(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋め込み配線構造を有する半導体装置の露出配線の表面に、錯化剤、還元剤及びｐＨ調整剤を含む無電解めっき液を用いた無電解めっきで配線保護層を選択的に形成するに際し、
無電解めっき液に含まれる前記錯化材成分を有する第１の前処理液に基板を浸漬させて第１の前処理を行い、
無電解めっき液に含まれる前記還元剤成分を有する第２の前処理液に基板を浸漬させて第２の前処理を行うことを特徴とする無電解めっきの前処理方法。
【請求項２】
前記第１の前処理と前記第２の前処理との間に、無電解めっき液に含まれる前記ｐＨ調整剤成分を有する第３の前処理液に基板を浸漬させて第３の前処理を行うことを特徴とする請求項１記載の無電解めっきの前処理方法。
【請求項３】
前記各前処理を、無電解めっきのプロセス温度と同じ温度で行うことを特徴とする請求項１または２記載の無電解めっきの前処理方法。
【請求項４】
前記錯化剤成分は、有機酸であることを特徴とする請求項１記載の無電解めっきの前処理方法。
【請求項５】
前記還元剤成分は、アルキルアミンボランまたは硼素化水素化合物であることを特徴とする請求項１記載の無電解めっきの前処理方法。
【請求項６】
前記ｐＨ調整剤は、水酸化テトラメチルアンモニウムまたはアンモニアであることを特徴とする請求項２記載の無電解めっきの前処理方法。
【請求項７】
埋め込み配線構造の配線材料として、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、ＡｕまたはＡｕ合金を使用することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の無電解めっきの前処理方法。
【請求項８】
前記配線保護層は、Ｃｏ、Ｃｏ合金、ＮｉまたはＮｉ合金からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の無電解めっきの前処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無電解めっきの前処理方法に関し、特に半導体ウエハ等の基板の表面に設けた配線用の微細な凹部に銅、銀または金等の導電体を埋め込んで構成した埋込み配線の露出表面に、無電解めっきで配線保護層を形成するに際し、めっき前処理を行うのに使用される無電解めっきの前処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の配線形成プロセスとして、配線溝及びコンタクトホールに金属（導電体）を埋込むようにしたプロセス（いわゆる、ダマシンプロセス）が使用されつつある。これは、層間絶縁膜に予め形成した配線溝やコンタクトホールに、アルミニウム、近年では銅や銀等の金属を埋め込んだ後、余分な金属を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）によって除去し平坦化するプロセス技術である。
【０００３】
この種の配線、例えば配線材料として銅を使用した銅配線にあっては、平坦化後、銅からなる配線の表面が外部に露出しており、配線（銅）の熱拡散を防止したり、例えばその後の酸化性雰囲気の絶縁膜（酸化膜）を積層して多層配線構造の半導体装置を作る場合等に、配線（銅）の酸化を防止したりするため、Ｃｏ合金やＮｉ合金等からなる配線保護層（蓋材）で露出配線の表面を選択的に覆って、配線の熱拡散及び酸化を防止することが検討されている。このＣｏ合金やＮｉ合金等は、例えば無電解めっきによって得られる。
【０００４】
ここで、例えば、図９に示すように、半導体ウエハ等の基板Ｗの表面に堆積したＳｉＯ２等からなる絶縁膜１０の内部に配線用の微細な凹部１２を形成し、表面にＴａＮ等からなるバリア層１４を形成した後、例えば、銅めっきを施して、基板Ｗの表面に銅膜を成膜して凹部１２の内部に埋め込み、しかる後、基板Ｗの表面にＣＭＰ（化学機械的研磨）を施して平坦化することで、絶縁膜２の内部に銅膜からなる配線１６を形成し、この配線（銅膜）１６の表面に、例えば無電解めっきによって得られる、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金膜からなる配線保護層（蓋材）１８を選択的に形成して配線１６を保護する場合を考える。この場合、このＣｏ−Ｗ−Ｐめっき液として、例えば、下記の表１に示すような組成のものが使用される。
【０００５】
【表１】
0003821709.tif 000002
図１０は、従来の一般的な無電解めっきによって、このようなＣｏ−Ｗ−Ｐ合金膜からなる配線保護層（蓋材）１８を配線の表面に選択的に形成する工程を工程順に示すブロック図で、先ず、ＣＭＰ処理を施した半導体ウエハ等の基板Ｗ（図９参照）を、例えば液温が２５℃で、０．５ＭのＨ２ＳＯ４等の酸溶液中に１分程度浸漬させて、絶縁膜１０の表面に残った銅等のＣＭＰ残さ等を除去する。そして、基板Ｗの表面を超純水等の洗浄液で洗浄した後、例えば、液温が２５℃で、０．００５ｇ／ＬのＰｄＣｌ２と０．２ｍｌ／ＬのＨＣｌ等の混合溶液中に基板Ｗを１分程度浸漬させ、これにより、配線１６の表面に触媒としてのＰｄを付着させて配線１６の露出表面を活性化させる。次に、基板Ｗの表面を超純水等の洗浄液で洗浄した後、例えば液温が２５℃で、２０ｇ／ＬのＮａ３Ｃ６Ｈ５Ｏ７・２Ｈ２Ｏ（クエン酸ナトリウム）等の溶液中に基板Ｗを浸漬させて、配線１６の表面に中和処理を施す。そして、基板Ｗの表面を超純粋で水洗した後、例えば液温が８０℃で、前述の表１に示す組成のＣｏ−Ｗ−Ｐめっき液中に基板を１２０秒程度浸漬させて、活性化させた配線１６の表面に選択的な無電解めっき（無電解Ｃｏ−Ｗ−Ｐ蓋めっき）を施し、しかる後、基板の表面を超純水等の洗浄液で洗浄する。これによって、配線１６の表面に、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金膜からなる配線保護層１８を選択的に形成して配線１６を保護する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例にあっては、無電解めっきによって、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金膜からなる配線保護層（蓋材）を形成する際に、配線の表面に、例えばＰｄ等の触媒を付与する触媒付与処理を施しており、この触媒付与は、下記の化学式で示す置換めっきによって行われるため、図９に示すように、原理的に下地の配線（銅膜）１６が浸蝕（エッチング）され、これによって、配線（銅膜）１６の内部にボイドＶが発生して配線特性が劣化してしまう。しかも、Ｐｄは、銅に対する拡散元素であるため、銅配線の低抵抗を阻害してしまう。
【０００７】
【式１】
0003821709.tif 000003
また、絶縁膜上に配線保護層が形成されることを防止するため、絶縁膜上に残った銅等からなるＣＭＰ残さを除去する必要があり、これは、一般にＨ２ＳＯ４やＨＣｌなどの無機酸を使用して行われており、一方、無電解めっき液は、一般にアルカリ溶液から構成されている。このため、めっき処理の直前に中和工程を入れてめっきプロセスを安定化させることが必要となり、工程が多くなって、各工程における処理槽の数も多くなる。この結果、スループットが低下するばかりでなく、各工程のプロセス管理が煩雑になり、しかも、装置が大きくなって、クリーンルーム内の設置スペースを広く占拠しクリーンルームのコストの増大に繋がってしまう。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、触媒を使用することなく、無電解めっきによって、配線の表面に配線保護層を確実に形成でき、更にはスループット向上および装置のコンパクト化を図れるようにした無電解めっきの前処理方法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】
請求項１に記載の発明は、埋め込み配線構造を有する半導体装置の露出配線の表面に、錯化剤、還元剤及びｐＨ調整剤を含む無電解めっき液を用いた無電解めっきで配線保護層を選択的に形成するに際し、無電解めっき液に含まれる前記錯化材成分を有する第１の前処理液に基板を浸漬させて第１の前処理を行い、無電解めっき液に含まれる前記還元剤成分を有する第２の前処理液に基板を浸漬させて第２の前処理を行うことを特徴とする無電解めっきの前処理方法である。このように、無電解めっき液の構成成分でめっき前処理を行うことで、無電解めっき液に対する汚染を防止し、しかも、無電解液めっき液の構成成分である錯化剤成分、ｐＨ調整剤成分、還元剤成分を利用することで、触媒がなくても無電解めっき反応が可能となり、中和等の余計な工程も不要となる。
【００１０】
埋め込み配線以外の配線形成金属、例えば銅等のＣＭＰ残さは、例えば無電解めっき液の構成成分である錯化剤成分によって除去される。また、配線表面は、例えば無電解めっき液の構成成分である還元剤成分によって、例えばＣｕ酸化物やＣｕ水酸化物等を還元除去することにより活性化される。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記第１の前処理と前記第２の前処理との間に、無電解めっき液に含まれる前記ｐＨ調整剤成分を有する第３の前処理液に基板を浸漬させて第３の前処理を行うことを特徴とする請求項１記載の無電解めっきの前処理方法である。この埋め込み配線表面に付着した付着物、例えば、ＣＭＰ後に配線の表面に存在する銅の酸化防止剤としてのＢＴＡ（ベンゾトリアゾール）は、例えば無電解めっき液の構成成分である錯化剤成分やｐＨ調整剤成分によって除去される。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記各前処理を、無電解めっきのプロセス温度と同じ温度で行うことを特徴とする請求項１または２記載の無電解めっきの前処理方法である。これにより、無電解めっきの前処理で半導体ウエハ等の基板をプリヒートして、スループットを向上させ、しかも装置のコンパクト化を図って、クリーンルームコストを低減することができる。
請求項４に記載の発明は、前記錯化剤成分は、有機酸であることを特徴とする請求項１記載の無電解めっきの前処理方法である。
請求項５に記載の発明は、前記還元剤成分は、アルキルアミンボランまたは硼素化水素化合物であることを特徴とする請求項１記載の無電解めっきの前処理方法である。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、前記ｐＨ調整剤は、水酸化テトラメチルアンモニウムまたはアンモニアであることを特徴とする請求項２記載の無電解めっきの前処理方法である。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、埋め込み配線構造の配線材料として、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、ＡｕまたはＡｕ合金を使用することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の無電解めっきの前処理方法である。
請求項８に記載の発明は、前記配線保護層は、Ｃｏ、Ｃｏ合金、ＮｉまたはＮｉ合金からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の無電解めっきの前処理方法である。このＮｉ合金としては、Ｎｉ−ＢまたはＮｉ−Ｗ−Ｂ合金等が挙げられ、Ｃｏ合金としては、Ｃｏ−ＢまたはＣｏ−Ｗ−Ｂ合金等が挙げられる。
【００１５】
錯化剤としては、シュウ酸等のカルボン酸及びそれらの塩、酒石酸、クエン酸等のオキシカルボン酸及びそれらの塩、グリシン等のアミノカルボン酸及びそれらの塩が挙げられる。また、それらは単独で使用しても良く、２種以上併用しても良い。濃度は、一般的には、０．０００１〜１．５ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．０１〜１．００ｍｏｌ／Ｌ程度で、ｐＨは、一般的には７以下、好ましくは、１〜４程度である。
【００１６】
アルキルアミンボランとしては、例えばジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）、ジエチルアミンボラン等を挙げることができる。濃度は、一般的には、０．０１〜１ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは、０．０１〜０．５ｍｏｌ／Ｌ程度である。
【００１９】
【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。
図１は、２層の埋込み配線構造を有する本発明の実施の形態の半導体装置の断面構造を示す。なお、この例では、配線材料として銅を使用している。図１に示すように、半導体基材２０の表面に堆積した、例えばＳｉＯ２からなる絶縁膜２２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な凹部２４を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリア層２６を形成している。そして、凹部２４の内部に銅を埋め込んで第１層の銅配線２８を形成し、この銅配線２８の露出表面を配線保護層３０で選択的に覆い、更に表面全体をＳｉＮ等からなる保護層３２で覆って第１層の配線構造を構成している。
【００２０】
ここで、この銅配線２８は、半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、凹部２４の内部に銅を充填させるとともに、絶縁膜２２上に銅を堆積させ、その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２２上の銅及びバリア層を除去して、凹部２４内に充填させた銅の表面と絶縁膜２２の表面とをほぼ同一平面にすることで形成される。
【００２１】
そして、この第１層の配線構造を有する基板Ｗの上面に、例えばＳｉＯ２からなる絶縁膜３４を堆積させ、この絶縁膜３４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保護層３０に達する配線用の微細な凹部３６を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリア層３８を形成している。そして、凹部３６の内部に銅を埋め込んで第２層の銅配線４０を形成し、この銅配線４０の露出表面を配線保護層４２で選択的に覆い、更に表面全体をＳｉＮ等からなる保護層４４で覆って第２層の配線構造を構成している。なお、この銅配線４０は、半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施し、しかる後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を施すことにより形成されることは前述と同様である。
【００２２】
ここで、銅配線２８，４０の露出表面を選択的に覆って該銅配線２８，４０を保護する配線保護層３０，４２は、例えばＣｏ−Ｗ−Ｂ合金からなり、膜厚が５０ｎｍ以下、好ましくは１０〜３０ｎｍ（この例では２０ｎｍ）の薄膜で構成されている。この配線保護層３０，４２は、無電解めっきによって形成される。
【００２３】
この配線保護層３０，４２を無電解めっきで形成する工程を図２に、この無電解めっきを行うめっき装置の全体構成を図３に示す。めっき装置は、ロード・アンロード部５０、基板の表面を超純水等の洗浄液で洗浄し乾燥させる洗浄・乾燥槽５２、めっき前処理とめっき処理を行う前処理兼めっき槽５４、及びこれらの間に基板の搬送を行う搬送ロボット５６を備えている。ここで、前処理兼めっき槽５４は、洗浄・乾燥機能を有している。
【００２４】
ここで、この例では、Ｃｏ−Ｗ−Ｂめっき液として、下記の表２に示す組成のもの、つまり、錯化剤としてＣ６Ｈ８Ｏ７（クエン酸）を、ｐＨ調整剤として水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を、還元剤としてジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）を、それぞれ用いたものを使用している。
【表２】
0003821709.tif 000004
そして、この無電解めっき液の構成成分、つまり錯化剤としてのＣ６Ｈ８Ｏ７、還元剤としてのＤＭＡＢ、更には、必要に応じて、ｐＨ調整剤としてのＴＭＡＨで無電解めっきの前処理を行うようにしている。
【００２５】
先ず、ＣＭＰ処理を終了し、カセットに収納した半導体ウエハ等の基板Ｗ（図１参照）をロード・アンロード部５０に搬入し、カセットから１枚の基板Ｗを搬送ロボット５６で取り出して前処理兼めっき槽５４に搬送し、この前処理兼めっき槽５４で下地となる銅配線２８，４０の表面に第１のめっき前処理を施す。つまり、先ず無電解めっき液の錯化剤成分、この例では、２０ｇ／ＬのＣ６Ｈ８Ｏ７を有し、液温を無電解めっきプロセスと同じ７０℃にした第１の前処理液内に、基板Ｗを１分間程度浸漬させて、銅等の基板Ｗの絶縁膜表面に残ったＣＭＰ残さ等を除去する。しかる後、基板Ｗの表面を、例えば７０℃にした超純水等の洗浄液で洗浄する。
【００２６】
次に、基板Ｗを無電解めっき液の還元剤成分、この例では、６ｇ／ＬのＤＭＡＢを有し、液温を無電解めっきプロセスと同じ７０℃にした第２の前処理液内に、基板Ｗを１分間程度浸漬させて、銅配線の表面を活性化させる。つまり、ＣＭＰ後の銅配線の表面には、Ｃｏ−Ｗ−Ｂめっきを阻害するＣｕ２ＯやＣｕ（ＯＨ）２等が存在する。そこで、これらのＣｕ酸化物やＣｕ水酸化物を還元剤成分で還元除去し、これによって、銅配線の表面を活性化させて、触媒が無くともめっき反応を可能となす。
【００２７】
そして、例えば液温が７０℃で、前述の表２に示す組成のＣｏ−Ｗ−Ｂめっき液中に基板Ｗを１２０秒程度浸漬させて、活性化させた銅配線の表面に選択的な無電解めっき（無電解Ｃｏ−Ｗ−Ｂ蓋めっき）を施し、しかる後、基板の表面を、例えば７０℃にした超純水等の洗浄液で洗浄する。これによって、銅配線の表面に、Ｃｏ−Ｗ−Ｂ合金膜からなる配線保護層を選択的に形成して銅配線を保護する。しかる後、超純水等の洗浄液で基板の表面を洗浄し、めっき後の基板を搬送ロボット５６で洗浄・乾燥槽５２に搬送し、ここで二次洗浄を行って乾燥させた後、ロード・アンロード部５０のカセットに戻す。
【００２８】
ここで、この例では、配線保護層３０，４２として、Ｃｏ−Ｗ−Ｂ合金膜を使用している。つまり、Ｃｏイオン、錯化剤、ｐＨ緩衝剤、ｐＨ調整剤、還元剤としてのアルキルアミンボラン、及びＷを含む化合物を含有しためっき液を使用し、このめっき液に基板の表面を浸漬させることで、Ｃｏ−Ｗ−Ｂ合金からなる配線保護層３０，４２を形成している。
【００２９】
このめっき液には、必要に応じて、安定剤としての重金属化合物または硫黄化合物の１種または２種以上、または界面活性剤の少なくとも一方が添加され、また水酸化テトラメチルアンモニウムまたはアンモニア水等のｐＨ調整剤を用いて、ｐＨが好ましくは５〜１４、より好ましくは６〜１０に調整されている。めっき液の温度は、例えば３０〜９０℃、好ましくは４０〜８０℃である。
【００３０】
めっき液のコバルトイオンの供給源としては、例えば硫酸コバルト、塩化コバルト、酢酸コバルト等のコバルト塩を挙げることができる。コバルトイオンの添加量は、例えば０．００１〜１ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．０１〜０．３ｍｏｌ／Ｌ程度である。
【００３１】
錯化剤としては、例えば酢酸等のカルボン酸及びそれらの塩、酒石酸、クエン酸等のオキシカルボン酸及びそれらの塩、グリシン等のアミノカルボン酸及びそれらの塩を挙げることができる。また、それらは単独で使用してもよく、２種以上併用してもよい。錯化剤の総添加量は、例えば０．００１〜１．５ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．０１〜１．０ｍｏｌ／Ｌ程度である。
【００３２】
ｐＨ緩衝剤としては、例えば硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、ホウ酸等を挙げることができる。ｐＨ緩衝剤の添加量は、例えば０．０１〜１．５ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．１〜１ｍｏｌ／Ｌ程度である。
ｐＨ調整剤としては、例えばアンモニア水、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等を挙げることができ、ｐＨを５〜１４、好ましくはｐＨ６〜１０に調整する。
【００３３】
還元剤としてのアルキルアミンボランとしては、例えばジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）、ジエチルアミンボラン等を挙げることができる。還元剤の添加量は、例えば０．０１〜１ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．０１〜０．５ｍｏｌ／Ｌ程度である。
タングステンを含む化合物としては、例えばタングステン酸及びそれらの塩、または、タングストリン酸（例えば、Ｈ３(ＰＷ１２Ｐ４０)・ｎＨ２Ｏ）等のヘテロポリ酸及びそれらの塩等を挙げることができる。タングステンを含む化合物の添加量は、例えば０．００１〜１ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．０１〜０．１ｍｏｌ／Ｌ程度である。
【００３４】
このめっき液には、上記成分以外に公知の添加剤を添加することができる。この添加剤としては、例えば、浴安定剤として鉛化合物等の重金属化合物やチオシアン化合物等の硫黄化合物等の１種または２種以上、またアニオン系、カチオン系、ノニオン系の界面活性剤を挙げることができる。
【００３５】
前述のようにして、前記図９に示す従来例の同様に、絶縁膜１０に形成した凹部１２内に銅を埋め込んで形成した配線（銅膜）１６の表面に、Ｃｏ−Ｗ−Ｂ合金膜からなる配線保護層（蓋材）１８を選択的に形成して配線１６を保護した時の状態をＳＥＭ観察したところ、配線１６の表面のみに配線保護層１８が選択的に形成され、しかも配線１６の内部にボイドが見られなかった。この時のＳＥＭ写真を図面化したものを図４に示す。また、ＤＭＡＢを有する第２前処理液を使用して前処理を行った後の状態をＸＰＳで分析したところ、配線の表面には、Ｃｕ２ＯやＣｕ（ＯＨ）２等のＣｕ酸化物やＣｕ水酸化物が存在せず、銅が表面に露出していることが判った。
【００３６】
ここで、前述のＣ６Ｈ８Ｏ７を有する第１の前処理液による前処理を行わずに、めっき処理を行った状態をＳＥＭ観察したところ、配線１６の表面のみならず、絶縁膜１０の表面にもＣｏ−Ｗ−Ｐ合金膜１８ａが形成され、銅配線間にリークが発生していることが観察された。この時のＳＥＭ写真を図面化したものを図５に示す。
【００３７】
また、前述のＤＭＡＢを有する第２前処理液による前処理を行わずに、めっき処理を行ったところ、めっき膜を成長させることができなかった。そこで、この時の配線の表面をＸＰＳで分析したところ、配線の表面には、Ｃｕ２ＯやＣｕ（ＯＨ）２等のＣｕ酸化物やＣｕ水酸化物が存在していることが判った。
【００３８】
なお、この例では、配線保護層３０，４２としてＣｏ−Ｗ−Ｂ合金を使用しているが、配線保護層３０，４２として、Ｃｏ−Ｂ、Ｎｉ−ＢまたはＮｉ−Ｗ−Ｂからなる配線保護層を形成するようにしてもよい。また、配線材料として、銅を使用した例を示しているが、銅の他に、銅合金、銀、銀合金、金及び金合金等を使用しても良い。
【００３９】
ここで、例えばＣＭＰ処理に使用するスラリーに、酸化防止剤としてのＢＴＡ（ベンゾトリアゾール）を混ぜたり、ＣＭＰ後に銅配線の表面にＢＴＡを塗布したりして、銅の酸化を防止することが広く行われている。このように、銅配線の表面にＢＴＡが存在すると、Ｃｏ−Ｗ−Ｂめっきが不能となる。このような場合に、前述のように、Ｃ６Ｈ８Ｏ７を有する第１の前処理液内に基板を浸漬させただけでは、このようなＢＴＡが完全に除去できない場合がある。このような場合には、図６に示すように、前述のようにして、基板をＣ６Ｈ８Ｏ７を有する第１の前処理液中に浸漬させた後、無電解めっき液のｐＨ調整剤成分、この例では、ＴＭＡＨからなる、ｐＨ１４で、液温が無電解めっきプロセスと同じ７０℃とした第３の前処理液内に、基板Ｗを１分間程度浸漬させることで、銅配線の表面のＢＴＡを完全に除去することができる。
【００４０】
なお、各処理を無電解めっきのプロセス温度と同じ温度で、つまりこの例では７０℃で行うことで、無電解めっきの前処理で半導体ウエハ等の基板をプリヒートすることができ、これによって、スループットを向上させ、しかも装置のコンパクト化を図って、クリーンルームコストを低減することができる。
【００４１】
図７は、図３に示す前処理兼めっき槽５４の概略構成図である。図７に示すように、この前処理兼めっき槽５４は、半導体基板Ｗをその上面に保持する保持手段１１と、保持手段１１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３１と、堰部材３１でその周縁部をシールされた半導体基板Ｗの被めっき面に前処理液またはめっき液を供給するシャワーヘッド４１を備えている。前処理兼めっき槽５４は、さらに保持手段１１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５１と、排出された洗浄液等（めっき廃液）を回収する回収容器６１と、半導体基板Ｗ上に保持した前処理液やめっき液を吸引して回収する液回収ノズル６５と、前記保持手段１１を回転駆動するモータＭとを備えている。
【００４２】
保持手段１１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１３を有している。この基板載置部１３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備えている。一方、基板載置部１３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１５が設置されている。この裏面ヒータ１５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１１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３１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３３を有し、図示の位置から上下動しないように設置されている。
【００４３】
シャワーヘッド４１は、先端に多数のノズルを設けることで、供給された前処理液や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５１は、ノズル５３から洗浄液を噴出する構造である。
液回収ノズル６５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３１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。
【００４４】
次にこの前処理兼めっき槽の動作を説明する。まず図示の状態よりも保持手段１１を下降して堰部材３１との間に所定寸法の隙間を設け、基板載置部１３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インチウエハを用いる。
次に、保持手段１１を上昇させ、その上面を堰部材３１の下面に当接させ、同時に半導体基板Ｗの外周を堰部材３１のシール部３３によってシールする。この時、半導体基板Ｗの表面は開放された状態となっている。
【００４５】
次に裏面ヒータ１５によって半導体基板Ｗ自体を直接加熱して、シャワーヘッド４１から前処理液やめっき液を噴出して半導体基板Ｗの表面の略全体に前処理液やめっき液を降り注ぐ。半導体基板Ｗの表面は、堰部材３１によって囲まれているので、注入した前処理液やめっき液は全て半導体基板Ｗの表面に保持される。供給する前処理液やめっき液の量は、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。供給する前処理液や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。
【００４６】
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前処理液や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上に溜める前処理液やめっき液の量は少ないので、裏面ヒータ１５による半導体基板Ｗの保温は容易に行え、裏面ヒータ１５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前処理液やめっき液は少量なので、感度良く温度制御が行える。
【００４７】
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前処理やめっきを行う。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、その後静止させて前処理やめっき処理を行わせる。
【００４８】
上記前処理やめっき処理が完了した後、液回収ノズル６５の先端を半導体基板Ｗの表面周縁部の堰部材３１内側近傍に下降し、前処理液や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上に残った前処理液やめっき液を遠心力で半導体基板Ｗの周縁部の堰部材３１の部分に集めることができ、効率良く、且つ高い回収率で前処理液やめっき液の回収ができる。そして保持手段１１を下降させて半導体基板Ｗを堰部材３１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５１のノズル５３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・洗浄することで前処理やめっき反応を停止させる。このときノズル５３から噴射される洗浄液を堰部材３１にも当てることで堰部材３１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６１に回収され、廃棄される。
【００４９】
図８は、他の前処理兼めっき槽の概略構成図である。図８において、図７に示す前処理兼めっき槽５４と相違する点は、保持手段１１内に裏面ヒータ１５を設ける代わりに、保持手段１１の上方にランプヒータ（加熱手段）１７を設置し、このランプヒータ１７とシャワーヘッド４１−２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１７を同心円状に設置し、ランプヒータ１７の間の隙間からシャワーヘッド４１−２の多数のノズル４３−２をリング状に開口させている。なおランプヒータ１７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。
【００５０】
このように構成しても、めっき液は各ノズル４３−２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１７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１７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。
【００５１】
なおランプヒータ１７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１７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１７と前記図７に示す裏面ヒータ１５とを併用して、半導体基板Ｗは主として裏面ヒータ１５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１７によって行うようにしても良い。また半導体基板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。
【００５２】
図１１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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
図１２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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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１１参照）を開放すると、これらのエリア間の空気の流れは、図１２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１４に示すように、集合排気ダクト５５４に集められる。
【００６２】
図１３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。
【００６３】
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。
【００６４】
なお、図１１及び図１２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。
【００６５】
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。
【００６６】
図１５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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
図１６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１６に示す基板処理装置が図１５に示す装置と異なる点は、銅めっき槽６０２、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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
図１７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。
【００７４】
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。
【００７５】
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で蓋めっき前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。
【００７６】
図１８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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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、錯化剤、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。
【００８７】
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、錯化剤、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。
【００８８】
図１９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１８に示す半導体基板処理装置と異なる点は、図１８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。
【００８９】
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。
【００９０】
図２０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１９に示す半導体基板処理装置と異なる点は、図１９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。
【００９１】
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。
【００９２】
図２１は、基板処理装置の他の平面配置構成を示す図である。図２１において、図１８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。
【００９３】
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。
【００９４】
〔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。
【００９５】
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。
【００９６】
〔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。
【００９７】
図２２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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
図２２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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
図２３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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
図２４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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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２５に、ベベル・裏面洗浄ユニット８１６の概略図を示す。図２５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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
図２６及び図２７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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、配線の表面に触媒を付与することなく、無電解めっきを行って、配線の表面に配線保護層を選択的に形成することができるので、配線中にボイドが発生することを防止して、配線本来の能力を維持することができる。しかも、工程を少なくして、更には、無電解めっきの前処理で半導体ウエハ等の基板をプリヒートするようにすることで、スループットを向上させ、しかも装置のコンパクト化を図って、クリーンルームコストを低減することができる。
【０１２５】
また、無電解めっき液の構成成分によるめっき前処理なので、めっきプロセスにおけるコンタミの心配や、ｐＨの整合等の配慮が不要となって、装置のコンパクト化が可能となり、更に、各工程を１セルで処理可能となして、これによっても、装置のコンパクト化を図って、クリーンルームコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の半導体装置を示す断面図である。
【図２】無電解めっきにより配線保護層を形成する工程を示すブロック図である。
【図３】無電解めっきにより配線保護層を形成するめっき装置の全体配置図である。
【図４】図２に示す工程によってめっき処理を施した時の基板（試料）のＳＥＭ写真である
【図５】図２に示すＣＭＰ残さ等の除去工程を行うことなく、めっき処理を施した時の基板（試料）のＳＥＭ写真である
【図６】無電解めっきにより配線保護層を形成する他の工程を示すブロック図である。
【図７】前処理兼めっき槽を示す概略構成図である。
【図８】前処理兼めっき槽の他の例を示す概略構成図である。
【図９】従来の無電解めっきによって配線保護膜を形成した時の状態を模式的に示す図である。
【図１０】無電解めっきにより配線保護層を形成する工程を示すブロック図である。
【図１１】基板処理装置を示す平面配置図である。
【図１２】図１１に示す基板処理装置内の気流の流れを示す図である。
【図１３】図１１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１４】図１０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１５】基板処理装置の他の例を示す平面配置図である。
【図１６】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１７】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１８】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図１９】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図２０】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図２１】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図２２】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図２３】基板処理装置の更に他の例を示す平面配置図である。
【図２４】図２３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２５】ベベル・裏面洗浄ユニットを示す概要図である。
【図２６】アニールユニットの一例を示す縦断正面図である。
【図２７】図２６の平断面図である。
【符号の説明】
２２，３４  絶縁膜
２４，３６  凹部
２６，３８  バリア層
２８，４０  銅配線
３０，４２  配線保護層
３２  保護層
５０  ロード・アンロード部
５２  洗浄・乾燥槽
５４  前処理兼めっき槽
５６  搬送ロボット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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