基板処理方法
【課題】深さの異なるビアホールの内部に、無電解めっきによって、コンタクト配線を連続的に形成でき、しかもコンタクト配線（めっき膜）が絶縁膜の表面にバンプ状に盛り上がることがないようする。
【解決手段】半導体基材上に積層した絶縁膜の内部に第１ビアホールと該第１ビアホールより深さの深い第２ビアホールを有する基板を用意し、第１ビアホール及び第２ビアホールの内部に、基板表面をめっき液に接触させた第１の無電解めっきによって、第１ビアホールがほぼ埋まるまでコンタクト配線を形成し、しかる後、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を速めて第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に成膜されるめっき膜の成長を抑制した第２の無電解めっきを行う。
【解決手段】半導体基材上に積層した絶縁膜の内部に第１ビアホールと該第１ビアホールより深さの深い第２ビアホールを有する基板を用意し、第１ビアホール及び第２ビアホールの内部に、基板表面をめっき液に接触させた第１の無電解めっきによって、第１ビアホールがほぼ埋まるまでコンタクト配線を形成し、しかる後、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を速めて第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に成膜されるめっき膜の成長を抑制した第２の無電解めっきを行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板処理方法に関し、特に、半導体ウエハ等の基板の表面に設けた深さが異なるビアホールの内部に、無電解めっきによるめっき膜でコンタクト配線を形成するのに使用される基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化に伴って、絶縁膜の内部に形成される配線接続用のビアホールの径と深さとの比（アスペクト比：ＡＲ（Aspect Ratio））は益々大きくなってきている。高アスペクト比のビアホールの内部にコンタクト配線を埋込む方法としては、ＣＶＤや無電解めっきが一般に知られている。
【０００３】
例えば、図１に示すように、銅等からなる下層配線（導電膜）７１０を有する半導体基材７１２上に形成した絶縁膜７１４の内部に、リソグラフィ・エッチング技術により、下層配線７１０に達するビアホール７１６を形成し、このビアホール７１６の内表面を含む絶縁膜７１４の全表面に、ＣＶＤによって、ＴｉＮ等からなるバリア層７１８を成膜する。そして、ＣＶＤによって、Ｗ等からなるコンタクト配線７２０をビアホール７１６の内部に埋込む。しかし、ＣＶＤは、コンフォーム成膜性を有するため、図１に示すように、高アスペクト比のビアホール７１６内に、ＣＶＤによってＷ等のコンタクト配線７２０を埋込むと、コンタクト配線７２０の内部にシームやボイド等の欠陥７２０ａが残りやすくなって、コンタクト配線７２０の品質不良を引き起こしてしまう。
【０００４】
これに対して、無電解めっき法は、ボトムアップ性に優れているため、高アスペクト比のビアホールの内部にシームやボイド等の欠陥のない高品質のコンタクト配線（めっき膜）を形成することができる。
【０００５】
ここで、例えば、図２（ａ）に示すように、銅等からなるビット線７２２を有する半導体基材７１２上に、絶縁層７２４を挟んで上下に配置した一対の電極７２６，７２８からなるコンデンサ７３０を内部に埋設しながら絶縁膜７１４を形成した、ＤＲＡＭのようなメモリデバイスにあっては、絶縁膜７１４の内部に、コンデンサ７３０の電極７２６に達する深さの浅い第１ビアホール７３２と、ビット線７２２に達する深さの深い第２ビアホール７３４を形成し、この両ビアホール７３２，７３４の内部にコンタクト配線を埋込む必要がある。このコンタクト配線の埋込みを無電解めっきで行う時には、深さの異なる両ビアホール７３２，７３４の内部へのコンタクト配線（めっき膜）の埋込みが同時に終了することが望まれる。
【０００６】
通常の無電解めっきでは、ビアホールの径が同じであれば、ビアホール内に成膜されるめっき膜の成膜レート（めっきレート）はほぼ同じである。このため、深いビアホール内にコンタクト配線（めっき膜）が完全に充填されるまでめっき処理を続けると、浅いビアホール内に埋込まれたコンタクト配線（めっき膜）は、絶縁膜の表面と面一になっても更に成長を続けて絶縁膜の表面にバンプ状に盛り上がる。このバンプ状に盛り上がったコンタクト配線（めっき膜）は、次のＣＭＰ工程などの平坦化処理で除去できるが、研磨等の負荷が大きくなって、処理コストの増大に繋がる。また、配線間ピッチが狭い構造では、バンプ状に盛り上がったコンタクト配線（めっき膜）が隣のビアホールの近傍まで拡がってビアホールの入口を閉じてしまうことがある。
【０００７】
このため、浅いビアホールの深さを深いビアホールと同じ深さまで延長し、延長したビアホールの底部に配線下地となるダミ電極を作成して無電解めっきを行うことで、深さの異なるビアホールの内部へのコンタクト配線（めっき膜）の埋込みを同時に行うようにしたり、深いビアホールの内部に成膜されるコンタクト配線（めっき膜）が所定の高さまで達した時に、無電解めっきを一時中断し、浅いビアホール底部に露出する金属（配線下地）に触媒処理を施した後、無電解めっきを再開したりする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】米国特許第７００５３７９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、浅いビアホールの深さを深いビアホールと同じ深さまで延長して、延長したビアホールの底部にダミ電極を作成する方法は、工程が追加されてプロセスが複雑化するばかりでなく、コンタクト配線と電極等との間に接触不良が生じやすくなる。また、深いビアホールの内部に成膜されるコンタクト配線（めっき膜）が所定の高さまで達した時に、無電解めっきを一時中断し、浅いビアホール底部に露出する金属（配線下地）に触媒処理を施した後、無電解めっきを再開する方法は、両ビアホールの底部で露出する金属（配線下地）が異なることが必須条件となり、適用範囲がかなり限定されてしまうばかりでなく、深いビアホールの内部には、３段階の処理でコンタクト配線（めっき膜）の埋込みが行われるため、均一な膜質のコンタクト配線を得ることが困難であると考えられる。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、深さの異なるビアホールの内部に、無電解めっきによって、コンタクト配線を連続的に形成でき、しかもコンタクト配線（めっき膜）が絶縁膜の表面にバンプ状に盛り上がることがないようした基板処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、半導体基材上に積層した絶縁膜の内部に第１ビアホールと該第１ビアホールより深さの深い第２ビアホールを有する基板を用意し、前記第１ビアホール及び前記第２ビアホールの内部に、基板表面をめっき液に接触させた第１の無電解めっきによって、前記第１ビアホールがほぼ埋まるまでコンタクト配線を形成し、しかる後、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を速めて前記第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に成膜されるめっき膜の成長を抑制しながら、第２の無電解めっきを行うことを特徴とする基板処理方法である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、半導体基材上に積層した絶縁膜の内部に第１ビアホールと該第１ビアホールより深さの深い第２ビアホールを有する基板を用意し、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第１相対速度で相対的に移動させて第１の無電解めっきを行い、しかる後、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第２相対速度で相対的に移動させて第２の無電解めっきを行うことを特徴とする基板処理方法である。
【００１２】
無電解めっきの電極反応は非定常現象であり、電気二重層の充電、反応中間体の蓄積、及び拡散層の形成などに一定の時間を要する。基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度をある程度以下に抑えると、基板表面の近傍に薄い濃度境界層が形成され、反応種の供給や析出が促進される。しかし、この相対速度がある限界を超えると、基板表面にめっきが開始できる電気化学的な条件が揃わず、めっき反応が急激に低下または停止する。このように、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度がある限界を超えても、コンタクト配線の埋込みが終了していないビアホールにあっては、該ビアホールの内部に滞在しためっき液とコンタクト配線表面との相対速度は小さく、濃度拡散による反応種の供給が続く限り、めっき反応は停止しない。
【００１３】
従って、深さの浅い第１ビアホールがほぼ埋まるまで第１の無電解めっきでコンタクト配線（めっき膜）を形成し、第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面が絶縁膜の表面とほぼ面一となった時点で、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を速めた第２の無電解めっきを行うことで、第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に成膜されるめっき膜の成長を極めて遅くするか、または完全に停止させることができる。一方、絶縁膜表面と面一レベルに到達していない深さの深い第２ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面ではめっき析出反応が続けられ、このコンタクト配線の表面が絶縁膜表面と面一レベルに達すると、第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線と同じようにめっき析出が抑制される。これによって、ビアホールの深さが異なっても、コンタクト配線（めっき膜）が絶縁膜の表面にバンプ状に盛り上がること防止しつつ、コンタクト配線の連続的した形成が可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、半導体基材上に積層した絶縁膜の内部に第１ビアホールと該第１ビアホールより深さの深い第２ビアホールを有する基板を用意し、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第１相対速度で相対的に移動させて第１の無電解めっきを行い、しかる後、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第２相対速度で相対的に移動させて第２の無電解めっきを行い、さらに、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第３相対速度で相対的に移動させて第３の無電解めっきを行うことを特徴とする基板処理方法である。
請求項４に記載の発明は、前記第３相対速度は前記第２相対速度より小さいことを特徴とする請求項３記載の基板処理方法である。
【００１５】
コンタクト配線の表面に成膜されるめっき膜の成膜レート（めっきレート）は、コンタクト配線の表面が基板（絶縁膜）表面に近づけば近づく程、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度の影響を受けやすくなる。基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度が高いままであると、コンタクト配線の表面が基板表面に到達する直前に成膜レートが急激に低下する。そのため、最終処理段階で基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を遅くすることで、ビアホール内にコンタクト配線（めっき膜）を確実に埋込み、コンタクト配線の表面に平坦な膜厚の余剰めっき膜を成膜することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記第１相対速度は前記第２相対速度より小さいか、または同じであることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の基板処理方法である。
成膜初期段階では、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を遅くすることで、下地金属にめっき金属が析出しやすくすることができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記第２の無電解めっきを、めっき液中に浸漬させた基板を１５０ｒｐｍ以上の回転速度で回転させて行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法である。
例えば、回転自在な基板ホルダで保持した基板をめっき液中に浸漬させ、基板を回転させながら該基板の表面に無電解めっきを行う場合、基板を１５０ｒｐｍ以上の回転速度で回転させながら第２の無電解めっきを行うことで、絶縁膜の表面とほぼ面一となる第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を著しく低下させるか、または停止させることができる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、前記第２の無電解めっきを、めっき液が基板表面に沿って２ｍ／ｓ以上の流速で流れるようにして行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法である。
例えば、固定した基板の表面に沿ってめっき液を流しながら無電解めっきを行う場合、めっき液の流速を通常（＜０．４ｍ／ｓ）の５倍以上の２ｍ／ｓ以上に上げて第２の無電解めっきを行うことで、絶縁膜の表面とほぼ面一となる第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を著しく低下させるか、または停止させることができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、前記第２の無電解めっきを、めっき液中に浸漬させた基板を、周波数１００Ｈｚ以上、振幅０．１〜１ｍｍで基板表面に沿った方向に往復振動させて行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法である。
無電解めっきは、微小領域での局部電池作用で電子の授受を行うため、基板を０．１ｍｍ以上の振幅で基板表面に沿った方向に振動させると、基板表面とめっき液の間にめっき開始の条件を作れなくなる。このため、めっき液中に浸漬させた基板を、周波数１００Ｈｚ以上、振幅０．１ｍｍ以上で基板表面に沿った方向に往復振動させながら第２の無電解めっきを行うことで、絶縁膜の表面とほぼ面一となる第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成膜レートをほぼ０にすることができる。なお、基板を１ｍｍ以上の振幅で基板表面に沿って振動させると、装置が大型化してしまうばかりでなく、構造の安定性からも好ましくない。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、前記第２の無電解めっきを、めっき液に浸漬させた基板表面の近傍に設置した攪拌体の移動速度を前記第１の無電解めっき時よりも増大させて行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法である。
基板をめっき液中に浸漬させ、基板表面の近傍に配置した攪拌体を回転させてめっき液を攪拌しながら基板表面に無電解めっきを行う場合、攪拌体を、例えば１０〜１００ｒｐｍ程度の回転速度で回転させながら第１の無電解めっきを行い、攪拌体を第１の無電めっき時より速い、例えば３００ｒｐｍの回転速度で回転させながら第２の無電解めっきを行うことで、絶縁膜の表面とほぼ面一となる第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を著しく低下させるか、または停止させることができる。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、前記攪拌体と基板表面との最短距離は０〜３ｍｍであることを特徴とする請求項９記載の基板処理方法である。
めっき液中反応種の拡散境界層は一般に数ｍｍ以下である。したがって、攪拌体と基板表面との最短距離を０〜３ｍｍにすることで、絶縁膜の表面とほぼ面一となる第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を著しく低下させるか、または停止させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、深さの浅い第１ビアホール内に第１の無電解めっきで形成されたコンタクト配線の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を極めて遅くするか、または完全に停止させながら、深さの深い第２ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面でのめっき析出反応を続けることで、ビアホールの深さが異なっても、コンタクト配線（めっき膜）が絶縁膜の表面にバンプ状に盛り上がること防止しつつ、コンタクト配線の連続的した形成が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下の例では、図２（ａ）に示すように、ビット線７２２を有する半導体基材７１２上に、絶縁層７２４を挟んで上下に配置した一対の電極７２６，７２８からなるコンデンサ７３０を内部に埋設しながら絶縁膜７１４を形成し、絶縁膜７１４の内部に、コンデンサ７３０の電極７２６に達する深さの浅い第１ビアホール７３２とビット線７２２に達する深さの深い第２ビアホール７３４を形成した基板Ｗを用意する。そして、この両ビアホール７３２，７３４の内部に、無電解めっきでコンタクト配線を埋込むようにした例を示す。
【００２４】
第１ビアホール７３２の底部に露出する配線下地としての電極７２６は、例えばＷＮ膜で、第２ビアホール７３４の底部に露出する配線下地としてのビット線７２２は、例えば銅膜である。そして、無電解めっきで成膜されるコンタクト配線材料は、例えばＮｉＰである。第１ビアホール７３２の深さは、例えば１μｍで、第２ビアホール７３４の深さは、例えば３μｍである。ビアホール７３２，７３４の直径は、共に約０．１μｍである。なお、この例では、第１ビアホール７３２の配線下地をＷＮとしているが、ＴｉＮやＷＳｉなどの金属、またはＳｉのような導電体であってもよい。コンタクト配線材質としては、ＮｉＰ以外に、ＮｉＷＢ，ＮｉＷＰ，ＮｉＢ，ＣｏＷＢ，ＣｏＷＰ，ＣｏＢ，ＣｏＰ，ＣｏＢＰＷ，またはＣｏＢＰ等が挙げられる。
【００２５】
図３は、本発明の基板処理方法に使用される無電解めっき装置の平面配置図を示す。図３に示すように、この無電解めっき装置には、図２（ａ）に示す、表面の絶縁膜７１４に異なる深さのビアホール７３２，７３４を有する半導体ウエハ等の基板Ｗを収容した基板カセットを載置収容するロード・アンロードユニット１１が備えられている。そして、排気系統を備えた矩形状の装置フレーム１２の内部に、基板の表面を前洗浄する前洗浄ユニット１４、前洗浄後の基板の表面に触媒付与液を接触させて、ビアホールの底部に露出する金属下地（電極７２６及びビット線７２２）表面に、例えばＰｄ等の触媒を付与する触媒付与ユニット１５が配置されている。
【００２６】
ここでの前洗浄液は、例えばクエン酸とリン酸を含む酸性混合液であり、使用温度は２０〜６０℃である。洗浄の方式は、処理槽に洗浄液を循環させる浸漬式である。また、前洗浄ユニット１４は、２種類の薬液処理に対応出来、その場合、第１ステップの処理は、アルカリ性の薬液のスプレー方式を採用し、第２ステップの処理は、前述の混合酸性薬液の浸漬式を採用する。Ｐｄの触媒付与液は、ＰｄＣｌ２をＨＣｌ水溶液に溶かしたもので、室温で浸漬方式、またはスプレー方式で触媒付与処理を行う。
【００２７】
装置フレーム１２の内部には、基板の表面に無電解めっきを行う２基の無電解めっきユニット１６、その後の基板を乾燥させる２基の乾燥ユニット２０、及び仮置台２２が配置されている。更に、装置フレーム１２の内部には、ロード・アンロードユニット１１に搭載された基板カセットと仮置台２２との間で基板の受渡し行う第１基板搬送ロボット２４と、仮置台２２と各ユニット１４，１５，１６，２０との間で基板の受渡しを行う第２基板搬送ロボット２６が、それぞれ走行自在に配置されている。
【００２８】
次に、図３に示す無電解めっき装置に備えられている各ユニットの詳細を以下に説明する。前洗浄ユニット１４は、触媒付与処理に先立って、基板Ｗの表面に残った金属酸化物及び／または金属錯体等を除去するようにしたユニットである。このユニットは、二重槽構造となっており、内槽に保持する洗浄液を加熱する手段を備え、基板を洗浄液に浸漬させて処理を行う。薬液洗浄後のリンス洗浄は、基板を引上げた位置で内槽のカバーを閉じ、カバーの上面に設置されたスプレーノズルからの超純水を供給して行う。前洗浄に２ステップが必要となる場合には、カバー上に設置されたスプレーノズルを２系統に分離し、１つの系統から超純水を、もう１つの系統から第２洗浄液を供給する。
【００２９】
前処理ユニット１４は、図４乃至図６に詳細に示すように、フレーム５０の上部に取付けた固定枠５２と、この固定枠５２に対して相対的に上下動する移動枠５４を備えており、図７に示すように、この移動枠５４に、下方に開口した有底円筒状のハウジング部５６と基板ホルダ５８とを有する処理ヘッド６０が懸架支持されている。つまり、移動枠５４には、ヘッド回転用サーボモータ６２が取付けられ、このサーボモータ６２の下方に延びる出力軸（中空軸）６４の下端に処理ヘッド６０のハウジング部５６が連結されている。
【００３０】
この出力軸６４の内部には、図７に示すように、スプライン６６を介して該出力軸６４と一体に回転する鉛直軸６８が挿着され、この鉛直軸６８の下端に、ボールジョイント７０を介して処理ヘッド６０の基板ホルダ５８が連結されている。基板ホルダ５８は、ハウジング部５６の内部に位置している。また鉛直軸６８の上端は、軸受７２及びブラケットを介して、移動枠５４に固定した固定リング昇降用シリンダ７４に連結されている。これにより、この昇降用シリンダ７４の作動に伴って、鉛直軸６８が出力軸６４とは独立に上下動する。
【００３１】
図４乃至図６に示すように、固定枠５２には、上下方向に延びて移動枠５４の昇降の案内となるリニアガイド７６が取付けられ、ヘッド昇降用シリンダ（図示せず）の作動に伴って、移動枠５４がリニアガイド７６を案内として昇降する。これにより、基板を保持した処理ヘッド６０を下降させ、内槽１００ｂに保持された洗浄液に基板を浸漬させて所定時間処理する。
【００３２】
しかる後、処理ヘッド６０を上昇させ、処理槽１００の内槽１００ｂの上端開口部を蓋体１０２で閉塞した状態で、処理ヘッド６０で保持した基板Ｗに向けて、蓋体１０２の上面に配置したノズル板１１２の噴射ノズル１１２ａから第２処理液を噴射することで、基板Ｗの下面（処理面）の全面に亘って第２処理液を均一に噴射する。この第２処理液は、外槽１００ａと内槽１００ｂの間を通って、排水管（図に示せず）を介して排出されるので、内槽１００ｂの内部に流入することが防止されて、第１処理液に混ざることが防止される。
【００３３】
この前処理ユニット１４によれば、図４に示すように、処理ヘッド６０を上昇させた状態で、この内部に基板Ｗを挿入して保持し、しかる後、図５に示すように、処理ヘッド６０を下降させて処理槽１００の内槽１００ｂの上端開口部を覆う位置に位置させる。そして、処理ヘッド６０を回転させて、処理ヘッド６０で保持した基板Ｗを回転させながら処理液に浸漬させる。そして、処理ヘッド６０を上昇させて所定位置で停止させ、図６に示すように、待避位置にあった蓋体１０２を処理槽１００の内槽１００ｂの上端開口部を覆う位置まで移動させる。そして、この状態で、処理ヘッド６０で保持して回転させた基板Ｗに向けて、蓋体１０２の上面に配置したノズル板１１２の噴射ノズル１１２ａから第２処理液を噴射する。これにより、基板Ｗの第１処理液と第２処理液による処理を、２つの液体が混ざらないようにしながら行うことができる。
【００３４】
触媒付与ユニット１５の構造は前洗浄ユニット１４と基本的に同じである。異なる点は、常温の触媒付与液を使う場合、内槽に加熱手段を省くことができる点である。また、触媒付与処理によって金属下地の表面が損傷するのを軽減するために、触媒付与液にＮ２のような不活性ガスを導入する手段を設けている。
【００３５】
無電解めっきユニット１６を図８乃至図１３に示す。この無電解めっきユニット１６は、めっき槽２００（図１２及び図１４参照）と、このめっき槽２００の上方に配置されて基板Ｗを着脱自在に保持する基板ヘッド２０４（図８参照）を有している。
【００３６】
基板ヘッド２０４は、図８に詳細に示すように、ハウジング部２３０とヘッド部２３２とを有し、ヘッド部２３２は、吸着ヘッド２３４と該吸着ヘッド２３４の周囲を囲繞する基板受け２３６から主に構成されている。そして、ハウジング部２３０の内部には、基板回転用モータ２３８と基板受け駆動用シリンダ２４０が収納され、この基板回転用モータ２３８の出力軸（中空軸）２４２の上端はロータリジョイント２４４に、下端はヘッド部２３２の吸着ヘッド２３４にそれぞれ連結され、基板受け駆動用シリンダ２４０のロッドは、ヘッド部２３２の基板受け２３６に連結されている。ハウジング部２３０の内部には、基板受け２３６の上昇を機械的に規制するストッパ２４６が設けられている。
【００３７】
ここで、吸着ヘッド２３４と基板受け２３６との間には、スプライン構造が採用され、基板受け駆動用シリンダ２４０の作動に伴って基板受け２３６は吸着ヘッド２３４と相対的に上下動するが、基板回転用モータ２３８の駆動によって出力軸２４２が回転すると、この出力軸２４２の回転に伴って、吸着ヘッド２３４と基板受け２３６が一体に回転するように構成されている。
【００３８】
吸着ヘッド２３４の下面周縁部には、図９乃至図１１に詳細に示すように、下面をシール面として基板Ｗを吸着保持する吸着リング２５０が押えリング２５１を介して取付けられ、この吸着リング２５０の下面に円周方向に連続させて設けた凹状部２５０ａと吸着ヘッド２３４内を延びる真空ライン２５２とが吸着リング２５０に設けた連通孔２５０ｂを介して互いに連通するようになっている。これにより、凹状部２５０ａ内を真空引きすることで、基板Ｗを吸着保持するのであり、このように、小さな幅（径方向）で円周状に真空引きして基板Ｗを保持することで、真空による基板Ｗへの影響（たわみ等）を最小限に抑え、しかも吸着リング２５０をめっき液中に浸すことで、基板Ｗの表面（下面）のみならず、エッジについても、全てめっき液に浸すことが可能となる。基板Ｗのリリースは、真空ライン２５２にＮ２を供給して行う。
【００３９】
一方、基板受け２３６は、下方に開口した有底円筒状に形成され、その周壁には、基板Ｗを内部に挿入する基板挿入窓２３６ａが設けられ、下端には、内方に突出する円板状の爪部２５４が設けられている。更に、この爪部２５４の上部には、基板Ｗの案内となるテーパ面２５６ａを内周面に有する突起片２５６が備えられている。
【００４０】
これにより、図９に示すように、基板受け２３６を下降させた状態で、基板Ｗを基板挿入窓２３６ａから基板受け２３６の内部に挿入する。すると、この基板Ｗは、突起片２５６のテーパ面２５６ａに案内され、位置決めされて爪部２５４の上面の所定位置に載置保持される。この状態で、基板受け２３６を上昇させ、図１０に示すように、この基板受け２３６の爪部２５４上に載置保持した基板Ｗの上面を吸着ヘッド２３４の吸着リング２５０に当接させる。次に、真空ライン２５２を通して吸着リング２５０の凹状部２５０ａを真空引きすることで、基板Ｗの上面の周縁部を該吸着リング２５０の下面にシールしながら基板Ｗを吸着保持する。そして、無電解めっき処理を行う際には、図１１に示すように、基板受け２３６を数ｍｍ下降させ、基板Ｗを爪部２５４から離して、吸着リング２５０のみで吸着保持した状態となす。これにより、基板Ｗの表面（下面）の周縁部が、爪部２５４の存在によってめっきされなくなることを防止することができる。
【００４１】
図１２は、めっき槽２００の詳細を示す。このめっき槽２００は、底部において、めっき液供給管３０８（図１３参照）に接続され、周壁部にめっき液回収溝２６０が設けられている。めっき槽２００の内部には、ここを上方に向かって流れるめっき液の流れを安定させる２枚の整流板２６２，２６４が配置され、更に底部には、めっき槽２００の内部に導入されるめっき液の液温を測定する温度測定器２６６が設置されている。また、めっき槽２００の周壁外周面のめっき槽２００で保持しためっき液の液面よりやや上方に位置して、直径方向のやや斜め上方に向けてめっき槽２００の内部に、ｐＨが６〜７．５の中性液からなる停止液、例えば純水を噴射する噴射ノズル２６８が設置されている。これにより、無電解めっき終了後、ヘッド部２３２で保持した基板Ｗをめっき液の液面よりやや上方まで引上げて一旦停止させ、この状態で、基板Ｗに向けて噴射ノズル２６８から純水（停止液）を噴射して基板Ｗを直ちに冷却し、これによって、基板Ｗに残っためっき液によって無電解めっきが進行してしまうことを防止することができる。
【００４２】
更に、めっき槽２００の上端開口部には、アイドリング時等のめっき処理の行われていない時に、めっき槽２００の上端開口部を閉じて該めっき槽２００内のめっき液の無駄な蒸発と放熱を防止するめっき槽カバー２７０が開閉自在に設置されている。
【００４３】
このめっき槽２００は、図１４に示すように、底部において、めっき液貯槽３０２から延び、途中にめっき液供給ポンプ３０４、フィルタ３０５及び三方弁３０６を介装しためっき液供給管３０８に接続されている。更に、めっき槽２００のめっき液回収溝２６０は、めっき液貯槽３０２から延びるめっき液回収管に接続されている。これにより、無電解めっき処理中にあっては、めっき槽２００の内部に、この底部からめっき液を供給し、めっき槽２００を溢れるめっき液をめっき液回収溝２６０からめっき液貯槽３０２へ回収することで、めっき液が循環できるようになっている。また、三方弁３０６の一つの出口ポートには、めっき液貯槽３０２に戻るめっき液戻り管３１２が接続されている。これにより、めっき待機時にあっても、めっき液を循環させることができる。
【００４４】
特に、この例では、めっき液供給ポンプ３０４を制御することで、めっき待機時及び無電解めっき処理時に循環するめっき液の流量を個別に設定できるようになっている。すなわち、めっき待機時のめっき液の循環流量は、例えば２〜２０Ｌ／ｍｉｎで、無電解めっき処理時のめっき液の循環流量は、例えば０〜１０Ｌ／ｍｉｎに設定される。これにより、めっき待機時にめっき液の大きな循環流量を確保して、セル内のめっき浴の液温を一定に維持し、無電解めっき処理時には、めっき液の循環流量を小さくして、より均一な膜厚の保護膜（めっき膜）を成膜することができる。
【００４５】
めっき槽２００の底部付近には、めっき槽２００の内部に導入されるめっき液の液温を測定して、この測定結果を元に、下記のヒータ３１６及び流量計３１８を制御する温度測定器２６６が設けられている。
【００４６】
この例では、別置きのヒータ３１６を使用して昇温させ、流量計３１８を通過させた水を熱媒体に使用し、熱交換器３２０をめっき液貯槽３０２内のめっき液中に設置して該めっき液を間接的に加熱する加熱装置３２２と、めっき液貯槽３０２内のめっき液を循環させて攪拌する攪拌ポンプ３２４が備えられている。これは、無電解めっきにあっては、めっき液を高温（約８０℃程度）にして使用することがあり、これと対応するためであり、この方法によれば、インライン・ヒーティング方式に比べ、非常にデリケートなめっき液に不要物等が混入するのを防止することができる。
【００４７】
この例によれば、めっき液は、基板Ｗと接触して無電解めっきを行うときに、基板Ｗの温度が７０〜９０℃となるように液温が設定され、液温のばらつき範囲が±２℃以内となるように制御される。
【００４８】
無電解めっきユニット１６には、めっき液貯槽３０２内のめっき液を抽出するめっき液抽出部３３０と、この抽出された無電解めっきユニット１６が保有するめっき液の組成を、例えば吸光光度法、滴定法、電気化学的測定などで分析するめっき液組成分析部３３２が備えられている。このめっき液組成分析部３３２は、例えばニッケルイオン濃度をめっき液の吸光度分析、イオンクロマトグラフ分析、キャピラリー電気泳動分析またはキレート滴定分析により測定する。
【００４９】
めっき液の液温は、高くなるほどめっき速度が速くなり、低すぎるとめっき反応が起こらないことから、一般的には６０〜９５℃で、６５〜８５℃であることが好ましく、７０〜７５℃であることがより好ましい。基本的には、無電解めっきを実際に行っているか否かに関わらず、一度温度を上げたら下げないことが望ましく、５５℃以上にしておくことが望まれる。
【００５０】
図１３は、めっき槽２００の側方に付設されている洗浄槽２０２の詳細を示す。この洗浄槽２０２の底部には、純水等のリンス液を上方に向けて噴射する複数の噴射ノズル２８０がノズル板２８２に取付けられて配置され、このノズル板２８２は、ノズル上下軸２８４の上端に連結されている。更に、このノズル上下軸２８４は、ノズル位置調整用ねじ２８７と該ねじ２８７と螺合するナット２８８との螺合位置を変えることで上下動し、これによって、噴射ノズル２８０と該噴射ノズル２８０の上方に配置される基板Ｗとの距離を最適に調整できるようになっている。
【００５１】
更に、洗浄槽２０２の周壁外周面の噴射ノズル２８０より上方に位置して、直径方向のやや斜め下方に向けて洗浄槽２０２の内部に純水等の洗浄液を噴射して、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２の、少なくともめっき液に接液する部分に洗浄液を吹き付けるヘッド洗浄ノズル２８６が設置されている。
【００５２】
この洗浄槽２０２にあっては、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２で保持した基板Ｗを洗浄槽２０２内の所定の位置に配置し、噴射ノズル２８０から純水等の洗浄液（リンス液）を噴射して基板Ｗを洗浄（リンス）するのであり、この時、ヘッド洗浄ノズル２８６から純水等の洗浄液を同時に噴射して、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２の、少なくともめっき液に接液する部分を該洗浄液で洗浄することで、めっき液に浸された部分に析出物が蓄積してしまうことを防止することができる。
無電解めっきユニットは、図４乃至図６に示す前処理ユニットと同様な構造で、めっき処理を内槽で行い、リンス洗浄を外槽でスプレーノズルにより行うようにしている。
【００５３】
次に、無電解めっきユニット１６を使用した無電解めっきによって、図２（ａ）に示す第１ビアホール７３２及び第２ビアホール７３４の内部に、ＮｉＰ合金からなるコンタクト配線を連続的に形成する方法について説明する。この例の場合、第１ビアホール７３２の底部に露出したＷＮからなる電極７２３及び第２ビアホール７３４の底部に露出した銅からなるビット線７２２が配線下地となって、この表面がめっき膜成長の起点となる。
【００５４】
無電解めっき処理に使用するめっき液（ＮｉＰ合金無電解めっき液）の組成例を以下に示す。
硫酸ニッケル６水和物： ３５ｇ／Ｌ
クエン酸アンモニウム： ２０ｇ／Ｌ
８８％乳酸： ５０ｍｌ／Ｌ
次亜リン酸ナトリウム： ３０ｇ／Ｌ
プロピオン酸： ２ｇ／Ｌ
安定剤： 適量
ｐＨ調整剤： 適量
ｐＨ：６．９
温度：８０℃
めっきレート：約５００nm/min
【００５５】
先ず、基板ヘッド２０４を上昇させた位置で、第１ビアホール７３２の底部に露出した電極７２３及び第２ビアホール７３４の底部に露出したビット線７２２の表面にＰｄ触媒を付与した基板Ｗを、前述のようにして、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２で吸着保持する。この時、めっき槽２００のめっき液を循環させておく。
【００５６】
そして、めっき槽２００のめっき槽カバー２７０を開き、基板ヘッド２０４を回転させながら下降させ、ヘッド部２３２で保持した基板Ｗを回転させながらめっき槽２００内のめっき液に浸漬させて第１の無電解めっき処理を行う。この第１無電解めっき時に、基板Ｗを通常の無電解めっき時と同じ１〜５０ｒｐｍの回転速度、例えば１５ｒｐｍの回転速度で回転させる。これにより、図２（ｂ）に示すように、第１ビアホール７３２の底部に露出した電極７２３及び第２ビアホール７３４の底部に露出したビット線７２２を起点として、これらの表面にＮｉＰ合金めっき膜を成長させ、このめっき膜で第１ビアホール７３２内に埋込まれる第１コンタクト配線７３６及び第２ビアホール７３４内に埋込まれる第２コンタクト配線７３８を形成する。
【００５７】
そして、深さの浅い第１ビアホール７３２の内部が第１コンタクト配線（めっき膜）７３６でほぼ埋まって、第１コンタクト配線７３６の表面が絶縁膜７１４の表面とほぼ面一となった時点、つまり、この例では、第１ビアホール７３２の深さが１μｍで、めっきレートが５００nm/minであるので、基板Ｗを、例えば１５ｒｐｍの回転速度で回転させながら、第１の無電解めっきを約２分間行った時点で、基板Ｗの回転速度を、１５ｒｐｍから１５０ｒｐｍ以上、例えば３００ｒｐｍに上げて、第２の無電解めっき処理を行う。この第２の無電解めっきでは、図２（ｃ）に示すように、第１ビアホール７３２内に形成された第１コンタクト配線７３６の表面にめっき膜が成膜されるのを抑制しつつ、第２ビアホール７３４内に形成された第２コンタクト配線７３８の表面にめっき膜を成膜して、第２コンタクト配線７３８の高さを高くする。
【００５８】
つまり、このように、基板Ｗの回転速度を１５０ｒｐｍ以上、例えば３００ｒｐｍに上げ、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を上げると、基板表面にめっきが開始できる電気化学的な条件が揃わず、めっき反応が急激に低下または停止する。つまり、第１コンタクト配線７３６の表面にあっては、絶縁膜７１４の表面とほぼ面一となっているので、第１コンタクト配線７３６の表面に沿って流れるめっき液の流速が速くなって、第１コンタクト配線７３６の表面にめっき膜が成膜されることが抑制される。
【００５９】
一方、深さが深く、第２コンタクト配線７３８の埋込みが完了していない第２ビアホール７３４の内部にあっては、第２ビアホル７３４内に滞在しためっき液と第２コンタクト配線７３８との相対速度は小さく、濃度拡散による反応種の供給が続く限り、めっき反応は停止しない。このため、第２コンタクト配線７３８の表面にめっき膜が成膜される。
【００６０】
そして、深さの深い第２ビアホール７３４の内部が第２コンタクト配線（めっき膜）７３８でほぼ埋まって、第２コンタクト配線７３８の表面が絶縁膜７１４の表面とほぼ面一となった時点、つまり、この例では、第２ビアホール７３４の深さが３μｍで、めっきレートが５００nm/minであるので、基板Ｗを、例えば３００ｒｐｍの回転速度で回転させながら、第２の無電解めっきを約４分間行った時点で、基板Ｗの回転速度を、３００ｒｐｍから、通常の無電解めっき時と同じ１〜５０ｒｐｍ、例えば１５ｒｐｍに下げて、第３の無電解めっき処理を、例えば１２秒間行う。
【００６１】
この第３の無電解めっきでは、図２（ｄ）に示すように、第２ビアホール７３４内に第２コンタクト配線（めっき膜）７３８を確実に埋込み、更にコンタクト配線７３６，７３８の表面に平坦な膜厚の余剰めっき膜７４０を成膜する。つまり、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度が高いままであると、コンタクト配線の表面が基板表面に到達する直前に成膜レートが急激に低下するが、基板の回転速度を落として、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を落とした第３の無電解めっきを行うことで、第２ビアホール７３４内に第２コンタクト配線（めっき膜）７３８を確実に埋込み、更にコンタクト配線７３６，７３８の表面に平坦な膜厚の余剰めっき膜７４０を成膜することができる。
【００６２】
無電解めっきを終了した後、基板ヘッド２０４を上昇させて、基板Ｗをめっき槽２００内のめっき液から引上げ、必要に応じて、前述のように、基板Ｗに向けて噴射ノズル２６８から純水（停止液）を噴射して基板Ｗを直ちに冷却し、更に基板ヘッド２０４を上昇させ、基板Ｗをめっき槽２００の上方位置まで引上げて、基板ヘッド２０４の回転を停止させる。
【００６３】
次に、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２で基板Ｗを吸着保持したまま、基板ヘッド２０４を洗浄槽２０２の直上方位置に移動させる。そして、基板ヘッド２０４を回転させながら洗浄槽２０２内の所定の位置まで下降させ、噴射ノズル２８０から純水等の洗浄液（リンス液）を噴射して基板Ｗを洗浄（リンス）し、同時に、ヘッド洗浄ノズル２８６から純水等の洗浄液を噴射して、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２の、少なくともめっき液に接液する部分を該洗浄液で洗浄する。
【００６４】
この基板Ｗの洗浄が終了した後、基板ヘッド２０４の回転を停止させ、基板ヘッド２０４を上昇させて基板Ｗを洗浄槽２０２の上方位置まで引上げ、更に基板ヘッド２０４を第２基板搬送ロボット２６との受渡し位置まで移動させ、この第２基板搬送ロボット２６に基板Ｗを受渡して次工程に搬送する。
【００６５】
この例によれば、深さの浅い第１ビアホール７３２内に第１の無電解めっきで形成された第１コンタクト配線７３６の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を極めて遅くするか、または完全に停止させながら、深さの深い第２ビアホール７３４内に形成された第２コンタクト配線７３８の表面でのめっき析出反応を続けることで、第１コンタクト配線（めっき膜）７３６が絶縁膜７１４の表面にバンプ状に盛り上がること防止しつつ、コンタクト配線７３６，７３８の連続的した形成が可能となる。
【００６６】
図１５は、無電解めっき装置の他の例を示す。この無電解めっき装置は、表面Ｓにビアホール７３２，７３４（図２（ａ）参照）を形成した半導体ウエハ等の基板Ｗを下向き（フェイスダウン）にして吸着保持する基板保持部４１０を有している。この基板保持部４１０は、円板状の保持体４１２と、この保持体４１２の下面の外周部に取付けたリング状の真空シール材４１４とを備えている。この真空シール材４１４は、例えばゴム等の弾性体から構成され、Ｕ字状の凹部を有する形状に形成されている。更に、保持体４１２は、回転モータから延びる回転軸の下端に連結されている。真空シール材４１４の凹部は、保持体４１２の内部を延びる真空経路４２０に連通し、この真空経路４２０は、図示しない真空源に接続されている。
【００６７】
これによって、真空シール材４１４の凹部と基板Ｗの表面で区画させた空間を真空引きすることで、基板Ｗをその外周部を真空シール材４１４でシールした状態で吸着保持し、更に、このように基板Ｗを保持した状態で、回転モータを駆動することで、基板Ｗを保持体４１２と一体に回転させることができる。
【００６８】
更に、保持体４１２の内部を延び、保持体４１２の真空シール材４１４で囲まれた下面で開口する不活性ガス導入路４２２が備えられている。これにより、基板Ｗをその外周部を真空シール材４１４でシールした状態で吸着保持した時に、この真空シール材４１４で囲まれた領域に、Ｎ２ガス等の不活性ガスを導入することで、この真空シール材４１４で囲まれた領域に浸入しようとするめっき液をこの不活性ガスで強制的に外方に押し戻し、これによって、めっき液の真空シール材４１４で囲まれた領域内への浸入をより確実に確実に防止できるようになっている。
【００６９】
基板保持部４１０の周囲を包囲するように、ハウジング４３０が配置され、このハウジング４３０の下端に、内方に突出して基板Ｗの周縁部を下から支えるリング状の支持部４３２が設けられている。更に、ハウジング４３０の周壁には、基板Ｗの出し入れを行う開口が設けられている。ハウジング４３０は、シリンダ（図示せず）の作動に伴って基板保持部４１０と相対的に上下動し、また支持部４３２と真空シール材４１４で基板の周縁部を挟持して保持した状態で、基板保持部４１０と一体に回転する。
【００７０】
ハウジング４３０の下方に位置して、めっき液４４２を保持するめっき槽４４４が配置されている。このめっき槽４４４は、めっき液４４２との摩擦を低減するため、例えばテフロン（登録商標）製で、内部には、底部中央から上方に延びるめっき液供給路４４６に連通してめっき液４４２を保持するめっき室４４８が形成されている。このめっき室４４８は、周囲を溢流堰４５０で囲われ、この溢流堰４５０の外側に、めっき液排出路４５２が形成されている。これにより、めっき液４４２は、めっき液供給路４４６から上向きでめっき室４４８内に導入され、溢流堰４５０をオーバーフローしてめっき液排出路４５２から外部に排出される。
【００７１】
この例の無電解めっき装置にあっては、ハウジング４３０を基板保持部４１０に対して相対的に下降させた状態で、基板Ｗをハウジング４３０の内部に入れ、支持部４３２の上に載置保持する。この状態で、ハウジング４３０を上昇させ、基板保持部４１０の真空シール材４１４の下端に基板Ｗを圧接させる。そして、真空シール材４１４の凹部と基板Ｗの表面で区画された空間を真空引きすることで、基板Ｗをその外周部を真空シール材４１４でシールした状態で吸着保持し、更に、この真空シール材４１４で囲まれた領域に、Ｎ２ガス等の不活性ガスを導入する。この状態で、基板保持部４１０に内蔵した加熱部で基板Ｗをその全域に亘ってめっき室４４８内に導入されるめっき液４４２の温度と同じ一定の温度に加熱する。一方、めっき液供給路４４６から一定の温度に加熱しためっき液４４２をめっき室４４８内に導入し、溢流堰４５０からオーバーフローさせておく。
【００７２】
この状態で、基板Ｗを、例えば０〜１００ｒｐｍ、好ましくは０〜５０ｒｐｍ、更に好ましくは０〜２０ｒｐｍ程度の回転速度で回転させつつ下降させて、基板Ｗをめっき室４４８内のめっき液４４２内に浸漬させ、更にハウジング４３０のみを下降させて、支持部４３２を基板Ｗの裏面から離し、基板Ｗを基板保持部４１０のみで吸着保持する。
【００７３】
これによって、前述の同様に、基板Ｗを、好ましくは０〜２０ｒｐｍ程度の回転速度で回転させながら第１の無電解めっきを行い、次に、基板を１５０ｒｐｍ以上、例えば３００ｒｐｍの回転速度で回転させながら第２の無電解めっきを行い、更に基板を好ましくは０〜２０ｒｐｍ程度の回転速度で回転させながら第３の無電解めっきを行う。
【００７４】
図１５に示す無電解めっき装置を用い、前述のめっき液（ＮｉＰ合金無電解めっき液）を使用して、基板の回転速度と成膜されるめっき膜の膜厚との関係を調べた。つまり、試料（基板）として３００ｍｍの銅ブランケットウエハを用い、めっき液の循環流量を５Ｌ／ｍｉｎの一定に設定した条件の下で、試料を０ｒｐｍ、１０ｒｐｍ、５０ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、１５０ｒｐｍ、及び３００ｒｐｍの回転速度で回転させながら、１４０ｓｅｃの無電解めっきを行って、試料の銅表面にＮｉＰ合金めっき膜を成膜した。めっき前処理、及びめっき後処理は全て同じ条件で行った。そして、光学式の膜厚測定器を用い、各試料表面の４９点でＮｉＰ合金めっき膜の膜厚を測定し、その平均値を膜厚値とした。めっき膜厚と試料の回転速度の関係を図１６に示す。
【００７５】
図１６から、試料を０〜１００ｒｐｍの回転速度で回転させながら無電解めっきを行うと、試料の回転速度の上昇とともに、成膜されるめっき膜の膜厚が厚くなってめっきレートは上昇し、試料の回転速度が１５０ｒｐｍを超える条件では、成膜されるめっき膜の膜厚が急激に薄くなってめっきレートが激減して、試料の回転速度を３００ｒｐｍにすると、成膜が停止することが判る。このことから、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度がある閾値を超えるとめっき析出が停止することが判る。
【００７６】
なお、上記の例では、基板の回転速度を、例えば１５ｒｐｍから３００ｒｐｍに上げることで、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を速めるようにしているが、めっき液中に浸漬させた基板を、周波数１００Ｈｚ以上、振幅０．１〜１ｍｍで基板表面に沿った方向に往復振動させることによって、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を速めるようにしてもよい。
【００７７】
無電解めっきは、微小領域での局部電池作用で電子の授受を行うため、基板を０．１ｍｍ以上の振幅で基板表面に沿った方向に振動させると、基板表面とめっき液の間にめっき開始の条件を作れなくなる。このため、めっき液中に浸漬させた基板を、周波数１００Ｈｚ以上、振幅０．１ｍｍ以上で基板表面に沿った方向に往復振動させながら第２の無電解めっきを行うことで、第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成膜レートをほぼ０にすることができる。なお、基板を１ｍｍ以上の振幅で基板表面に沿って振動させると、装置が大型化してしまうばかりでなく、構造の安定性からも好ましくない。
【００７８】
図１７及び図１８は、無電解めっき装置の更に他の例を示す。このめっき装置は、基板Ｗを載置保持する円形の基板保持面５１０ａとその周囲のめっき液流通面５１０ｂとを有する基台５１０と、この基台５１０の上面を水密的に覆い、該基台５１０との間で水平方向に拡がるほぼ矩形のめっき室５１２を形成する天板（キャップ）５１４とから構成されるめっき容器５１５を備えている。この天板５１４は、基台５１０に対して、例えば、蝶番等によってめっき室５１２を開閉可能なように設けられ、基板Ｗの出し入れやメンテナンスの便宜を図っている。
【００７９】
キャップ５１４には、中央下面に矩形の凹部５１４ａが設けられ、この凹部５１４ａと基板保持面５１０ａの間にめっき室５１２が形成される。キャップ５１４には、めっき容器５１５の長手方向（図１７及び図１８において左右方向）の両端部にめっき液貯液部５１６ａ，５１６ｂが設けられ、めっき液貯液部５１６ａ，５１６ｂはめっき室５１２と隔壁５１８ａ，５１８ｂによって区画されている。そして、これら隔壁５１８ａ，５１８ｂには、めっき液貯液部５１６ａ，５１６ｂとめっき室５１２とを連通する多数の流通孔５２０ａ，５２０ｂが所定のピッチＰ１で設けられている。
【００８０】
めっき容器５１５の外部には、めっき室５１２にめっき液を供給するめっき液供給手段５２２が備えられている。このめっき液供給手段５２２は、第１のめっき液循環ライン５２４ａと第２のめっき液循環ライン５２４ｂとを有し、これらの両ライン５２４ａ，５２４ｂは、互いに合流して循環ポンプ５２６の吸込側と吐出側、及び各めっき液貯液部５１６ａ，５１６ｂにそれぞれ接続されている。そして、第１のめっき液循環ライン５２４ａには、ポンプ５２６を挟んで開閉弁５２８ａ，５２８ｂが、第２のめっき液循環ライン５２４ｂにも、ポンプ５２６を挟んで開閉弁５２８ｃ，５２８ｄがそれぞれ設置されている。
【００８１】
これにより、第１のめっき液循環ライン５２４ａの各開閉弁５２８ａ，５２８ｂを開き、第２のめっき液循環ライン５２４ｂの各開閉弁５２８ｃ，５２８ｄを閉じることで、めっき液が第１のめっき液循環ライン５２４ａ内を実線の矢印に沿って流れる。逆に、第１のめっき液循環ライン５２４ａの各開閉弁５２８ａ，５２８ｂを閉じ、第２のめっき液循環ライン５２４ｂの各開閉弁５２８ｃ，５２８ｄを開くと、めっき液が第２のめっき液循環ライン５２４ｂ内を破線の矢印に沿って流れる。
【００８２】
めっき室５１２内には、正方形状の整流板５３０が配置されている。この整流板５３０の下面には、めっき容器５１５の長手方向に直線状に延びる複数の仕切壁５３２が所定のピッチで平行に垂設されている。一方、整流板５３０の上面中央には、上方に突出する軸体５３４が設けられている。この軸体５３４は、キャップ５１４の中央に長手方向に直交する方向に長く延びて設けられた長穴５３６に挿入され、軸体５３４と長穴５３６の間はベローズ５３８のような柔軟性部材で覆われている。
【００８３】
軸体５３４は、長穴５３６よりキャップ５１４の上面に突出し、これには、軸体５３４を長穴５３６に沿って往復動させる駆動手段が連結されている。従って、整流板５３０は軸体５３４を介して仕切壁５３２と直交する方向、すなわち、隔壁５１８ａ，５１８ｂと平行な方向に揺動する。
【００８４】
この無電解めっき装置においては、基板Ｗを基台５１０の基板保持面５１０ａ上に載置し、キャップ５１４を閉じた後、例えば第１のめっき液循環ライン５２４ａを開き、第２のめっき液循環ライン５２４ｂを閉じた状態で、ポンプ５２６を作動させる。すると、めっき液は、一方のめっき液貯液部５１６ａから隔壁５１８ａの流通孔５２０ａよりめっき室５１２内に流入し、基板Ｗの上面に全面に亘る均一な平行流を形成して基板Ｗのめっきを行った後、他方の隔壁５１８ｂの流通孔５２０ｂからめっき液貯液部５１６ｂに排出され、これによって、無電解めっきが行われる。この時、必要に応じて、整流板５３０を仕切壁５３２と直交する方向に揺動させる。
【００８５】
次に、この無電解めっき装置を使用した無電解めっきによって、図２（ａ）に示す第１ビアホール７３２及び第２ビアホール７３４の内部に、前述の同様な組成のめっき液（ＮｉＰ合金無電解めっき液）を使用して、ＮｉＰ合金からなるコンタクト配線を連続的に形成する方法について説明する。この場合、第１ビアホール７３２の底部に露出したＷＮからなる電極７２３及び第２ビアホール７３４の底部に露出した銅からなるビット線７２２が配線下地となって、この表面がめっき膜成長の起点となることは前述と同様である。
【００８６】
先ず、ポンプ５２６を介して、めっき液が通常の無電解めっき時における０．４ｍ／ｓ以下の流速で基板Ｗの表面に沿って流れるようにして、第１の無電解めっきを行う。そして、図２（ｂ）に示すように、深さの浅い第１ビアホール７３２の内部が第１コンタクト配線（めっき膜）７３６でほぼ埋まって、第１コンタクト配線７３６の表面が絶縁膜７１４の表面とほぼ面一となった時点で、ポンプ５２６を介して、めっき液が２ｍ／ｓ以上、例えば３ｍ／ｓの流速で基板Ｗの表面に沿って流れるようにして、第１ビアホール７３２内に形成された第１コンタクト配線７３６の表面にめっき膜が成膜されるのを抑制しつつ、第２ビアホール７３４内に形成された第２コンタクト配線７３８の表面にめっき膜を成膜する、第２の無電解めっきを行う。
【００８７】
このように、固定した基板の表面に沿ってめっき液を流しながら無電解めっきを行う場合、めっき液の流速を通常（＜０．４ｍ／ｓ）の５倍以上の２ｍ／ｓ以上、例えば３ｍ／ｓに上げて第２の無電解めっきを行うことで、第１ビアホール７３２内に形成された第１コンタクト配線７３６の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を著しく低下させるか、または停止させながら、第２ビアホール７３４内に形成された第２コンタクト配線７３８の表面にめっき膜を成膜することができる。
【００８８】
そして、図２（ｃ）に示すように、深さの深い第２ビアホール７３４の内部が第２コンタクト配線（めっき膜）７３８でほぼ埋まって、第２コンタクト配線７３８の表面が絶縁膜７１４の表面とほぼ面一となった時点で、めっき液が通常の無電解めっき時における、例えば０．４ｍ／ｓ以下の流速で基板Ｗの表面に沿って流れるようにして、第３の無電解めっきを行う。これによって、図２（ｄ）に示すように、第２ビアホール７３４内に第２コンタクト配線（めっき膜）７３８を確実に埋込み、コンタクト配線７３６，７３８の表面に平坦な膜厚の余剰めっき膜７４０を成膜する。
【００８９】
図１７及び図１８に示す無電解めっき装置を使用し、前述のめっき液（（ＮｉＰ合金無電解めっき液）を使用して、めっき液の平均流速と成膜されるめっき膜の膜厚との関係を調べた。試料（基板）として３００ｍｍの銅ブランケットウエハを用い、めっき液を０ｍ／ｓ，０．１ｍ／ｓ、０．３ｍ／ｓ、１ｍ／ｓ、２ｍ／ｓ、及び３ｍ／ｓの平均流速で基板の表面に沿って流しながら、１４０ｓｅｃの無電解めっきを行って、試料の銅表面にＮｉＰ合金めっき膜を成膜した。めっき前処理、及びめっき後処理は全て同じ条件で行った。めっき液の平均流速は、入口流量と断面積の比で算出した。めっき液の循環流量によるめっき容器内のめっき液度の影響を無くすために、試料下の基台に補助ヒータを設置した（図に示せず）。めっき液の平均流速とめっき膜厚との関係を図１９に示す。
【００９０】
図１９から、めっき液を０〜１ｍ／ｓの平均流速で基板の表面に沿って流しながら無電解めっきを行った場合には、めっき膜厚（めっきレート）に変動は認められないが、めっき液を平均流速が２ｍ／ｓを超える条件で基板の表面に沿って流す場合に、成膜されるめっき膜の膜厚が急激に薄くなってめっきレートが激減し、めっき液の平均流速を３ｍ／ｓにすると、成膜が停止することが判る。これによっても、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度がある閾値を超えるとめっき析出が停止することが判る。
【００９１】
図２０は、無電解めっき装置の更に他の例を示す。この無電解めっき装置６１０は、上方に開口し、内部にめっき液６１２を保持してめっき処理を施すめっき槽６１４と、このめっき槽６１４の上端開口部に配置され、半導体ウエハ等の基板Ｗを該基板Ｗの表面を下向き（フェィスダウン）にして保持する基板ホルダ６１６を備えた処理ヘッド６１８を有している。
【００９２】
めっき槽６１４は、内壁６２０で区画形成され、この内壁６２０の側部及び底部は、所定間隔離間して配置された外壁６２２で覆われており、これによって、内壁６２０と外壁６２２との間に外槽６２４が区画形成されている。内壁６２０には、めっき槽６１４と外槽６２４とを連通させる多数の連通孔６２０ａがその全面に亘って形成され、これによって、めっき槽６１４内のめっき液６１２と外槽６２４内のめっき液６１２が直に連通して、これらのめっき液６１２の水位が常に同じになるようになっている。
【００９３】
外槽６２４の内部には、この例では、温水ヒータ６２６から供給される熱媒体（温水）を内部に通して、外槽６２４内のめっき液６１２を外槽６２４内において、例えば７０℃に加熱し、これによって、めっき槽６１４内のめっき液６１２も同時に加熱する加熱チューブを有する加熱部６３０が配置されている。
【００９４】
更に、めっき槽６１４内のめっき液６１２を循環させるめっき液循環系６３２が備えられている。このめっき液循環系６３２は、循環ポンプ６３４と、この循環ポンプ６３４の吐出し口とめっき槽６１４とを接続する、内部にフィルタ６３６を介装しためっき液吐出し管６３８と、循環ポンプ６３４の吸込口と外槽６２４とを接続するめっき液吸込管６４０とを有している。これにより、循環ポンプ６３４の駆動に伴って、外槽６２４内のめっき液６１２を循環ポンプ６３４で吸込み、フィルタ６３６を通過させてめっき槽６１４に戻すことで、めっき槽６１４内のめっき液６１２を循環させて、めっき槽６１４内のめっき液６１２の温度を均一に維持できるようになっている。
【００９５】
処理ヘッド６１８には、基板ホルダ６１６の周囲を囲繞して下方に延びるハウジング６４２が備えられ、このハウジング６４２の下端の基板ホルダ６１６の下方に位置して、板状の攪拌板から構成された攪拌体６４４が取付けられている。このハウジング６４２は、中空の回転軸６４６に取付けられて、この回転軸６４６と一体に回転するように構成されている。この回転軸６４６の内部に固定軸６４８が挿通されており、この固定軸６４８の下端に基板ホルダ６１６が連結されている。ここで、回転軸６４６は固定軸６４８とは独立に回転し、固定軸６４８は回転軸６４６と一体に昇降する。
【００９６】
この無電解めっき装置６１０にあっては、循環ポンプ６３４を駆動させてめっき槽６１４内のめっき液６１２を循環させ、同時に加熱チューブ内に熱媒体（温水）を導入することで、めっき液６１２を外槽６２４の内部で加熱し、更にこの加熱しためっき液６１２をめっき槽６１４内に導入することで、めっき槽６１４内のめっき液６１２を、例えば７０℃の一定の温度に制御する。一方、処理ヘッド６１８の基板ホルダ６１６で基板Ｗを吸着保持する。
【００９７】
そして、加熱チューブ内に熱媒体を導入することでめっき液６１２の加熱を継続したまま、循環ポンプ６３４の駆動を停止させて、めっき槽６１４内のめっき液６１２の循環を止め、この状態で、基板ホルダ６１６とハウジング６４２とを下降させ、この基板ホルダ６１６で保持した基板Ｗ及びハウジング６４２の下端に取付けた攪拌体６４４をめっき槽６１４内のめっき液６１２に浸漬させて、基板Ｗの表面に無電解めっきを行う。
【００９８】
次に、この無電解めっき装置６１０を使用した無電解めっきによって、図２（ａ）に示す第１ビアホール７３２及び第２ビアホール７３４の内部に、前述の同様な組成のめっき液（ＮｉＰ合金無電解めっき液）を使用して、ＮｉＰ合金からなるコンタクト配線を連続的に形成する方法について説明する。この場合、第１ビアホール７３２の底部に露出したＷＮからなる電極７２３及び第２ビアホール７３４の底部に露出した銅からなるビット線７２２が配線下地となって、この表面がめっき膜成長の起点となることは前述と同様である。
【００９９】
先ず、基板ホルダ６１６を停止させたまま、攪拌体６４４を、通常の無電解めっき時と同じ、例えば、１０〜１００ｒｐｍ、好ましくは１０〜２０ｒｐｍの低速で回転させて第１の無電解めっきを行う。そして、図２（ｂ）に示すように、深さの浅い第１ビアホール７３２の内部が第１コンタクト配線（めっき膜）７３６でほぼ埋まって、第１コンタクト配線７３６の表面が絶縁膜７１４の表面とほぼ面一となった時点で、攪拌体６４４の回転速度を、例えば１０〜２０ｒｐｍから、例えば３００ｒｐｍ以上に上げて、第１ビアホール７３２内に形成された第１コンタクト配線７３６の表面にめっき膜が成膜されるのを抑制しつつ、第２ビアホール７３４内に形成された第２コンタクト配線７３８の表面にめっき膜を成膜する、第２の無電解めっきを行う。
【０１００】
このように、基板をめっき液中に浸漬させ、基板表面の近傍に配置した攪拌体６４４を回転させてめっき液を攪拌しながら基板表面に無電解めっきを行う場合に、攪拌体６４４を、例えば１０〜１００ｒｐｍ程度の回転速度で回転させながら第１の無電解めっきを行い、攪拌体６４４を第１の無電めっき時より速い、例えば３００ｒｐｍの回転速度で回転させながら第２の無電解めっきを行うことで、第１ビアホール７３２内に形成された第１コンタクト配線７３６の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を著しく低下させるか、または停止させるながら、第２ビアホール７３４内に形成された第２コンタクト配線７３８の表面にめっき膜を成膜することができる。
【０１０１】
そして、図２（ｃ）に示すように、深さの深い第２ビアホール７３４の内部が第２コンタクト配線（めっき膜）７３８でほぼ埋まって、第２コンタクト配線７３８の表面が絶縁膜７１４の表面とほぼ面一となった時点で、攪拌体６４４の回転速度を、例えば３００ｒｐｍから通常の無電解めっき時における、例えば１０〜１００ｒｐｍに落として、第３の無電解めっきを行う。これによって、図２（ｄ）に示すように、第２ビアホール７３４内に第２コンタクト配線（めっき膜）７３８を確実に埋込み、更にコンタクト配線７３６，７３８の表面に平坦な膜厚の余剰めっき膜７４０を成膜する。
【０１０２】
なお、攪拌体６４４と基板表面との最短距離は０〜３ｍｍであることが好ましい。めっき液中反応種の拡散境界層は一般に数ｍｍ以下である。したがって、攪拌体６４４と基板表面との最短距離を０〜３ｍｍにすることで、第１ビアホール７３２内に形成されたコンタクト配線７３６の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を著しく低下させるか、または停止させることができる。
【０１０３】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】高アスペクト比のビアホール内にＣＶＤによってコンタクト配線を形成した時の状態を示す断面図である。
【図２】本発明において、ビアホール内にコンタクト配線を形成する時の状態を工程順に示す断面図である。
【図３】本発明の基板処理方法に使用される無電解めっき装置の平面配置図である。
【図４】図３の兼触媒付与ユニットの外槽を省略した基板受渡し時における正面図である。
【図５】触媒付与ユニットの外槽を省略した薬液処理時における正面図である。
【図６】触媒付与ユニットの外槽を省略したリンス時における正面図である。
【図７】触媒付与ユニットの基板受渡し時における処理ヘッドを示す断面図である。
【図８】図３の無電解めっきユニットの基板受渡し時における基板ヘッドを示す断面図である。
【図９】図８のＢ部拡大図である。
【図１０】無電解めっきユニットの基板固定時における基板ヘッドを示す図９相当図である。
【図１１】無電解めっきユニットのめっき処理時における基板ヘッドを示す図９相当図である。
【図１２】無電解めっきユニットのめっき槽カバーを閉じた時のめっき槽を示す一部切断の正面図である。
【図１３】無電解めっきユニットの洗浄槽を示す断面図である。
【図１４】無電解めっきユニットの系統図である。
【図１５】無電解めっき装置の他の例を示す縦断面図である。
【図１６】試料の回転速度を変化させて無電解めっきを行った時の試料の回転速度とめっき膜の膜厚の関係を示すグラフである。
【図１７】無電解めっき装置の更に他の例を示す平面図である。
【図１８】図１７の縦段正面図である。
【図１９】基板を固定し、基板表面に沿って流れるめっき液の平均流速を変化させて無電解めっきを行った時のめっき液の平均流速とめっき膜の膜厚との関係を示すグラフである。
【図２０】無電解めっき装置の更に他の例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１４ 前洗浄ユニット
１５ 触媒付与ユニット
１６ 無電解めっきユニット
７１２ 半導体基材
７１４ 絶縁膜
７２２ ビット線
７２４ 絶縁層
７２６，７２８ 電極
７３０ コンデンサ
７３２ 第１ビアホール
７３４ 第２ビアホール
７３６ 第１コンタクト配線
７３８ 第２コンタクト配線
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板処理方法に関し、特に、半導体ウエハ等の基板の表面に設けた深さが異なるビアホールの内部に、無電解めっきによるめっき膜でコンタクト配線を形成するのに使用される基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化に伴って、絶縁膜の内部に形成される配線接続用のビアホールの径と深さとの比（アスペクト比：ＡＲ（Aspect Ratio））は益々大きくなってきている。高アスペクト比のビアホールの内部にコンタクト配線を埋込む方法としては、ＣＶＤや無電解めっきが一般に知られている。
【０００３】
例えば、図１に示すように、銅等からなる下層配線（導電膜）７１０を有する半導体基材７１２上に形成した絶縁膜７１４の内部に、リソグラフィ・エッチング技術により、下層配線７１０に達するビアホール７１６を形成し、このビアホール７１６の内表面を含む絶縁膜７１４の全表面に、ＣＶＤによって、ＴｉＮ等からなるバリア層７１８を成膜する。そして、ＣＶＤによって、Ｗ等からなるコンタクト配線７２０をビアホール７１６の内部に埋込む。しかし、ＣＶＤは、コンフォーム成膜性を有するため、図１に示すように、高アスペクト比のビアホール７１６内に、ＣＶＤによってＷ等のコンタクト配線７２０を埋込むと、コンタクト配線７２０の内部にシームやボイド等の欠陥７２０ａが残りやすくなって、コンタクト配線７２０の品質不良を引き起こしてしまう。
【０００４】
これに対して、無電解めっき法は、ボトムアップ性に優れているため、高アスペクト比のビアホールの内部にシームやボイド等の欠陥のない高品質のコンタクト配線（めっき膜）を形成することができる。
【０００５】
ここで、例えば、図２（ａ）に示すように、銅等からなるビット線７２２を有する半導体基材７１２上に、絶縁層７２４を挟んで上下に配置した一対の電極７２６，７２８からなるコンデンサ７３０を内部に埋設しながら絶縁膜７１４を形成した、ＤＲＡＭのようなメモリデバイスにあっては、絶縁膜７１４の内部に、コンデンサ７３０の電極７２６に達する深さの浅い第１ビアホール７３２と、ビット線７２２に達する深さの深い第２ビアホール７３４を形成し、この両ビアホール７３２，７３４の内部にコンタクト配線を埋込む必要がある。このコンタクト配線の埋込みを無電解めっきで行う時には、深さの異なる両ビアホール７３２，７３４の内部へのコンタクト配線（めっき膜）の埋込みが同時に終了することが望まれる。
【０００６】
通常の無電解めっきでは、ビアホールの径が同じであれば、ビアホール内に成膜されるめっき膜の成膜レート（めっきレート）はほぼ同じである。このため、深いビアホール内にコンタクト配線（めっき膜）が完全に充填されるまでめっき処理を続けると、浅いビアホール内に埋込まれたコンタクト配線（めっき膜）は、絶縁膜の表面と面一になっても更に成長を続けて絶縁膜の表面にバンプ状に盛り上がる。このバンプ状に盛り上がったコンタクト配線（めっき膜）は、次のＣＭＰ工程などの平坦化処理で除去できるが、研磨等の負荷が大きくなって、処理コストの増大に繋がる。また、配線間ピッチが狭い構造では、バンプ状に盛り上がったコンタクト配線（めっき膜）が隣のビアホールの近傍まで拡がってビアホールの入口を閉じてしまうことがある。
【０００７】
このため、浅いビアホールの深さを深いビアホールと同じ深さまで延長し、延長したビアホールの底部に配線下地となるダミ電極を作成して無電解めっきを行うことで、深さの異なるビアホールの内部へのコンタクト配線（めっき膜）の埋込みを同時に行うようにしたり、深いビアホールの内部に成膜されるコンタクト配線（めっき膜）が所定の高さまで達した時に、無電解めっきを一時中断し、浅いビアホール底部に露出する金属（配線下地）に触媒処理を施した後、無電解めっきを再開したりする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】米国特許第７００５３７９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、浅いビアホールの深さを深いビアホールと同じ深さまで延長して、延長したビアホールの底部にダミ電極を作成する方法は、工程が追加されてプロセスが複雑化するばかりでなく、コンタクト配線と電極等との間に接触不良が生じやすくなる。また、深いビアホールの内部に成膜されるコンタクト配線（めっき膜）が所定の高さまで達した時に、無電解めっきを一時中断し、浅いビアホール底部に露出する金属（配線下地）に触媒処理を施した後、無電解めっきを再開する方法は、両ビアホールの底部で露出する金属（配線下地）が異なることが必須条件となり、適用範囲がかなり限定されてしまうばかりでなく、深いビアホールの内部には、３段階の処理でコンタクト配線（めっき膜）の埋込みが行われるため、均一な膜質のコンタクト配線を得ることが困難であると考えられる。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、深さの異なるビアホールの内部に、無電解めっきによって、コンタクト配線を連続的に形成でき、しかもコンタクト配線（めっき膜）が絶縁膜の表面にバンプ状に盛り上がることがないようした基板処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、半導体基材上に積層した絶縁膜の内部に第１ビアホールと該第１ビアホールより深さの深い第２ビアホールを有する基板を用意し、前記第１ビアホール及び前記第２ビアホールの内部に、基板表面をめっき液に接触させた第１の無電解めっきによって、前記第１ビアホールがほぼ埋まるまでコンタクト配線を形成し、しかる後、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を速めて前記第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に成膜されるめっき膜の成長を抑制しながら、第２の無電解めっきを行うことを特徴とする基板処理方法である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、半導体基材上に積層した絶縁膜の内部に第１ビアホールと該第１ビアホールより深さの深い第２ビアホールを有する基板を用意し、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第１相対速度で相対的に移動させて第１の無電解めっきを行い、しかる後、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第２相対速度で相対的に移動させて第２の無電解めっきを行うことを特徴とする基板処理方法である。
【００１２】
無電解めっきの電極反応は非定常現象であり、電気二重層の充電、反応中間体の蓄積、及び拡散層の形成などに一定の時間を要する。基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度をある程度以下に抑えると、基板表面の近傍に薄い濃度境界層が形成され、反応種の供給や析出が促進される。しかし、この相対速度がある限界を超えると、基板表面にめっきが開始できる電気化学的な条件が揃わず、めっき反応が急激に低下または停止する。このように、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度がある限界を超えても、コンタクト配線の埋込みが終了していないビアホールにあっては、該ビアホールの内部に滞在しためっき液とコンタクト配線表面との相対速度は小さく、濃度拡散による反応種の供給が続く限り、めっき反応は停止しない。
【００１３】
従って、深さの浅い第１ビアホールがほぼ埋まるまで第１の無電解めっきでコンタクト配線（めっき膜）を形成し、第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面が絶縁膜の表面とほぼ面一となった時点で、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を速めた第２の無電解めっきを行うことで、第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に成膜されるめっき膜の成長を極めて遅くするか、または完全に停止させることができる。一方、絶縁膜表面と面一レベルに到達していない深さの深い第２ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面ではめっき析出反応が続けられ、このコンタクト配線の表面が絶縁膜表面と面一レベルに達すると、第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線と同じようにめっき析出が抑制される。これによって、ビアホールの深さが異なっても、コンタクト配線（めっき膜）が絶縁膜の表面にバンプ状に盛り上がること防止しつつ、コンタクト配線の連続的した形成が可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、半導体基材上に積層した絶縁膜の内部に第１ビアホールと該第１ビアホールより深さの深い第２ビアホールを有する基板を用意し、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第１相対速度で相対的に移動させて第１の無電解めっきを行い、しかる後、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第２相対速度で相対的に移動させて第２の無電解めっきを行い、さらに、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第３相対速度で相対的に移動させて第３の無電解めっきを行うことを特徴とする基板処理方法である。
請求項４に記載の発明は、前記第３相対速度は前記第２相対速度より小さいことを特徴とする請求項３記載の基板処理方法である。
【００１５】
コンタクト配線の表面に成膜されるめっき膜の成膜レート（めっきレート）は、コンタクト配線の表面が基板（絶縁膜）表面に近づけば近づく程、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度の影響を受けやすくなる。基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度が高いままであると、コンタクト配線の表面が基板表面に到達する直前に成膜レートが急激に低下する。そのため、最終処理段階で基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を遅くすることで、ビアホール内にコンタクト配線（めっき膜）を確実に埋込み、コンタクト配線の表面に平坦な膜厚の余剰めっき膜を成膜することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記第１相対速度は前記第２相対速度より小さいか、または同じであることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の基板処理方法である。
成膜初期段階では、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を遅くすることで、下地金属にめっき金属が析出しやすくすることができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記第２の無電解めっきを、めっき液中に浸漬させた基板を１５０ｒｐｍ以上の回転速度で回転させて行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法である。
例えば、回転自在な基板ホルダで保持した基板をめっき液中に浸漬させ、基板を回転させながら該基板の表面に無電解めっきを行う場合、基板を１５０ｒｐｍ以上の回転速度で回転させながら第２の無電解めっきを行うことで、絶縁膜の表面とほぼ面一となる第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を著しく低下させるか、または停止させることができる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、前記第２の無電解めっきを、めっき液が基板表面に沿って２ｍ／ｓ以上の流速で流れるようにして行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法である。
例えば、固定した基板の表面に沿ってめっき液を流しながら無電解めっきを行う場合、めっき液の流速を通常（＜０．４ｍ／ｓ）の５倍以上の２ｍ／ｓ以上に上げて第２の無電解めっきを行うことで、絶縁膜の表面とほぼ面一となる第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を著しく低下させるか、または停止させることができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、前記第２の無電解めっきを、めっき液中に浸漬させた基板を、周波数１００Ｈｚ以上、振幅０．１〜１ｍｍで基板表面に沿った方向に往復振動させて行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法である。
無電解めっきは、微小領域での局部電池作用で電子の授受を行うため、基板を０．１ｍｍ以上の振幅で基板表面に沿った方向に振動させると、基板表面とめっき液の間にめっき開始の条件を作れなくなる。このため、めっき液中に浸漬させた基板を、周波数１００Ｈｚ以上、振幅０．１ｍｍ以上で基板表面に沿った方向に往復振動させながら第２の無電解めっきを行うことで、絶縁膜の表面とほぼ面一となる第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成膜レートをほぼ０にすることができる。なお、基板を１ｍｍ以上の振幅で基板表面に沿って振動させると、装置が大型化してしまうばかりでなく、構造の安定性からも好ましくない。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、前記第２の無電解めっきを、めっき液に浸漬させた基板表面の近傍に設置した攪拌体の移動速度を前記第１の無電解めっき時よりも増大させて行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法である。
基板をめっき液中に浸漬させ、基板表面の近傍に配置した攪拌体を回転させてめっき液を攪拌しながら基板表面に無電解めっきを行う場合、攪拌体を、例えば１０〜１００ｒｐｍ程度の回転速度で回転させながら第１の無電解めっきを行い、攪拌体を第１の無電めっき時より速い、例えば３００ｒｐｍの回転速度で回転させながら第２の無電解めっきを行うことで、絶縁膜の表面とほぼ面一となる第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を著しく低下させるか、または停止させることができる。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、前記攪拌体と基板表面との最短距離は０〜３ｍｍであることを特徴とする請求項９記載の基板処理方法である。
めっき液中反応種の拡散境界層は一般に数ｍｍ以下である。したがって、攪拌体と基板表面との最短距離を０〜３ｍｍにすることで、絶縁膜の表面とほぼ面一となる第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を著しく低下させるか、または停止させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、深さの浅い第１ビアホール内に第１の無電解めっきで形成されたコンタクト配線の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を極めて遅くするか、または完全に停止させながら、深さの深い第２ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面でのめっき析出反応を続けることで、ビアホールの深さが異なっても、コンタクト配線（めっき膜）が絶縁膜の表面にバンプ状に盛り上がること防止しつつ、コンタクト配線の連続的した形成が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下の例では、図２（ａ）に示すように、ビット線７２２を有する半導体基材７１２上に、絶縁層７２４を挟んで上下に配置した一対の電極７２６，７２８からなるコンデンサ７３０を内部に埋設しながら絶縁膜７１４を形成し、絶縁膜７１４の内部に、コンデンサ７３０の電極７２６に達する深さの浅い第１ビアホール７３２とビット線７２２に達する深さの深い第２ビアホール７３４を形成した基板Ｗを用意する。そして、この両ビアホール７３２，７３４の内部に、無電解めっきでコンタクト配線を埋込むようにした例を示す。
【００２４】
第１ビアホール７３２の底部に露出する配線下地としての電極７２６は、例えばＷＮ膜で、第２ビアホール７３４の底部に露出する配線下地としてのビット線７２２は、例えば銅膜である。そして、無電解めっきで成膜されるコンタクト配線材料は、例えばＮｉＰである。第１ビアホール７３２の深さは、例えば１μｍで、第２ビアホール７３４の深さは、例えば３μｍである。ビアホール７３２，７３４の直径は、共に約０．１μｍである。なお、この例では、第１ビアホール７３２の配線下地をＷＮとしているが、ＴｉＮやＷＳｉなどの金属、またはＳｉのような導電体であってもよい。コンタクト配線材質としては、ＮｉＰ以外に、ＮｉＷＢ，ＮｉＷＰ，ＮｉＢ，ＣｏＷＢ，ＣｏＷＰ，ＣｏＢ，ＣｏＰ，ＣｏＢＰＷ，またはＣｏＢＰ等が挙げられる。
【００２５】
図３は、本発明の基板処理方法に使用される無電解めっき装置の平面配置図を示す。図３に示すように、この無電解めっき装置には、図２（ａ）に示す、表面の絶縁膜７１４に異なる深さのビアホール７３２，７３４を有する半導体ウエハ等の基板Ｗを収容した基板カセットを載置収容するロード・アンロードユニット１１が備えられている。そして、排気系統を備えた矩形状の装置フレーム１２の内部に、基板の表面を前洗浄する前洗浄ユニット１４、前洗浄後の基板の表面に触媒付与液を接触させて、ビアホールの底部に露出する金属下地（電極７２６及びビット線７２２）表面に、例えばＰｄ等の触媒を付与する触媒付与ユニット１５が配置されている。
【００２６】
ここでの前洗浄液は、例えばクエン酸とリン酸を含む酸性混合液であり、使用温度は２０〜６０℃である。洗浄の方式は、処理槽に洗浄液を循環させる浸漬式である。また、前洗浄ユニット１４は、２種類の薬液処理に対応出来、その場合、第１ステップの処理は、アルカリ性の薬液のスプレー方式を採用し、第２ステップの処理は、前述の混合酸性薬液の浸漬式を採用する。Ｐｄの触媒付与液は、ＰｄＣｌ２をＨＣｌ水溶液に溶かしたもので、室温で浸漬方式、またはスプレー方式で触媒付与処理を行う。
【００２７】
装置フレーム１２の内部には、基板の表面に無電解めっきを行う２基の無電解めっきユニット１６、その後の基板を乾燥させる２基の乾燥ユニット２０、及び仮置台２２が配置されている。更に、装置フレーム１２の内部には、ロード・アンロードユニット１１に搭載された基板カセットと仮置台２２との間で基板の受渡し行う第１基板搬送ロボット２４と、仮置台２２と各ユニット１４，１５，１６，２０との間で基板の受渡しを行う第２基板搬送ロボット２６が、それぞれ走行自在に配置されている。
【００２８】
次に、図３に示す無電解めっき装置に備えられている各ユニットの詳細を以下に説明する。前洗浄ユニット１４は、触媒付与処理に先立って、基板Ｗの表面に残った金属酸化物及び／または金属錯体等を除去するようにしたユニットである。このユニットは、二重槽構造となっており、内槽に保持する洗浄液を加熱する手段を備え、基板を洗浄液に浸漬させて処理を行う。薬液洗浄後のリンス洗浄は、基板を引上げた位置で内槽のカバーを閉じ、カバーの上面に設置されたスプレーノズルからの超純水を供給して行う。前洗浄に２ステップが必要となる場合には、カバー上に設置されたスプレーノズルを２系統に分離し、１つの系統から超純水を、もう１つの系統から第２洗浄液を供給する。
【００２９】
前処理ユニット１４は、図４乃至図６に詳細に示すように、フレーム５０の上部に取付けた固定枠５２と、この固定枠５２に対して相対的に上下動する移動枠５４を備えており、図７に示すように、この移動枠５４に、下方に開口した有底円筒状のハウジング部５６と基板ホルダ５８とを有する処理ヘッド６０が懸架支持されている。つまり、移動枠５４には、ヘッド回転用サーボモータ６２が取付けられ、このサーボモータ６２の下方に延びる出力軸（中空軸）６４の下端に処理ヘッド６０のハウジング部５６が連結されている。
【００３０】
この出力軸６４の内部には、図７に示すように、スプライン６６を介して該出力軸６４と一体に回転する鉛直軸６８が挿着され、この鉛直軸６８の下端に、ボールジョイント７０を介して処理ヘッド６０の基板ホルダ５８が連結されている。基板ホルダ５８は、ハウジング部５６の内部に位置している。また鉛直軸６８の上端は、軸受７２及びブラケットを介して、移動枠５４に固定した固定リング昇降用シリンダ７４に連結されている。これにより、この昇降用シリンダ７４の作動に伴って、鉛直軸６８が出力軸６４とは独立に上下動する。
【００３１】
図４乃至図６に示すように、固定枠５２には、上下方向に延びて移動枠５４の昇降の案内となるリニアガイド７６が取付けられ、ヘッド昇降用シリンダ（図示せず）の作動に伴って、移動枠５４がリニアガイド７６を案内として昇降する。これにより、基板を保持した処理ヘッド６０を下降させ、内槽１００ｂに保持された洗浄液に基板を浸漬させて所定時間処理する。
【００３２】
しかる後、処理ヘッド６０を上昇させ、処理槽１００の内槽１００ｂの上端開口部を蓋体１０２で閉塞した状態で、処理ヘッド６０で保持した基板Ｗに向けて、蓋体１０２の上面に配置したノズル板１１２の噴射ノズル１１２ａから第２処理液を噴射することで、基板Ｗの下面（処理面）の全面に亘って第２処理液を均一に噴射する。この第２処理液は、外槽１００ａと内槽１００ｂの間を通って、排水管（図に示せず）を介して排出されるので、内槽１００ｂの内部に流入することが防止されて、第１処理液に混ざることが防止される。
【００３３】
この前処理ユニット１４によれば、図４に示すように、処理ヘッド６０を上昇させた状態で、この内部に基板Ｗを挿入して保持し、しかる後、図５に示すように、処理ヘッド６０を下降させて処理槽１００の内槽１００ｂの上端開口部を覆う位置に位置させる。そして、処理ヘッド６０を回転させて、処理ヘッド６０で保持した基板Ｗを回転させながら処理液に浸漬させる。そして、処理ヘッド６０を上昇させて所定位置で停止させ、図６に示すように、待避位置にあった蓋体１０２を処理槽１００の内槽１００ｂの上端開口部を覆う位置まで移動させる。そして、この状態で、処理ヘッド６０で保持して回転させた基板Ｗに向けて、蓋体１０２の上面に配置したノズル板１１２の噴射ノズル１１２ａから第２処理液を噴射する。これにより、基板Ｗの第１処理液と第２処理液による処理を、２つの液体が混ざらないようにしながら行うことができる。
【００３４】
触媒付与ユニット１５の構造は前洗浄ユニット１４と基本的に同じである。異なる点は、常温の触媒付与液を使う場合、内槽に加熱手段を省くことができる点である。また、触媒付与処理によって金属下地の表面が損傷するのを軽減するために、触媒付与液にＮ２のような不活性ガスを導入する手段を設けている。
【００３５】
無電解めっきユニット１６を図８乃至図１３に示す。この無電解めっきユニット１６は、めっき槽２００（図１２及び図１４参照）と、このめっき槽２００の上方に配置されて基板Ｗを着脱自在に保持する基板ヘッド２０４（図８参照）を有している。
【００３６】
基板ヘッド２０４は、図８に詳細に示すように、ハウジング部２３０とヘッド部２３２とを有し、ヘッド部２３２は、吸着ヘッド２３４と該吸着ヘッド２３４の周囲を囲繞する基板受け２３６から主に構成されている。そして、ハウジング部２３０の内部には、基板回転用モータ２３８と基板受け駆動用シリンダ２４０が収納され、この基板回転用モータ２３８の出力軸（中空軸）２４２の上端はロータリジョイント２４４に、下端はヘッド部２３２の吸着ヘッド２３４にそれぞれ連結され、基板受け駆動用シリンダ２４０のロッドは、ヘッド部２３２の基板受け２３６に連結されている。ハウジング部２３０の内部には、基板受け２３６の上昇を機械的に規制するストッパ２４６が設けられている。
【００３７】
ここで、吸着ヘッド２３４と基板受け２３６との間には、スプライン構造が採用され、基板受け駆動用シリンダ２４０の作動に伴って基板受け２３６は吸着ヘッド２３４と相対的に上下動するが、基板回転用モータ２３８の駆動によって出力軸２４２が回転すると、この出力軸２４２の回転に伴って、吸着ヘッド２３４と基板受け２３６が一体に回転するように構成されている。
【００３８】
吸着ヘッド２３４の下面周縁部には、図９乃至図１１に詳細に示すように、下面をシール面として基板Ｗを吸着保持する吸着リング２５０が押えリング２５１を介して取付けられ、この吸着リング２５０の下面に円周方向に連続させて設けた凹状部２５０ａと吸着ヘッド２３４内を延びる真空ライン２５２とが吸着リング２５０に設けた連通孔２５０ｂを介して互いに連通するようになっている。これにより、凹状部２５０ａ内を真空引きすることで、基板Ｗを吸着保持するのであり、このように、小さな幅（径方向）で円周状に真空引きして基板Ｗを保持することで、真空による基板Ｗへの影響（たわみ等）を最小限に抑え、しかも吸着リング２５０をめっき液中に浸すことで、基板Ｗの表面（下面）のみならず、エッジについても、全てめっき液に浸すことが可能となる。基板Ｗのリリースは、真空ライン２５２にＮ２を供給して行う。
【００３９】
一方、基板受け２３６は、下方に開口した有底円筒状に形成され、その周壁には、基板Ｗを内部に挿入する基板挿入窓２３６ａが設けられ、下端には、内方に突出する円板状の爪部２５４が設けられている。更に、この爪部２５４の上部には、基板Ｗの案内となるテーパ面２５６ａを内周面に有する突起片２５６が備えられている。
【００４０】
これにより、図９に示すように、基板受け２３６を下降させた状態で、基板Ｗを基板挿入窓２３６ａから基板受け２３６の内部に挿入する。すると、この基板Ｗは、突起片２５６のテーパ面２５６ａに案内され、位置決めされて爪部２５４の上面の所定位置に載置保持される。この状態で、基板受け２３６を上昇させ、図１０に示すように、この基板受け２３６の爪部２５４上に載置保持した基板Ｗの上面を吸着ヘッド２３４の吸着リング２５０に当接させる。次に、真空ライン２５２を通して吸着リング２５０の凹状部２５０ａを真空引きすることで、基板Ｗの上面の周縁部を該吸着リング２５０の下面にシールしながら基板Ｗを吸着保持する。そして、無電解めっき処理を行う際には、図１１に示すように、基板受け２３６を数ｍｍ下降させ、基板Ｗを爪部２５４から離して、吸着リング２５０のみで吸着保持した状態となす。これにより、基板Ｗの表面（下面）の周縁部が、爪部２５４の存在によってめっきされなくなることを防止することができる。
【００４１】
図１２は、めっき槽２００の詳細を示す。このめっき槽２００は、底部において、めっき液供給管３０８（図１３参照）に接続され、周壁部にめっき液回収溝２６０が設けられている。めっき槽２００の内部には、ここを上方に向かって流れるめっき液の流れを安定させる２枚の整流板２６２，２６４が配置され、更に底部には、めっき槽２００の内部に導入されるめっき液の液温を測定する温度測定器２６６が設置されている。また、めっき槽２００の周壁外周面のめっき槽２００で保持しためっき液の液面よりやや上方に位置して、直径方向のやや斜め上方に向けてめっき槽２００の内部に、ｐＨが６〜７．５の中性液からなる停止液、例えば純水を噴射する噴射ノズル２６８が設置されている。これにより、無電解めっき終了後、ヘッド部２３２で保持した基板Ｗをめっき液の液面よりやや上方まで引上げて一旦停止させ、この状態で、基板Ｗに向けて噴射ノズル２６８から純水（停止液）を噴射して基板Ｗを直ちに冷却し、これによって、基板Ｗに残っためっき液によって無電解めっきが進行してしまうことを防止することができる。
【００４２】
更に、めっき槽２００の上端開口部には、アイドリング時等のめっき処理の行われていない時に、めっき槽２００の上端開口部を閉じて該めっき槽２００内のめっき液の無駄な蒸発と放熱を防止するめっき槽カバー２７０が開閉自在に設置されている。
【００４３】
このめっき槽２００は、図１４に示すように、底部において、めっき液貯槽３０２から延び、途中にめっき液供給ポンプ３０４、フィルタ３０５及び三方弁３０６を介装しためっき液供給管３０８に接続されている。更に、めっき槽２００のめっき液回収溝２６０は、めっき液貯槽３０２から延びるめっき液回収管に接続されている。これにより、無電解めっき処理中にあっては、めっき槽２００の内部に、この底部からめっき液を供給し、めっき槽２００を溢れるめっき液をめっき液回収溝２６０からめっき液貯槽３０２へ回収することで、めっき液が循環できるようになっている。また、三方弁３０６の一つの出口ポートには、めっき液貯槽３０２に戻るめっき液戻り管３１２が接続されている。これにより、めっき待機時にあっても、めっき液を循環させることができる。
【００４４】
特に、この例では、めっき液供給ポンプ３０４を制御することで、めっき待機時及び無電解めっき処理時に循環するめっき液の流量を個別に設定できるようになっている。すなわち、めっき待機時のめっき液の循環流量は、例えば２〜２０Ｌ／ｍｉｎで、無電解めっき処理時のめっき液の循環流量は、例えば０〜１０Ｌ／ｍｉｎに設定される。これにより、めっき待機時にめっき液の大きな循環流量を確保して、セル内のめっき浴の液温を一定に維持し、無電解めっき処理時には、めっき液の循環流量を小さくして、より均一な膜厚の保護膜（めっき膜）を成膜することができる。
【００４５】
めっき槽２００の底部付近には、めっき槽２００の内部に導入されるめっき液の液温を測定して、この測定結果を元に、下記のヒータ３１６及び流量計３１８を制御する温度測定器２６６が設けられている。
【００４６】
この例では、別置きのヒータ３１６を使用して昇温させ、流量計３１８を通過させた水を熱媒体に使用し、熱交換器３２０をめっき液貯槽３０２内のめっき液中に設置して該めっき液を間接的に加熱する加熱装置３２２と、めっき液貯槽３０２内のめっき液を循環させて攪拌する攪拌ポンプ３２４が備えられている。これは、無電解めっきにあっては、めっき液を高温（約８０℃程度）にして使用することがあり、これと対応するためであり、この方法によれば、インライン・ヒーティング方式に比べ、非常にデリケートなめっき液に不要物等が混入するのを防止することができる。
【００４７】
この例によれば、めっき液は、基板Ｗと接触して無電解めっきを行うときに、基板Ｗの温度が７０〜９０℃となるように液温が設定され、液温のばらつき範囲が±２℃以内となるように制御される。
【００４８】
無電解めっきユニット１６には、めっき液貯槽３０２内のめっき液を抽出するめっき液抽出部３３０と、この抽出された無電解めっきユニット１６が保有するめっき液の組成を、例えば吸光光度法、滴定法、電気化学的測定などで分析するめっき液組成分析部３３２が備えられている。このめっき液組成分析部３３２は、例えばニッケルイオン濃度をめっき液の吸光度分析、イオンクロマトグラフ分析、キャピラリー電気泳動分析またはキレート滴定分析により測定する。
【００４９】
めっき液の液温は、高くなるほどめっき速度が速くなり、低すぎるとめっき反応が起こらないことから、一般的には６０〜９５℃で、６５〜８５℃であることが好ましく、７０〜７５℃であることがより好ましい。基本的には、無電解めっきを実際に行っているか否かに関わらず、一度温度を上げたら下げないことが望ましく、５５℃以上にしておくことが望まれる。
【００５０】
図１３は、めっき槽２００の側方に付設されている洗浄槽２０２の詳細を示す。この洗浄槽２０２の底部には、純水等のリンス液を上方に向けて噴射する複数の噴射ノズル２８０がノズル板２８２に取付けられて配置され、このノズル板２８２は、ノズル上下軸２８４の上端に連結されている。更に、このノズル上下軸２８４は、ノズル位置調整用ねじ２８７と該ねじ２８７と螺合するナット２８８との螺合位置を変えることで上下動し、これによって、噴射ノズル２８０と該噴射ノズル２８０の上方に配置される基板Ｗとの距離を最適に調整できるようになっている。
【００５１】
更に、洗浄槽２０２の周壁外周面の噴射ノズル２８０より上方に位置して、直径方向のやや斜め下方に向けて洗浄槽２０２の内部に純水等の洗浄液を噴射して、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２の、少なくともめっき液に接液する部分に洗浄液を吹き付けるヘッド洗浄ノズル２８６が設置されている。
【００５２】
この洗浄槽２０２にあっては、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２で保持した基板Ｗを洗浄槽２０２内の所定の位置に配置し、噴射ノズル２８０から純水等の洗浄液（リンス液）を噴射して基板Ｗを洗浄（リンス）するのであり、この時、ヘッド洗浄ノズル２８６から純水等の洗浄液を同時に噴射して、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２の、少なくともめっき液に接液する部分を該洗浄液で洗浄することで、めっき液に浸された部分に析出物が蓄積してしまうことを防止することができる。
無電解めっきユニットは、図４乃至図６に示す前処理ユニットと同様な構造で、めっき処理を内槽で行い、リンス洗浄を外槽でスプレーノズルにより行うようにしている。
【００５３】
次に、無電解めっきユニット１６を使用した無電解めっきによって、図２（ａ）に示す第１ビアホール７３２及び第２ビアホール７３４の内部に、ＮｉＰ合金からなるコンタクト配線を連続的に形成する方法について説明する。この例の場合、第１ビアホール７３２の底部に露出したＷＮからなる電極７２３及び第２ビアホール７３４の底部に露出した銅からなるビット線７２２が配線下地となって、この表面がめっき膜成長の起点となる。
【００５４】
無電解めっき処理に使用するめっき液（ＮｉＰ合金無電解めっき液）の組成例を以下に示す。
硫酸ニッケル６水和物： ３５ｇ／Ｌ
クエン酸アンモニウム： ２０ｇ／Ｌ
８８％乳酸： ５０ｍｌ／Ｌ
次亜リン酸ナトリウム： ３０ｇ／Ｌ
プロピオン酸： ２ｇ／Ｌ
安定剤： 適量
ｐＨ調整剤： 適量
ｐＨ：６．９
温度：８０℃
めっきレート：約５００nm/min
【００５５】
先ず、基板ヘッド２０４を上昇させた位置で、第１ビアホール７３２の底部に露出した電極７２３及び第２ビアホール７３４の底部に露出したビット線７２２の表面にＰｄ触媒を付与した基板Ｗを、前述のようにして、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２で吸着保持する。この時、めっき槽２００のめっき液を循環させておく。
【００５６】
そして、めっき槽２００のめっき槽カバー２７０を開き、基板ヘッド２０４を回転させながら下降させ、ヘッド部２３２で保持した基板Ｗを回転させながらめっき槽２００内のめっき液に浸漬させて第１の無電解めっき処理を行う。この第１無電解めっき時に、基板Ｗを通常の無電解めっき時と同じ１〜５０ｒｐｍの回転速度、例えば１５ｒｐｍの回転速度で回転させる。これにより、図２（ｂ）に示すように、第１ビアホール７３２の底部に露出した電極７２３及び第２ビアホール７３４の底部に露出したビット線７２２を起点として、これらの表面にＮｉＰ合金めっき膜を成長させ、このめっき膜で第１ビアホール７３２内に埋込まれる第１コンタクト配線７３６及び第２ビアホール７３４内に埋込まれる第２コンタクト配線７３８を形成する。
【００５７】
そして、深さの浅い第１ビアホール７３２の内部が第１コンタクト配線（めっき膜）７３６でほぼ埋まって、第１コンタクト配線７３６の表面が絶縁膜７１４の表面とほぼ面一となった時点、つまり、この例では、第１ビアホール７３２の深さが１μｍで、めっきレートが５００nm/minであるので、基板Ｗを、例えば１５ｒｐｍの回転速度で回転させながら、第１の無電解めっきを約２分間行った時点で、基板Ｗの回転速度を、１５ｒｐｍから１５０ｒｐｍ以上、例えば３００ｒｐｍに上げて、第２の無電解めっき処理を行う。この第２の無電解めっきでは、図２（ｃ）に示すように、第１ビアホール７３２内に形成された第１コンタクト配線７３６の表面にめっき膜が成膜されるのを抑制しつつ、第２ビアホール７３４内に形成された第２コンタクト配線７３８の表面にめっき膜を成膜して、第２コンタクト配線７３８の高さを高くする。
【００５８】
つまり、このように、基板Ｗの回転速度を１５０ｒｐｍ以上、例えば３００ｒｐｍに上げ、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を上げると、基板表面にめっきが開始できる電気化学的な条件が揃わず、めっき反応が急激に低下または停止する。つまり、第１コンタクト配線７３６の表面にあっては、絶縁膜７１４の表面とほぼ面一となっているので、第１コンタクト配線７３６の表面に沿って流れるめっき液の流速が速くなって、第１コンタクト配線７３６の表面にめっき膜が成膜されることが抑制される。
【００５９】
一方、深さが深く、第２コンタクト配線７３８の埋込みが完了していない第２ビアホール７３４の内部にあっては、第２ビアホル７３４内に滞在しためっき液と第２コンタクト配線７３８との相対速度は小さく、濃度拡散による反応種の供給が続く限り、めっき反応は停止しない。このため、第２コンタクト配線７３８の表面にめっき膜が成膜される。
【００６０】
そして、深さの深い第２ビアホール７３４の内部が第２コンタクト配線（めっき膜）７３８でほぼ埋まって、第２コンタクト配線７３８の表面が絶縁膜７１４の表面とほぼ面一となった時点、つまり、この例では、第２ビアホール７３４の深さが３μｍで、めっきレートが５００nm/minであるので、基板Ｗを、例えば３００ｒｐｍの回転速度で回転させながら、第２の無電解めっきを約４分間行った時点で、基板Ｗの回転速度を、３００ｒｐｍから、通常の無電解めっき時と同じ１〜５０ｒｐｍ、例えば１５ｒｐｍに下げて、第３の無電解めっき処理を、例えば１２秒間行う。
【００６１】
この第３の無電解めっきでは、図２（ｄ）に示すように、第２ビアホール７３４内に第２コンタクト配線（めっき膜）７３８を確実に埋込み、更にコンタクト配線７３６，７３８の表面に平坦な膜厚の余剰めっき膜７４０を成膜する。つまり、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度が高いままであると、コンタクト配線の表面が基板表面に到達する直前に成膜レートが急激に低下するが、基板の回転速度を落として、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を落とした第３の無電解めっきを行うことで、第２ビアホール７３４内に第２コンタクト配線（めっき膜）７３８を確実に埋込み、更にコンタクト配線７３６，７３８の表面に平坦な膜厚の余剰めっき膜７４０を成膜することができる。
【００６２】
無電解めっきを終了した後、基板ヘッド２０４を上昇させて、基板Ｗをめっき槽２００内のめっき液から引上げ、必要に応じて、前述のように、基板Ｗに向けて噴射ノズル２６８から純水（停止液）を噴射して基板Ｗを直ちに冷却し、更に基板ヘッド２０４を上昇させ、基板Ｗをめっき槽２００の上方位置まで引上げて、基板ヘッド２０４の回転を停止させる。
【００６３】
次に、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２で基板Ｗを吸着保持したまま、基板ヘッド２０４を洗浄槽２０２の直上方位置に移動させる。そして、基板ヘッド２０４を回転させながら洗浄槽２０２内の所定の位置まで下降させ、噴射ノズル２８０から純水等の洗浄液（リンス液）を噴射して基板Ｗを洗浄（リンス）し、同時に、ヘッド洗浄ノズル２８６から純水等の洗浄液を噴射して、基板ヘッド２０４のヘッド部２３２の、少なくともめっき液に接液する部分を該洗浄液で洗浄する。
【００６４】
この基板Ｗの洗浄が終了した後、基板ヘッド２０４の回転を停止させ、基板ヘッド２０４を上昇させて基板Ｗを洗浄槽２０２の上方位置まで引上げ、更に基板ヘッド２０４を第２基板搬送ロボット２６との受渡し位置まで移動させ、この第２基板搬送ロボット２６に基板Ｗを受渡して次工程に搬送する。
【００６５】
この例によれば、深さの浅い第１ビアホール７３２内に第１の無電解めっきで形成された第１コンタクト配線７３６の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を極めて遅くするか、または完全に停止させながら、深さの深い第２ビアホール７３４内に形成された第２コンタクト配線７３８の表面でのめっき析出反応を続けることで、第１コンタクト配線（めっき膜）７３６が絶縁膜７１４の表面にバンプ状に盛り上がること防止しつつ、コンタクト配線７３６，７３８の連続的した形成が可能となる。
【００６６】
図１５は、無電解めっき装置の他の例を示す。この無電解めっき装置は、表面Ｓにビアホール７３２，７３４（図２（ａ）参照）を形成した半導体ウエハ等の基板Ｗを下向き（フェイスダウン）にして吸着保持する基板保持部４１０を有している。この基板保持部４１０は、円板状の保持体４１２と、この保持体４１２の下面の外周部に取付けたリング状の真空シール材４１４とを備えている。この真空シール材４１４は、例えばゴム等の弾性体から構成され、Ｕ字状の凹部を有する形状に形成されている。更に、保持体４１２は、回転モータから延びる回転軸の下端に連結されている。真空シール材４１４の凹部は、保持体４１２の内部を延びる真空経路４２０に連通し、この真空経路４２０は、図示しない真空源に接続されている。
【００６７】
これによって、真空シール材４１４の凹部と基板Ｗの表面で区画させた空間を真空引きすることで、基板Ｗをその外周部を真空シール材４１４でシールした状態で吸着保持し、更に、このように基板Ｗを保持した状態で、回転モータを駆動することで、基板Ｗを保持体４１２と一体に回転させることができる。
【００６８】
更に、保持体４１２の内部を延び、保持体４１２の真空シール材４１４で囲まれた下面で開口する不活性ガス導入路４２２が備えられている。これにより、基板Ｗをその外周部を真空シール材４１４でシールした状態で吸着保持した時に、この真空シール材４１４で囲まれた領域に、Ｎ２ガス等の不活性ガスを導入することで、この真空シール材４１４で囲まれた領域に浸入しようとするめっき液をこの不活性ガスで強制的に外方に押し戻し、これによって、めっき液の真空シール材４１４で囲まれた領域内への浸入をより確実に確実に防止できるようになっている。
【００６９】
基板保持部４１０の周囲を包囲するように、ハウジング４３０が配置され、このハウジング４３０の下端に、内方に突出して基板Ｗの周縁部を下から支えるリング状の支持部４３２が設けられている。更に、ハウジング４３０の周壁には、基板Ｗの出し入れを行う開口が設けられている。ハウジング４３０は、シリンダ（図示せず）の作動に伴って基板保持部４１０と相対的に上下動し、また支持部４３２と真空シール材４１４で基板の周縁部を挟持して保持した状態で、基板保持部４１０と一体に回転する。
【００７０】
ハウジング４３０の下方に位置して、めっき液４４２を保持するめっき槽４４４が配置されている。このめっき槽４４４は、めっき液４４２との摩擦を低減するため、例えばテフロン（登録商標）製で、内部には、底部中央から上方に延びるめっき液供給路４４６に連通してめっき液４４２を保持するめっき室４４８が形成されている。このめっき室４４８は、周囲を溢流堰４５０で囲われ、この溢流堰４５０の外側に、めっき液排出路４５２が形成されている。これにより、めっき液４４２は、めっき液供給路４４６から上向きでめっき室４４８内に導入され、溢流堰４５０をオーバーフローしてめっき液排出路４５２から外部に排出される。
【００７１】
この例の無電解めっき装置にあっては、ハウジング４３０を基板保持部４１０に対して相対的に下降させた状態で、基板Ｗをハウジング４３０の内部に入れ、支持部４３２の上に載置保持する。この状態で、ハウジング４３０を上昇させ、基板保持部４１０の真空シール材４１４の下端に基板Ｗを圧接させる。そして、真空シール材４１４の凹部と基板Ｗの表面で区画された空間を真空引きすることで、基板Ｗをその外周部を真空シール材４１４でシールした状態で吸着保持し、更に、この真空シール材４１４で囲まれた領域に、Ｎ２ガス等の不活性ガスを導入する。この状態で、基板保持部４１０に内蔵した加熱部で基板Ｗをその全域に亘ってめっき室４４８内に導入されるめっき液４４２の温度と同じ一定の温度に加熱する。一方、めっき液供給路４４６から一定の温度に加熱しためっき液４４２をめっき室４４８内に導入し、溢流堰４５０からオーバーフローさせておく。
【００７２】
この状態で、基板Ｗを、例えば０〜１００ｒｐｍ、好ましくは０〜５０ｒｐｍ、更に好ましくは０〜２０ｒｐｍ程度の回転速度で回転させつつ下降させて、基板Ｗをめっき室４４８内のめっき液４４２内に浸漬させ、更にハウジング４３０のみを下降させて、支持部４３２を基板Ｗの裏面から離し、基板Ｗを基板保持部４１０のみで吸着保持する。
【００７３】
これによって、前述の同様に、基板Ｗを、好ましくは０〜２０ｒｐｍ程度の回転速度で回転させながら第１の無電解めっきを行い、次に、基板を１５０ｒｐｍ以上、例えば３００ｒｐｍの回転速度で回転させながら第２の無電解めっきを行い、更に基板を好ましくは０〜２０ｒｐｍ程度の回転速度で回転させながら第３の無電解めっきを行う。
【００７４】
図１５に示す無電解めっき装置を用い、前述のめっき液（ＮｉＰ合金無電解めっき液）を使用して、基板の回転速度と成膜されるめっき膜の膜厚との関係を調べた。つまり、試料（基板）として３００ｍｍの銅ブランケットウエハを用い、めっき液の循環流量を５Ｌ／ｍｉｎの一定に設定した条件の下で、試料を０ｒｐｍ、１０ｒｐｍ、５０ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、１５０ｒｐｍ、及び３００ｒｐｍの回転速度で回転させながら、１４０ｓｅｃの無電解めっきを行って、試料の銅表面にＮｉＰ合金めっき膜を成膜した。めっき前処理、及びめっき後処理は全て同じ条件で行った。そして、光学式の膜厚測定器を用い、各試料表面の４９点でＮｉＰ合金めっき膜の膜厚を測定し、その平均値を膜厚値とした。めっき膜厚と試料の回転速度の関係を図１６に示す。
【００７５】
図１６から、試料を０〜１００ｒｐｍの回転速度で回転させながら無電解めっきを行うと、試料の回転速度の上昇とともに、成膜されるめっき膜の膜厚が厚くなってめっきレートは上昇し、試料の回転速度が１５０ｒｐｍを超える条件では、成膜されるめっき膜の膜厚が急激に薄くなってめっきレートが激減して、試料の回転速度を３００ｒｐｍにすると、成膜が停止することが判る。このことから、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度がある閾値を超えるとめっき析出が停止することが判る。
【００７６】
なお、上記の例では、基板の回転速度を、例えば１５ｒｐｍから３００ｒｐｍに上げることで、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を速めるようにしているが、めっき液中に浸漬させた基板を、周波数１００Ｈｚ以上、振幅０．１〜１ｍｍで基板表面に沿った方向に往復振動させることによって、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を速めるようにしてもよい。
【００７７】
無電解めっきは、微小領域での局部電池作用で電子の授受を行うため、基板を０．１ｍｍ以上の振幅で基板表面に沿った方向に振動させると、基板表面とめっき液の間にめっき開始の条件を作れなくなる。このため、めっき液中に浸漬させた基板を、周波数１００Ｈｚ以上、振幅０．１ｍｍ以上で基板表面に沿った方向に往復振動させながら第２の無電解めっきを行うことで、第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成膜レートをほぼ０にすることができる。なお、基板を１ｍｍ以上の振幅で基板表面に沿って振動させると、装置が大型化してしまうばかりでなく、構造の安定性からも好ましくない。
【００７８】
図１７及び図１８は、無電解めっき装置の更に他の例を示す。このめっき装置は、基板Ｗを載置保持する円形の基板保持面５１０ａとその周囲のめっき液流通面５１０ｂとを有する基台５１０と、この基台５１０の上面を水密的に覆い、該基台５１０との間で水平方向に拡がるほぼ矩形のめっき室５１２を形成する天板（キャップ）５１４とから構成されるめっき容器５１５を備えている。この天板５１４は、基台５１０に対して、例えば、蝶番等によってめっき室５１２を開閉可能なように設けられ、基板Ｗの出し入れやメンテナンスの便宜を図っている。
【００７９】
キャップ５１４には、中央下面に矩形の凹部５１４ａが設けられ、この凹部５１４ａと基板保持面５１０ａの間にめっき室５１２が形成される。キャップ５１４には、めっき容器５１５の長手方向（図１７及び図１８において左右方向）の両端部にめっき液貯液部５１６ａ，５１６ｂが設けられ、めっき液貯液部５１６ａ，５１６ｂはめっき室５１２と隔壁５１８ａ，５１８ｂによって区画されている。そして、これら隔壁５１８ａ，５１８ｂには、めっき液貯液部５１６ａ，５１６ｂとめっき室５１２とを連通する多数の流通孔５２０ａ，５２０ｂが所定のピッチＰ１で設けられている。
【００８０】
めっき容器５１５の外部には、めっき室５１２にめっき液を供給するめっき液供給手段５２２が備えられている。このめっき液供給手段５２２は、第１のめっき液循環ライン５２４ａと第２のめっき液循環ライン５２４ｂとを有し、これらの両ライン５２４ａ，５２４ｂは、互いに合流して循環ポンプ５２６の吸込側と吐出側、及び各めっき液貯液部５１６ａ，５１６ｂにそれぞれ接続されている。そして、第１のめっき液循環ライン５２４ａには、ポンプ５２６を挟んで開閉弁５２８ａ，５２８ｂが、第２のめっき液循環ライン５２４ｂにも、ポンプ５２６を挟んで開閉弁５２８ｃ，５２８ｄがそれぞれ設置されている。
【００８１】
これにより、第１のめっき液循環ライン５２４ａの各開閉弁５２８ａ，５２８ｂを開き、第２のめっき液循環ライン５２４ｂの各開閉弁５２８ｃ，５２８ｄを閉じることで、めっき液が第１のめっき液循環ライン５２４ａ内を実線の矢印に沿って流れる。逆に、第１のめっき液循環ライン５２４ａの各開閉弁５２８ａ，５２８ｂを閉じ、第２のめっき液循環ライン５２４ｂの各開閉弁５２８ｃ，５２８ｄを開くと、めっき液が第２のめっき液循環ライン５２４ｂ内を破線の矢印に沿って流れる。
【００８２】
めっき室５１２内には、正方形状の整流板５３０が配置されている。この整流板５３０の下面には、めっき容器５１５の長手方向に直線状に延びる複数の仕切壁５３２が所定のピッチで平行に垂設されている。一方、整流板５３０の上面中央には、上方に突出する軸体５３４が設けられている。この軸体５３４は、キャップ５１４の中央に長手方向に直交する方向に長く延びて設けられた長穴５３６に挿入され、軸体５３４と長穴５３６の間はベローズ５３８のような柔軟性部材で覆われている。
【００８３】
軸体５３４は、長穴５３６よりキャップ５１４の上面に突出し、これには、軸体５３４を長穴５３６に沿って往復動させる駆動手段が連結されている。従って、整流板５３０は軸体５３４を介して仕切壁５３２と直交する方向、すなわち、隔壁５１８ａ，５１８ｂと平行な方向に揺動する。
【００８４】
この無電解めっき装置においては、基板Ｗを基台５１０の基板保持面５１０ａ上に載置し、キャップ５１４を閉じた後、例えば第１のめっき液循環ライン５２４ａを開き、第２のめっき液循環ライン５２４ｂを閉じた状態で、ポンプ５２６を作動させる。すると、めっき液は、一方のめっき液貯液部５１６ａから隔壁５１８ａの流通孔５２０ａよりめっき室５１２内に流入し、基板Ｗの上面に全面に亘る均一な平行流を形成して基板Ｗのめっきを行った後、他方の隔壁５１８ｂの流通孔５２０ｂからめっき液貯液部５１６ｂに排出され、これによって、無電解めっきが行われる。この時、必要に応じて、整流板５３０を仕切壁５３２と直交する方向に揺動させる。
【００８５】
次に、この無電解めっき装置を使用した無電解めっきによって、図２（ａ）に示す第１ビアホール７３２及び第２ビアホール７３４の内部に、前述の同様な組成のめっき液（ＮｉＰ合金無電解めっき液）を使用して、ＮｉＰ合金からなるコンタクト配線を連続的に形成する方法について説明する。この場合、第１ビアホール７３２の底部に露出したＷＮからなる電極７２３及び第２ビアホール７３４の底部に露出した銅からなるビット線７２２が配線下地となって、この表面がめっき膜成長の起点となることは前述と同様である。
【００８６】
先ず、ポンプ５２６を介して、めっき液が通常の無電解めっき時における０．４ｍ／ｓ以下の流速で基板Ｗの表面に沿って流れるようにして、第１の無電解めっきを行う。そして、図２（ｂ）に示すように、深さの浅い第１ビアホール７３２の内部が第１コンタクト配線（めっき膜）７３６でほぼ埋まって、第１コンタクト配線７３６の表面が絶縁膜７１４の表面とほぼ面一となった時点で、ポンプ５２６を介して、めっき液が２ｍ／ｓ以上、例えば３ｍ／ｓの流速で基板Ｗの表面に沿って流れるようにして、第１ビアホール７３２内に形成された第１コンタクト配線７３６の表面にめっき膜が成膜されるのを抑制しつつ、第２ビアホール７３４内に形成された第２コンタクト配線７３８の表面にめっき膜を成膜する、第２の無電解めっきを行う。
【００８７】
このように、固定した基板の表面に沿ってめっき液を流しながら無電解めっきを行う場合、めっき液の流速を通常（＜０．４ｍ／ｓ）の５倍以上の２ｍ／ｓ以上、例えば３ｍ／ｓに上げて第２の無電解めっきを行うことで、第１ビアホール７３２内に形成された第１コンタクト配線７３６の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を著しく低下させるか、または停止させながら、第２ビアホール７３４内に形成された第２コンタクト配線７３８の表面にめっき膜を成膜することができる。
【００８８】
そして、図２（ｃ）に示すように、深さの深い第２ビアホール７３４の内部が第２コンタクト配線（めっき膜）７３８でほぼ埋まって、第２コンタクト配線７３８の表面が絶縁膜７１４の表面とほぼ面一となった時点で、めっき液が通常の無電解めっき時における、例えば０．４ｍ／ｓ以下の流速で基板Ｗの表面に沿って流れるようにして、第３の無電解めっきを行う。これによって、図２（ｄ）に示すように、第２ビアホール７３４内に第２コンタクト配線（めっき膜）７３８を確実に埋込み、コンタクト配線７３６，７３８の表面に平坦な膜厚の余剰めっき膜７４０を成膜する。
【００８９】
図１７及び図１８に示す無電解めっき装置を使用し、前述のめっき液（（ＮｉＰ合金無電解めっき液）を使用して、めっき液の平均流速と成膜されるめっき膜の膜厚との関係を調べた。試料（基板）として３００ｍｍの銅ブランケットウエハを用い、めっき液を０ｍ／ｓ，０．１ｍ／ｓ、０．３ｍ／ｓ、１ｍ／ｓ、２ｍ／ｓ、及び３ｍ／ｓの平均流速で基板の表面に沿って流しながら、１４０ｓｅｃの無電解めっきを行って、試料の銅表面にＮｉＰ合金めっき膜を成膜した。めっき前処理、及びめっき後処理は全て同じ条件で行った。めっき液の平均流速は、入口流量と断面積の比で算出した。めっき液の循環流量によるめっき容器内のめっき液度の影響を無くすために、試料下の基台に補助ヒータを設置した（図に示せず）。めっき液の平均流速とめっき膜厚との関係を図１９に示す。
【００９０】
図１９から、めっき液を０〜１ｍ／ｓの平均流速で基板の表面に沿って流しながら無電解めっきを行った場合には、めっき膜厚（めっきレート）に変動は認められないが、めっき液を平均流速が２ｍ／ｓを超える条件で基板の表面に沿って流す場合に、成膜されるめっき膜の膜厚が急激に薄くなってめっきレートが激減し、めっき液の平均流速を３ｍ／ｓにすると、成膜が停止することが判る。これによっても、基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度がある閾値を超えるとめっき析出が停止することが判る。
【００９１】
図２０は、無電解めっき装置の更に他の例を示す。この無電解めっき装置６１０は、上方に開口し、内部にめっき液６１２を保持してめっき処理を施すめっき槽６１４と、このめっき槽６１４の上端開口部に配置され、半導体ウエハ等の基板Ｗを該基板Ｗの表面を下向き（フェィスダウン）にして保持する基板ホルダ６１６を備えた処理ヘッド６１８を有している。
【００９２】
めっき槽６１４は、内壁６２０で区画形成され、この内壁６２０の側部及び底部は、所定間隔離間して配置された外壁６２２で覆われており、これによって、内壁６２０と外壁６２２との間に外槽６２４が区画形成されている。内壁６２０には、めっき槽６１４と外槽６２４とを連通させる多数の連通孔６２０ａがその全面に亘って形成され、これによって、めっき槽６１４内のめっき液６１２と外槽６２４内のめっき液６１２が直に連通して、これらのめっき液６１２の水位が常に同じになるようになっている。
【００９３】
外槽６２４の内部には、この例では、温水ヒータ６２６から供給される熱媒体（温水）を内部に通して、外槽６２４内のめっき液６１２を外槽６２４内において、例えば７０℃に加熱し、これによって、めっき槽６１４内のめっき液６１２も同時に加熱する加熱チューブを有する加熱部６３０が配置されている。
【００９４】
更に、めっき槽６１４内のめっき液６１２を循環させるめっき液循環系６３２が備えられている。このめっき液循環系６３２は、循環ポンプ６３４と、この循環ポンプ６３４の吐出し口とめっき槽６１４とを接続する、内部にフィルタ６３６を介装しためっき液吐出し管６３８と、循環ポンプ６３４の吸込口と外槽６２４とを接続するめっき液吸込管６４０とを有している。これにより、循環ポンプ６３４の駆動に伴って、外槽６２４内のめっき液６１２を循環ポンプ６３４で吸込み、フィルタ６３６を通過させてめっき槽６１４に戻すことで、めっき槽６１４内のめっき液６１２を循環させて、めっき槽６１４内のめっき液６１２の温度を均一に維持できるようになっている。
【００９５】
処理ヘッド６１８には、基板ホルダ６１６の周囲を囲繞して下方に延びるハウジング６４２が備えられ、このハウジング６４２の下端の基板ホルダ６１６の下方に位置して、板状の攪拌板から構成された攪拌体６４４が取付けられている。このハウジング６４２は、中空の回転軸６４６に取付けられて、この回転軸６４６と一体に回転するように構成されている。この回転軸６４６の内部に固定軸６４８が挿通されており、この固定軸６４８の下端に基板ホルダ６１６が連結されている。ここで、回転軸６４６は固定軸６４８とは独立に回転し、固定軸６４８は回転軸６４６と一体に昇降する。
【００９６】
この無電解めっき装置６１０にあっては、循環ポンプ６３４を駆動させてめっき槽６１４内のめっき液６１２を循環させ、同時に加熱チューブ内に熱媒体（温水）を導入することで、めっき液６１２を外槽６２４の内部で加熱し、更にこの加熱しためっき液６１２をめっき槽６１４内に導入することで、めっき槽６１４内のめっき液６１２を、例えば７０℃の一定の温度に制御する。一方、処理ヘッド６１８の基板ホルダ６１６で基板Ｗを吸着保持する。
【００９７】
そして、加熱チューブ内に熱媒体を導入することでめっき液６１２の加熱を継続したまま、循環ポンプ６３４の駆動を停止させて、めっき槽６１４内のめっき液６１２の循環を止め、この状態で、基板ホルダ６１６とハウジング６４２とを下降させ、この基板ホルダ６１６で保持した基板Ｗ及びハウジング６４２の下端に取付けた攪拌体６４４をめっき槽６１４内のめっき液６１２に浸漬させて、基板Ｗの表面に無電解めっきを行う。
【００９８】
次に、この無電解めっき装置６１０を使用した無電解めっきによって、図２（ａ）に示す第１ビアホール７３２及び第２ビアホール７３４の内部に、前述の同様な組成のめっき液（ＮｉＰ合金無電解めっき液）を使用して、ＮｉＰ合金からなるコンタクト配線を連続的に形成する方法について説明する。この場合、第１ビアホール７３２の底部に露出したＷＮからなる電極７２３及び第２ビアホール７３４の底部に露出した銅からなるビット線７２２が配線下地となって、この表面がめっき膜成長の起点となることは前述と同様である。
【００９９】
先ず、基板ホルダ６１６を停止させたまま、攪拌体６４４を、通常の無電解めっき時と同じ、例えば、１０〜１００ｒｐｍ、好ましくは１０〜２０ｒｐｍの低速で回転させて第１の無電解めっきを行う。そして、図２（ｂ）に示すように、深さの浅い第１ビアホール７３２の内部が第１コンタクト配線（めっき膜）７３６でほぼ埋まって、第１コンタクト配線７３６の表面が絶縁膜７１４の表面とほぼ面一となった時点で、攪拌体６４４の回転速度を、例えば１０〜２０ｒｐｍから、例えば３００ｒｐｍ以上に上げて、第１ビアホール７３２内に形成された第１コンタクト配線７３６の表面にめっき膜が成膜されるのを抑制しつつ、第２ビアホール７３４内に形成された第２コンタクト配線７３８の表面にめっき膜を成膜する、第２の無電解めっきを行う。
【０１００】
このように、基板をめっき液中に浸漬させ、基板表面の近傍に配置した攪拌体６４４を回転させてめっき液を攪拌しながら基板表面に無電解めっきを行う場合に、攪拌体６４４を、例えば１０〜１００ｒｐｍ程度の回転速度で回転させながら第１の無電解めっきを行い、攪拌体６４４を第１の無電めっき時より速い、例えば３００ｒｐｍの回転速度で回転させながら第２の無電解めっきを行うことで、第１ビアホール７３２内に形成された第１コンタクト配線７３６の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を著しく低下させるか、または停止させるながら、第２ビアホール７３４内に形成された第２コンタクト配線７３８の表面にめっき膜を成膜することができる。
【０１０１】
そして、図２（ｃ）に示すように、深さの深い第２ビアホール７３４の内部が第２コンタクト配線（めっき膜）７３８でほぼ埋まって、第２コンタクト配線７３８の表面が絶縁膜７１４の表面とほぼ面一となった時点で、攪拌体６４４の回転速度を、例えば３００ｒｐｍから通常の無電解めっき時における、例えば１０〜１００ｒｐｍに落として、第３の無電解めっきを行う。これによって、図２（ｄ）に示すように、第２ビアホール７３４内に第２コンタクト配線（めっき膜）７３８を確実に埋込み、更にコンタクト配線７３６，７３８の表面に平坦な膜厚の余剰めっき膜７４０を成膜する。
【０１０２】
なお、攪拌体６４４と基板表面との最短距離は０〜３ｍｍであることが好ましい。めっき液中反応種の拡散境界層は一般に数ｍｍ以下である。したがって、攪拌体６４４と基板表面との最短距離を０〜３ｍｍにすることで、第１ビアホール７３２内に形成されたコンタクト配線７３６の表面に第２の無電解めっきで成膜されるめっき膜の成長を著しく低下させるか、または停止させることができる。
【０１０３】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】高アスペクト比のビアホール内にＣＶＤによってコンタクト配線を形成した時の状態を示す断面図である。
【図２】本発明において、ビアホール内にコンタクト配線を形成する時の状態を工程順に示す断面図である。
【図３】本発明の基板処理方法に使用される無電解めっき装置の平面配置図である。
【図４】図３の兼触媒付与ユニットの外槽を省略した基板受渡し時における正面図である。
【図５】触媒付与ユニットの外槽を省略した薬液処理時における正面図である。
【図６】触媒付与ユニットの外槽を省略したリンス時における正面図である。
【図７】触媒付与ユニットの基板受渡し時における処理ヘッドを示す断面図である。
【図８】図３の無電解めっきユニットの基板受渡し時における基板ヘッドを示す断面図である。
【図９】図８のＢ部拡大図である。
【図１０】無電解めっきユニットの基板固定時における基板ヘッドを示す図９相当図である。
【図１１】無電解めっきユニットのめっき処理時における基板ヘッドを示す図９相当図である。
【図１２】無電解めっきユニットのめっき槽カバーを閉じた時のめっき槽を示す一部切断の正面図である。
【図１３】無電解めっきユニットの洗浄槽を示す断面図である。
【図１４】無電解めっきユニットの系統図である。
【図１５】無電解めっき装置の他の例を示す縦断面図である。
【図１６】試料の回転速度を変化させて無電解めっきを行った時の試料の回転速度とめっき膜の膜厚の関係を示すグラフである。
【図１７】無電解めっき装置の更に他の例を示す平面図である。
【図１８】図１７の縦段正面図である。
【図１９】基板を固定し、基板表面に沿って流れるめっき液の平均流速を変化させて無電解めっきを行った時のめっき液の平均流速とめっき膜の膜厚との関係を示すグラフである。
【図２０】無電解めっき装置の更に他の例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１４ 前洗浄ユニット
１５ 触媒付与ユニット
１６ 無電解めっきユニット
７１２ 半導体基材
７１４ 絶縁膜
７２２ ビット線
７２４ 絶縁層
７２６，７２８ 電極
７３０ コンデンサ
７３２ 第１ビアホール
７３４ 第２ビアホール
７３６ 第１コンタクト配線
７３８ 第２コンタクト配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基材上に積層した絶縁膜の内部に第１ビアホールと該第１ビアホールより深さの深い第２ビアホールを有する基板を用意し、
前記第１ビアホール及び前記第２ビアホールの内部に、基板表面をめっき液に接触させた第１の無電解めっきによって、前記第１ビアホールがほぼ埋まるまでコンタクト配線を形成し、しかる後、
基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を速めて前記第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に成膜されるめっき膜の成長を抑制しながら、第２の無電解めっきを行うことを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
半導体基材上に積層した絶縁膜の内部に第１ビアホールと該第１ビアホールより深さの深い第２ビアホールを有する基板を用意し、
基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第１相対速度で相対的に移動させて第１の無電解めっきを行い、しかる後、
基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第２相対速度で相対的に移動させて第２の無電解めっきを行うことを特徴とする基板処理方法。
【請求項３】
半導体基材上に積層した絶縁膜の内部に第１ビアホールと該第１ビアホールより深さの深い第２ビアホールを有する基板を用意し、
基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第１相対速度で相対的に移動させて第１の無電解めっきを行い、しかる後、
基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第２相対速度で相対的に移動させて第２の無電解めっきを行い、さらに、
基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第３相対速度で相対的に移動させて第３の無電解めっきを行うことを特徴とする基板処理方法。
【請求項４】
前記第３相対速度は前記第２相対速度より小さいことを特徴とする請求項３記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記第１相対速度は前記第２相対速度より小さいか、または同じであることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記第２の無電解めっきを、めっき液中に浸漬させた基板を１５０ｒｐｍ以上の回転速度で回転させて行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記第２の無電解めっきを、めっき液が基板表面に沿って２ｍ／ｓ以上の流速で流れるようにして行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項８】
前記第２の無電解めっきを、めっき液中に浸漬させた基板を、周波数１００Ｈｚ以上、振幅０．１〜１ｍｍで基板表面に沿った方向に往復振動させて行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項９】
前記第２の無電解めっきを、めっき液に浸漬させた基板表面の近傍に設置した攪拌体の移動速度を前記第１の無電解めっき時よりも増大させて行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項１０】
前記攪拌体と基板表面との最短距離は０〜３ｍｍであることを特徴とする請求項９記載の基板処理方法。
【請求項１】
半導体基材上に積層した絶縁膜の内部に第１ビアホールと該第１ビアホールより深さの深い第２ビアホールを有する基板を用意し、
前記第１ビアホール及び前記第２ビアホールの内部に、基板表面をめっき液に接触させた第１の無電解めっきによって、前記第１ビアホールがほぼ埋まるまでコンタクト配線を形成し、しかる後、
基板表面と該表面に沿って流れるめっき液との相対速度を速めて前記第１ビアホール内に形成されたコンタクト配線の表面に成膜されるめっき膜の成長を抑制しながら、第２の無電解めっきを行うことを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
半導体基材上に積層した絶縁膜の内部に第１ビアホールと該第１ビアホールより深さの深い第２ビアホールを有する基板を用意し、
基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第１相対速度で相対的に移動させて第１の無電解めっきを行い、しかる後、
基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第２相対速度で相対的に移動させて第２の無電解めっきを行うことを特徴とする基板処理方法。
【請求項３】
半導体基材上に積層した絶縁膜の内部に第１ビアホールと該第１ビアホールより深さの深い第２ビアホールを有する基板を用意し、
基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第１相対速度で相対的に移動させて第１の無電解めっきを行い、しかる後、
基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第２相対速度で相対的に移動させて第２の無電解めっきを行い、さらに、
基板表面と該表面に沿って流れるめっき液とを第３相対速度で相対的に移動させて第３の無電解めっきを行うことを特徴とする基板処理方法。
【請求項４】
前記第３相対速度は前記第２相対速度より小さいことを特徴とする請求項３記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記第１相対速度は前記第２相対速度より小さいか、または同じであることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記第２の無電解めっきを、めっき液中に浸漬させた基板を１５０ｒｐｍ以上の回転速度で回転させて行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記第２の無電解めっきを、めっき液が基板表面に沿って２ｍ／ｓ以上の流速で流れるようにして行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項８】
前記第２の無電解めっきを、めっき液中に浸漬させた基板を、周波数１００Ｈｚ以上、振幅０．１〜１ｍｍで基板表面に沿った方向に往復振動させて行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項９】
前記第２の無電解めっきを、めっき液に浸漬させた基板表面の近傍に設置した攪拌体の移動速度を前記第１の無電解めっき時よりも増大させて行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項１０】
前記攪拌体と基板表面との最短距離は０〜３ｍｍであることを特徴とする請求項９記載の基板処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００９−２６７７８（Ｐ２００９−２６７７８Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８５１８０（Ｐ２００７−１８５１８０）
【出願日】平成１９年７月１７日（２００７．７．１７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１７日（２００７．７．１７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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