分に達した。また最大段差は６００ｎｍから１００ｎｍ以下に減少し、大幅な平坦化効果が得られた。
【０１９５】
次いで、この試料を別個のＣＭＰ装置へ移し、電解研磨を併用せずに、８−ヒドロキシキノリンを含む研磨液を使用して更に平坦化研磨を行った。すなわち、研磨面を下向きにしてホルダに保持した試料を、対向するターンテーブルの表面に装着した硬質／軟質構造の研磨パッドに３５０ｇ／ｃｍ２の圧力で押圧しつつ、互いに逆方向に７０ｒｐｍの回転速度で回転しながら研磨を行った。この時、下記の研磨液を連続的に研磨面に供給した。
【０１９６】
研磨液として、蓚酸アンモニウム１.０％、リン酸アンモニウム０.５％、γアルミナ２.０％、平均粒径が４０ｎｍのコロイダルシリカ３.０％、８−ヒドロキシキノリン０.１％、非イオン界面活性剤３０ｍｇ／Ｌ、５−メチルベンゾトリアゾール０.０５％の組成のものを使用した。銅の表面にはオキシン銅の脆弱性皮膜が生成され、凸部が選択的に研削除去されるため、研磨の進行と同時に平坦化が更に進められた。
【０１９７】
基板上に堆積した余剰な銅膜６が研磨されて、ＴａＮ／Ｔａ膜からなるバリア層５が露出すると、銅表面はオキシン銅およびインヒビターにより保護され、バリア層５のエッチバックがスムーズに行われ、研磨完了時にはＳｉＯ２絶縁層２と配線用溝内の銅表面とがほぼ平面となり、ディッシングやエロージョンの発生が抑えられた製品が得られた。
【０１９８】
（実施例４）
実施例１と同じ方法により、シリコン基板上に膜厚Ｔ１が約１２００ｎｍの銅膜６を堆積させた試料を用意し、これを２工程に分けて研磨した。銅膜６の最大段差Ｄは、６００ｎｍであった。この試料の複合電解研磨を前段および後段の２工程に分けて実施した。すなわち、前段の工程では銅面を陽極とし電解研磨を併用して機械的研磨を加えた複合電解研磨を行い、後段では基板に対向して配置された陰極および陽極間に高い電圧を印加して、陰極に接近する局部的な表面をバイポーラ現象により擬似陽極とすることにより、銅の溶解性を高めながら複合的に電解研磨を行った。
【０１９９】
前段の研磨工程では、試料を、図４に示す研磨装置１０ａの基板保持部１６ａに銅めっき面を下向きにして保持し、試料と研磨具２２を互いに反対方向に９０ｒｐｍの回転速度で回転させつつ、研磨面に２５０ｇ／ｃｍ２の研磨圧力を加え、下記の研磨液中で試料の銅膜６を陽極とした電解研磨を併用しながら第１研磨を行った。
【０２００】
研磨液は、純水に（８５％）りん酸を５.０％溶解させ、アンモニア水を加えてｐＨを５.５に調整し、プロピレングリコールモノメチルエーテル１０％、平均粒径が４０ｎｍのコロイダルシリカ５.０％、８−ヒドロキシキノリン０.１５％、プロピレン尿素０.１％溶解させたものを使用した。
【０２０１】
ここで、試料の銅膜６と陰極板２０との間に通電する電流として、基板上の銅の表面積当たりの電流密度が３Ａ／ｄｍ２となる電流を１０×１０−３秒間通電し、同じく１０×１０−３秒間停止するパルス電流を使用した。
６０秒間研磨を続けた結果、基板上に堆積した余剰の銅膜６は、１２００ｎｍから約３００ｎｍまで研磨され、最大段差は６００ｎｍから１００ｎｍ以下となり、高い平坦化効果が得られた。
【０２０２】
次いで、図６に示す研磨装置１０ｂを使用して、実施例１と全く同一の条件で試料の後段の研磨を実施した。すなわち、研磨液として、純水に、蓚酸アンモニウム１.０％、（８５％）りん酸０.５％溶解させ、アンモニア水を加えてｐＨを７.５に調整し、更に、平均粒径が４０ｎｍのコロイダルシリカ３.５％、８−ヒドロキシキノリン０.１％、フェナセチン０.０３％溶解させたものを使用した。
【０２０３】
研磨装置１０ｂを運転し、銅表面の研磨が開始されると直ちに３０〜７０ボルトの電圧を陰極ロッド４０と陽極ロッド４２との間に印加して通電を行った。この時、銅表面の凸部はオキシン銅の生成除去が選択的に行われ、研磨の進行と同時に平坦化も行われた。
４０秒間の電圧印加の後、通電を停止し、更に研磨を継続した。ＴａＮ／Ｔａ膜からなるバリア層５の除去された研磨完了時では、ＳｉＯ２絶縁層２と配線用溝内の銅表面がほぼ平坦となり良好な研磨面が得られた。
【０２０４】
（実施例５）
実施例１と同じ方法により、シリコン基板上に膜厚Ｔ１が約１５００ｎｍの銅膜６を堆積させた試料を用意し、これを２工程に分けて研磨した。銅膜６の最大段差Ｄは、７００ｎｍであった。
前段の研磨工程では、試料を、図４に示す研磨装置１０ａの基板保持部１６ａで銅めっき面を下向きにして保持し、試料と研磨具２２とを互いに反対方向に９０ｒｐｍの回転速度で回転させつつ、研磨面に２００ｇ／ｃｍ２の研磨圧力を加えながら、下記の研磨液を連続的に供給して研磨面を液中に浸漬させ、且つ被研磨面を陽極として下記のパルス直流電流を通電しながら複合電解研磨を行った。
【０２０５】
研磨液として、純水に、（８５％）りん酸１０％、プロピレングリコールモノメチルエーテル２０％溶解させ、アンモニア水を加えてｐＨを３.５に調整し、更に、８−ヒドロキシキノリン０.１５％、プロピレン尿素０.２％溶解させたものを使用した。
ここで、試料の銅膜６と陰極板２０との間に通電する電流として、基板上の銅の表面積当たりの電流密度が６Ａ／ｄｍ２となる電流を１０×１０−３秒間通電し、同じく１０×１０−３秒間停止するパルス電流を使用した。
【０２０６】
６５秒間複合電解研磨を行った結果、銅膜６は１５００ｎｍから３００ｎｍとなり、凸部の研磨速度は１２００ｎｍ／分に達した。また最大段差は７００ｎｍから１００ｎｍ以下となり、高い平坦化効果が得られた。
研磨装置１０ａから流出した研磨液を回収し、直列に連結配置された１００ミクロン、５ミクロン、１ミクロンのポリプロピレン製カートリッジフィルターによりろ過し、各成分の濃度調整を行った後、再度研磨装置１０ａへ供給し、研磨に使用したところ、処理工程および基板の研磨結果に支障は見られなかった。
【０２０７】
次いで、後段の研磨は実施例２と全く同一の条件で実施した。すなわち、電解を併用せず、８−ヒドロキシキノリンを含む下記の組成の研磨液を使用し、公知のＣＭＰ法に従い、研磨面を下向きに保持し、対向する下方のターンテーブルに装着された硬質および軟質二重構造の研磨パッドとの間で３５０ｇ／ｃｍ２の圧力を加え、互いに逆方向に７０ｒｐｍの速度で回転させながら平坦化研磨を実施した。
【０２０８】
研磨液として、蓚酸アンモニウム１.０％、過酸化水素１０％、平均粒径４０ｎｍのコロイダルシリカ５.０％、非イオン界面活性剤３０ｍｇ／Ｌ、５−メチルベンゾトリアゾール０.０５％、８−ヒドロキシキノリン０.１％の組成のものを使用し、研磨液供給ユニット３２から研磨面へ連続的に供給した。
後段の研磨工程では、銅皮膜の表面にオキシン銅の脆弱皮膜が生成され、凸部が選択的に除去・生成を繰り返すため、銅皮膜の研磨の進行と共に平坦化も更に進められた。
【０２０９】
研磨が進行し、基板上に堆積した余剰の銅膜６が除去され、ＴａＮ膜からなるバリア層５が露出すると、銅表面はオキシン銅およびインヒビターによる防触膜で保護され、バリア層５は有機酸および過酸化水素の作用でエッチバックがスムーズに行われた。この結果、研磨完了時にはＳｉＯ２絶縁層２と配線用溝内の銅表面とがほぼ平面となり、ディッシングおよびエロージョンを最小限に抑えた製品が得られた。
【０２１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板上に余剰に堆積した、段差のある銅膜の平坦化研磨を行うにあたり、銅膜上に不溶性で脆弱なオキシン銅を生成させ、凸部を選択的に研削することにより、高い効率の平坦化加工が可能となる。また、電解を併用した複合電解研磨により、余剰に堆積した銅膜の大半を高速度で研磨できるばかりでなく、電解作用により、研磨液への酸化剤の使用を省くことができ、研磨液の安定化ならびに管理が容易となり、且つランニングコストの低減を図ることができる。更に、研磨工程の前段では、研磨砥粒の使用を省くこともでき、これによって、使用後の研磨液を回収し、ろ過した後、濃度を調整して再度使用できるため、廃液量の減少も期待でき、環境保全上好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に使用される研磨液における銅減少量と浸漬時間との関係を示すグラフである。
【図２】同じく、極間電圧と電解時間との関係を示すグラフである。
【図３】同じく、電解研磨電流及び銅の減少量と電解時間との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態の研磨装置の概要を示す断面図である。
【図５】図４に示す研磨装置による研磨の状態を模式的に示す図である。
【図６】本発明の他の実施の形態の研磨装置の概要を示す断面図である。
【図７】図６に示す研磨装置による研磨の状態を模式的に示す図である。
【図８】図４及び図６に示す研磨装置を備えた配線形成装置の平面配置図である。
【図９】図８に示す配線形成装置における処理工程の流れを示すブロック図である。
【図１０】図８に示す配線形成装置で配線を形成する例を工程順に示す断面図である。
【図１１】本発明の更に他の実施の形態の研磨装置を示す平面図である。
【図１２】図１１に示す研磨装置に使用される基板保持部を示す正面図である。
【図１３】図１１に示す研磨装置を備えた配線形成装置の平面配置図である。
【図１４】本発明の更に他の実施の形態の研磨装置の概要を示す断面図である。
【図１５】図１４に示す研磨装置の電極板の一部を拡大して示す平面図である。
【図１６】同じく、一部を拡大して示す断面図である。
【図１７】実施例に使用される試料の断面図である。
【図１８】銅めっきにより銅配線を形成する例を工程順に示す断面図である。
【図１９】銅めっき装置としての電気めっき装置のめっき処理時における全体を示す断面図である。
【図２０】同じく、めっき液の流れの状態を示すめっき液フロー図である。
【図２１】同じく、非めっき時（基板受渡し時）における全体を示す断面図である。
【図２２】同じく、メンテナンス時における全体を示す断面図である。
【図２３】同じく、基板の受渡し時におけるハウジング、押圧リング及び基板の関係の説明に付する断面図である。
【図２４】同じく、図２３の一部拡大図である。
【図２５】同じく、めっき処理時及び非めっき時におけるめっき液の流れの説明に付する図である。
【図２６】同じく、芯出し機構の拡大断面図である。
【図２７】同じく、給電接点（プローブ）を示す断面図である。
【図２８】銅めっき装置としての電気めっき装置の他の例を示す平面図である。
【図２９】同じく、図２８のＡ−Ａ線断面図である。
【図３０】同じく、基板保持部及びカソード部の断面図である。
【図３１】同じく、電極アーム部の断面図である。
【図３２】同じく、電極アーム部のハウジングを除いた平面図である。
【図３３】同じく、アノードとめっき液含浸材を示す概略図である。
【図３４】基板処理装置の示す平面配置図である。
【図３５】図３４に示す基板処理装置内の気流の流れを示す図である。
【図３６】図３４に示す基板処理装置の各エリア間の空気の流れを示す図である。
【図３７】図３４に示す基板処理装置をクリーンルーム内に配置した一例を示す外観図である。
【図３８】基板処理装置の他の例を示す平面配置図である。
【図３９】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図４０】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図４１】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図４２】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図４３】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図４４】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図４５】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図４６】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図４７】図４６に示す基板処置装置における各工程の流れを示すフローチャートである。
【図４８】ベベル・裏面洗浄ユニットを示す概要図である。
【図４９】無電解めっき装置の一例を示す概要図である。
【図５０】無電解めっき装置の他の例を示す概要図である。
【図５１】アニールユニットの一例を示す縦断正面図である。
【図５２】図５１の平断面図である。
【符号の説明】
２  絶縁層
４  配線用溝
５  バリア層
６  銅膜
６ａ  オキシン銅皮膜
７  シード層
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ  研磨装置
１２  研磨液
１４  研磨槽
１６ａ，１６ｂ，７６  基板保持部
２０  陰極板
２０ａ  長溝
２２  研磨具
２６  電気接点
３０，４８  整流器
３２  研磨液供給ユニット
４２  陽極ロッド
４４  電極板
４４ａ  長溝
５０  研磨液再生ユニット
５４  ロード・アンロード部
５８  洗浄装置
６０  アニール装置
６２  洗浄乾燥装置
６８  搬送装置
７０  モジュール
７２  旋回アーム
７４  電極リング
７８  電極リング着脱ステージ
１４０  陰極ロッド
１５６  銅めっき装置
【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】
0003813865.tif 000018
【図１７】
0003813865.tif 000019
【図１８】
0003813865.tif 000020
【図１９】
0003813865.tif 000021
【図２０】
0003813865.tif 000022
【図２１】
0003813865.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
0003813865.tif 000030
【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
0003813865.tif 000042
【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
0003813865.tif 000048
【図４７】
0003813865.tif 000049
【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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